排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书

1、排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书计算：复核：审核：湖南中大设计院有限公司2011年2月目录1设计说明 21.1设计依据及设计范围 21.2采用设计规范 21.3主要技术标准 31.4主要设计原则及设计技术参数 31.4.1 主桥结构型式 31.4.2桥梁设计荷载 42计算模型 43主要计算结果 53.1纵向分配梁内力计算 53.2横向分配梁内力计算 73.3主桁架支反力计算 93.4主梁（贝雷梁）轴向应力验算 103.4.1 上弦杆轴向应力验算 103.4.2下弦杆轴向应力验算 113.4.3竖杆轴向应力验算 113.5主梁刚度验算 123.6主梁联结系验算 133.7 12M跨桩顶分配梁内

2、力计算 143.7.1 分配梁抗弯验算 143.7.2 分配梁抗剪验算 143.8钢栈桥伸缩缝长度计算 154下部结构计算 154.1钢管桩入土深度的确定 154.2单桩承载力验算 154.3钢管桩的压杆稳定计算 171设计说明1.1设计依据及设计范围本设计用于排生巴拉河钢栈桥的施工， 为跨越巴拉河而设。由于栈桥是为建 造长沙至昆明客运专线玉屏至昆明段排生巴拉河大桥而架设， 故地质情况套用排 生巴拉河大桥工程地质资料。新建栈桥位于排生巴拉河大桥上游侧， 栈桥设计荷 载为800KN设计时速为5km/h,按照双线布置；栈桥主梁用贝雷梁,主梁下弦标 高为 613.00m。栈桥共两联，全长204.05

3、m,标准跨跨度为12m,桥面宽7m,中间设两处会 车道，桥面标高615.00m；栈桥桩基础采用直径1000mm壁厚12mnt勺钢管桩。 3#-17#墩单个桥墩由4根钢管桩组成，桩顶设分配梁，分配梁下设桩间联结系以 抵御横向水平力。在17#钢管桩顶端需设置挡块防止梁的纵向位移。栈桥桩单桩 设计竖向承载力1000K N栈桥桩施工过程中，应采取桩尖高程和贯入度双控的措 施，以保证栈桥的承载力。桩基贯入强风化板岩层深度不小于3m并且施工时应根据承载力计算公式进行承载力检算。各榀桁架下的墩顶分配梁两侧设置挡 块，防止桁架横向滑移。贝雷梁桁架在墩顶支座处应对腹杆加强以抵抗支座反力。 栈桥成桥后应定期检测各

4、墩顶处的沉降量，墩顶沉降量不应大于8mm应定期对栈桥各构件的工作状况进行检查，发现问题及时处治。1.2采用设计规范1、钢结构设计规范GB 50017-20032、软土地区工程地质勘察规范JGJ 83-913、铁路桥涵地基与基础设计规范 TB10002.5-20054、公路桥涵钢结构木结构设计规范 JTJ 025-865、港口工程桩基规范JTJ 254-986、铁路桥梁钢结构设计规范TB10002.2-20057、铁路钢桥制造规范TB10212-20091.3主要技术标准1. 设计行车速度：5km/h；2. 设计荷载标准：800KN3. 车道宽度：宽度按3.5m计；4. 地震基本烈度：地震动峰值

5、加速度小于或等于0.05g1.4主要设计原则及设计技术参数 1.4.1主桥结构型式栈桥主梁采用贝雷梁，具体断面布置图如下所示，在分配梁上布置六片贝雷 梁，间距为0.9m。会车道分配梁上布置8片贝雷梁，间距0.9m。为了防止贝雷梁 发生侧移，各榀桁架下的墩顶分配梁两侧需设置挡块，同时在贝雷梁下需架设 20x20x8cmt胶支座，使受力更加均匀，以免贝雷梁和分配量之间发生点接触。 栈桥断面布置图如下所示：图1栈桥断面布置图横向上各贝雷梁之间由联结系联结，联结系结构图如下所示:ILILX；n g4-1 iflijflODX；n g4- ar，:ar11%r- *图2主梁联结系结构图1.4.2桥梁设计

6、荷载1 恒载(1) 结构自重；按钢结构设计规范GB 50017-2003采用。(2) 二期恒载；包括桥面板、纵向分配梁、横向分配梁、栏杆、各种管线等 附属设施重量。2.活载(1) 10m3的砼罐车空载15t重，满载40t重；(2) 三一重工履带吊80t重，最大单件重20t ;(3) 人群荷载：3KN/m2;(4) 动载系数取1.2。考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距不小于15米，即一跨内同方向最多只布置一辆重车，并考虑满载砼罐车和空载砼罐车错车。2计算模型主桥整体计算按空间模型进行结构分析，采用midas civil建立空间梁单元模型，结构离散见下图所示。整个模型共建立4842个单元，节点210

7、3个。图2 主梁联结系结构图1.4.2 桥梁设计荷载1 恒载（1）结构自重；按钢结构设计规范 GB 50017-2003采用。（2）二期恒载；包括桥面板、纵向分配梁、横向分配梁、栏杆、各种管线等 附属设施重量。2活载（1）10m3 的砼罐车空载 15t 重，满载 40t 重；（2）三一重工履带吊 80t 重，最大单件重 20t ；（ 3）人群荷载： 3KN /m2 ；（4）动载系数取 1.2 。考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距不小于 15 米，即一跨内同方向最多只 布置一辆重车，并考虑满载砼罐车和空载砼罐车错车。2 计算模型主桥整体计算按空间模型进行结构分析，采用 midas civil 建立

8、空间梁单元 模型，结构离散见下图所示。整个模型共建立 4842 个单元，节点 2103 个。满载砼罐车作用下纵向分配梁弯矩图如下图所示:牡也）25寻*DECDt LiZBlMM. B NA n i.335TI 盂电kM-H和理1!瓷切L图5满载砼罐车作用下纵向分配梁弯矩图从图中得出弯矩的最大值在跨中位置，Mmax 18.1KN ?m（2）工况二：履带吊80t重，最大单件吊20t重，合计100t。按单边履带 均布荷载计算,履带压地长度为6m宽度为76cm因此分配到两片纵梁上。如图 6所示：1 Jfyf 1 1 JfT150cm7图6履带吊车作用下纵向分配梁受力图计算得：q 21100 10 丄

9、1/6 1.2 50KN/m ；2履带吊车作用下纵向分配梁弯矩图如下图所示:图7履带吊车作用下纵向分配梁弯矩图从图中得出弯矩的最大值在跨中位置，Mmax 16.9KN ?m(3) 抗弯验算：由上述两种工况计算得知：M max 18.1KN ?m,查路桥施工计算手册附表 3-31 得知：I16 的 Wx 140.9cm3max18.1KN ?m3140.9cm128.5MPa215MPa，因此满足抗弯要求。(4) 抗剪验算:由上述两种工况计算得知:1Qmax J 37-5KN ,查路桥施工计算手册附表 3-31 得知：I16 的 A 26.11cm2QmaxA37.5KN26.11cm214.3

10、6MPa125MPa，因此满足抗剪要求。3.2横向分配梁内力计算(1 )恒载计算:恒载包括10mm厚防滑钢板、I16纵向分配梁的重量和I25a横向分配梁的重量，间距L=1.5m。计算过程如下：2q (1.5m 1.0m 78.6kg /m 4 1.0 20.50kg / m 1.5 38.08kg/m)/1.5m1.714KN /m1 2 1 2M 跨中 q L1.714 1.50.49KN ?m8 8如图8所示：q图8自重作用下横向分配梁弯矩图（2）工况一：恒载+活载（40t砼罐车）按罐车轴重分布得知后轮最大荷载为：P 2 40KN 1.2 96KN1Mmax M 跨中P L 0.49KN

11、?m 36.49KN ?m4（3）工况二：恒载+活载（80t履带吊+20t吊重）80t履带吊轮压，加上20t吊重（按集中荷载简支梁计算）：11P 100t 10 1.2100 KN261Mmax M 跨中P L 0.49KN ?m 37.99KN ?m4（4）抗弯验算：由上述两种工况计算得知：Mmax 37.99KN ?m,查路桥施工计算手册附表 3-31得知：125a的Wx 401.4cm3max37.99KN ?m3401.4cm94.64MPa215MPa，因此满足抗弯要求。(5) 抗剪验算：由上述两种工况计算得知：Qmax 50KN ,查路桥施工计算手册附表3-31得知：125a 的

12、A 48.51cm2QmaxA50KN248.51cm10.31MPa125MPa，因此满足抗剪要求。3.3主桁架支反力计算下表中列出了各单项及组合下各支座支承反力值:表1支座内力表(半桥)墩号自重(KN)车道何载 (最大)(KN车道何载 (最小)(KN)车辆何载 (最大)(KN)车辆何载 (最小)(KN)履带车(最大)(KN)履带车(最小)(KN组合值(KN)0#30.36691.88-46.88588.41-37.74759.41-75.78789.771#78.35914.49-69.98926.45-68.731021.74-109.231100.102#68.69888.38-94.

13、05889.64-73.21989.67-141.091058.363#70.55890.92-83.54888.31-68.22992.05-128.791062.604#70.13890.23-83.93888.26-68.06991.25-129.221061.375#70.55890.92-83.54888.31-68.22992.05-128.791062.606#68.69888.38-94.05889.64-73.21989.68-141.091058.377#78.35914.50-69.99926.47-68.741021.75-109.241100.108#30.36691

14、.21-46.78588.57-37.82758.78-75.47789.15合计566.047660.91-672.757474.07-563.958516.37-1038.689082.41说明：(1) 表中反力均按支座单元的局部坐标系输出。(2) 内力方向正负号规定见梁单元局部坐标系中内力或应力正负号的约 定(即：单元i端内力与单元局部坐标系同向为正)Lcca oioirent x-axis帥即Font#Local elwnent Hax巧5h耀眄Local ewwnt 卅呂*0M?menlShear；Mnwl |_ _ Mormfir,ShASr朮単兀卅都聖性矗屮内力I輕曲曲再聘静丸图

15、9支座单元局部坐标系中内力正负号的约定3.4主梁（贝雷梁）轴向应力验算根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范，对于受压或受拉并在一个主平N M面内受弯曲的钢梁，应满足公式A W，其中为钢材的容许应力。Q345钢材的轴向受压基本容许应力取值为200 MPa,在主力组合下容许应力的提高系数为1.03.4.1上弦杆轴向应力验算选取最不利的上弦杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为第一跨跨 中附近和1#支点位置。上弦杆内力图如下所示：图10上弦杆轴向应力图（半桥）9-W.UI.EM-CHlMWWB-PW-:LEC7444-1CJ匚*如HL57337a-i-aO3* Jp A JU J2i tyrrwi

16、r-z *牺劝沏1由上图得到，第一跨跨中处上弦杆的最大压应力为97.3MPa, 1#支点处的最大拉应力为51.6MP&3.4.2下弦杆轴向应力验算选取最不利的下弦杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为第一跨跨中附近和1#支点位置。下弦杆内力图如下所示:图ii下弦杆轴向应力图（半桥）由上图得到，第一跨跨中处下弦杆的最大拉应力为98.6MPa, 1#支点处的最大压应力为53.7MP&3.4.3竖杆轴向应力验算选取最不利的竖杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为1#支点位置。竖杆内力图如下所示：* 匸图12竖杆轴向应力图由上图得到，在1#支座上方的斜竖杆最大压应力为 249.8MPQ斜竖杆的

17、最大拉应力也达到了 158.9MPa由计算数据可以得到，上弦杆最大压应力为 97.3 MPav= 200 MPa,出现在第一跨跨中附近，最大拉应力为 53.7MP*= 200 MPa,出现在1#支座的上方；下弦杆最大拉应力为 98.6 MPav= 200 MPa,出现在第一跨跨中附近，最大压应力为53.7MPa= 200 MPa，出现在1#支点上方竖杆旁边，最大拉应力为53.7MPa= 200 MPa，出现在1#支座的上方竖杆的旁边。由于支座上方斜向竖杆的应力不满足公路桥涵钢结构及木结构设计规范中16Mn钢材最大轴向应力为200MPa勺规定，因此需要加强。3.5主梁刚度验算(1)结构重力挠度如

18、下图所示:图13主桁架结构重力挠度图(2)静活载挠度如下图所示:图14主桁架活载挠度图主梁竖向挠度值如下表所示：表2主梁竖向位移表第一跨第二跨第三跨第四跨第五跨第六跨第七跨静活载竖向位移11.0639.7289.7609.7489.7489.7629.730挠跨比1/10851/12341/12301/12311/12311/12301/1234由表2可见，本桥主跨在静活载作用下产生的最大竖向位移为 11.063mm 挠跨比为1/1085，满足公路桥涵钢结构及木结构设计规范第 1.1.5条小于 L/800的规定要求(L为计算跨度)。3.6主梁联结系验算选取最不利的主梁联结系进行分析，由计算结果

19、知道，最不利的位置为1#支点位置。主梁联结系内力图如下所示：图15主梁联结系应力图由上图得到，主梁联结系的最大压应力为 114.7MP*= 200 MPa，最大拉应力为25.7MPSK= 200 MPa,均满足规范要求。3.7 12M跨桩顶分配梁内力计算 3.7.1分配梁抗弯验算荷载作用下桩顶分配梁的弯矩图如下所示:=*=*zx 益E.E壬 4-3.48m即最小入土深度为 3.48m。在本设计中要求钢管桩透 过卵石土层，贯入强风化板岩深度不小于 3m满足设计要求。4.2单桩承载力验算桩顶荷载一般包括轴向力、横向力和力矩。其中，轴向力一般为压力，但有 时也可能出现轴向拉力（即受拔）。相应地，单桩

20、承载力包括轴向受压、轴向受 拉和横向承载力。对竖向桩，轴向和横向分别为竖向和水平向，故上述三种承载力又称为竖向受压、竖向受拉和水平承载力，本项目计算桩顶荷载包括轴向力、 横向力和力矩，所以要验算单桩的承载力。在轴向荷载作用下，无论受压还是受拉，桩丧失承载能力一般表现为两种形 式：其一，桩周土的阻力不足，发生急剧而量大的轴向位移（沉降或拔升），或者位移虽不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载； 其二，桩自身的强度 不够，被压坏或拉坏。所以，桩的轴向承载力应分别根据桩周土的阻力和桩身强 度确定，采用其中较小者。一般来讲，轴向受压时摩擦桩的承载力决定与桩周土 的阻力，支承于岩层上的端承桩承载力则往往是桩身强度起控制作用。在横向作用下，桩的破坏同样可表现为桩周土的抗力或桩身强度不足。此外，当长期或经常承受横向力或拔力时，对建筑桩基还需限制桩身的裂缝开展宽度， 甚至不允许 出现裂缝，视坏境条件而定。在这种情况下除桩身强度外，还应进行抗裂计算。9：12LnJLS虽WS一UNO1图18钢管桩示意图如果卵石土覆盖层厚度w 2m时，由上述结果得知钢管桩贯入强风化板岩 3m 满足要求。由于钢管桩被河床岩石、砂封实，钢管桩桩顶加载后钢管桩壁与填 充物不会发生相对错动，钢管桩容许承载力按实心桩体计算。在路桥施工计 算手册的P392查的公式如下：P 0.5U ih i