施工栈桥计算书

1、八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 1目目 录录一、工程概况.3二、计算依据.3三、设计参数.3四、计算内容.4五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力.41、贝雷片截面特性.42、贝雷梁桥几何特征.43、桁架容许内力表.5六、施工栈桥计算.51、设计荷载.51.1、50t 履带吊机.51.2、30t 重载汽车.61.3、贝雷片自重 .61.4、砼桥面板自重 .61.5、汽车制动力及冲击荷载 .61.6、风荷载 .61.7、水流压力 .72、砼面板计算.72.1、荷载计算 .72.2、内力计算 .72.3、配筋计算 .72.4、抗剪计算 .83、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩

2、计算(采用有限元程序计算).83.1、荷载组合 .83.2、结构及边界条件模拟 .83.3、荷载工况组合 .93.4、贝雷桁架内力计算 .93.5、分配梁计算 .103.6、钢管桩反力计算 .123.7、钢管桩强度及稳定性计算.134、钢管桩基础计算.134.1、单桩荷载 .134.2、钢管桩外形尺寸 .144.3、钢管桩容许承载力计算公式 .144.4、钢管桩计算 .145、施工栈桥主栈桥整体稳定性分析.166、变宽段分配梁计算.166.1、分配 F3 梁计算.166.2、分配 F2 梁计算.177、6M宽支栈桥计算.19八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 27

3、.1、砼面板计算 .197.2、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算) .197.3、钢管桩基础计算 .247.4、支栈桥整体稳定性分析 .24八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 3一、工程概况一、工程概况九江市八里湖跨湖大桥工程东起长虹西大道一期工程，向西与环湖二路交叉，跨越八里湖，与环湖三路、南浔铁路及九江长江公路大桥南岸接线(节点名称为九江西互通立交)交叉后，终于沙阎路，路线全长 2.6km。本工程作为长虹西大道二期工程的重要组成部分的八里湖大桥工程，标段全长 1.59km。起讫里程为 K0+240K1+836 由东至西桥梁划分为：东岸引桥、主

4、桥、西岸引桥三部分。东岸引桥长 457.8m(K0+246K0+703.8)，桥跨组成为：2(332.7)m+2(432.7)m，桥梁结构分左右幅布置，采用等高度预应力混凝土连续梁。主桥采用戒指型三塔斜拉桥，主桥长 425.1m(K0+703.8K1+128.9)，桥跨组成为：(80.55+2132+80.55)m，主梁为预应力混凝土梁。西岸引桥长 707.1m(K1+128.9K1+836） ，桥跨组成为：4(432.7)m+332.7m+328.6m，桥梁结构分左右幅布置，采用等高度预应力混凝土连续梁。本栈桥为八里湖跨湖大桥水上施工大型施工结构。栈桥基本跨度为 12m，设计里程桩号为 K0

5、+371.565K1+497.385,桥面长度为 1126.205m。二、计算依据二、计算依据1、九江市八里湖跨湖大桥施工图设计2、公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007 3、公路桥涵施工技术规范JTJ 041-20004、公路桥涵设计通用规范JTG D60-20045、钢结构设计规范GB 500176、港口工程荷载规范JTJ 215-987、装配式公路钢桥多用途手册黄绍金 刘陌生8、路桥施工计算手册(人民交通出版社)ISBN 7-114-03855-0八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 4三、设计参数三、设计参数1、设计行车速度：15km/h 2、设

6、计荷载：300kN 重载汽车；500kN 履带吊机+200kN 吊重3、栈桥桥宽：0.45m(施工用管线槽、栏杆)+8.0m(行车道)+0.45m(施工用管线槽、栏杆)=8.9m4、正常使用风力：6 级风，相应风速 14m/s 最大抵抗风力：12 级风，相应风速 40m/s5、设计最高水位：+17.500m四、计算内容四、计算内容 栈桥砼桥面板、贝雷桁架、分配梁、钢管桩内力计算及其基础承载力、栈桥整体稳定性。五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力1 1、贝雷片截面特性、贝雷片截面特性2 2、贝雷梁桥几何特征、贝雷梁桥几何特征结构构造W（cm3）I（cm4）不加强357

7、8.5250497.2单排单层加强7699.1577434.4不加强7157.1500994.4双排单层加强15398.31154868.8不加强10735.6751491.6三排单层加强23097.41732303.2注：表中数值为半边桥之值，全桥时应乘以 2杆件名材 料桥断面型式横断面积（cm2）理论容许承载力（kN）弦杆16Mn10212.7560竖杆16MnI89.52210斜杆16MnI89.52171.5八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 53 3、桁架容许内力表、桁架容许内力表桥型不加强桥梁加强桥梁单排双排三排单排双排三排容许内力单层单层单层单层单层

8、单层弯矩（kNm）788.21576.42246.41687.533754809.4剪力（kN）245.2490.5698.9245.2490.5698.9六、施工栈桥计算六、施工栈桥计算1 1、设计荷载、设计荷载1.11.1、50t50t 履带吊机履带吊机 吊机自重 G1=500kN,最大吊重 G2=200kN履带吊机自重500.00（kN）最大吊重200.00（kN）长4.660（m）履带尺寸宽0.760（m）履带中心间距2.54(3.54)（m）履带吊机空载地基压应力70.59（kN/m2）履带吊机最大吊重最大平均地基压应力148.24（kN/m2）八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局

9、第五工程有限公司施工设计部 61.21.2、30t30t 重载汽车重载汽车一辆汽车总重力前轴荷载（kN）中轴荷载（kN）后轴荷载（kN）30060120120轴距（m）前轮轮距（m）后轮轮距（m）车轮着地宽度（m）41.41.8 1.8 0.3（前）0.6(中后)1.31.3、贝雷片自重、贝雷片自重单片贝雷梁自重 3.1kN，横断面布置 8 排，单跨长度 L=12m1.41.4、砼桥面板自重、砼桥面板自重主栈桥桥面板宽 8m，每延米桥面板自重：0.2825=40 kN/m支栈桥桥面板宽 6m，每延米桥面板自重：0.2625=30 kN/m1.51.5、汽车制动力及冲击荷载、汽车制动力及冲击荷载

10、汽车制动力：3000.1=30 kN汽车荷载冲击系数：=15/(37.5+L)=15/(37.5+12)=0.301.61.6、风荷载、风荷载横向风压计算：WK1K2K3K4W0 ，式中 W0= V2/1600 V=14m/s （风速，风力 6 级）V=40m/s （风速，风力 12 级）八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 7 W0=0.12 （kN/m2 基本风压，6 级风） W0=1.00 （kN/m2 基本风压，12 级风）K1=1.0 （设计风速频率转换系数）K2=1.3 （风载体形系数，桁架） K3=1.0 （风压高度变化系数） K4=1.0 （地形、地

11、理条件系数）W=K1K2K3K4W0=1.01.31.01.00.12=0.16 kN/m2 (6 级风) =1.01.31.01.01=1.30 kN/m2 (12 级风) 作用在单跨桁架上的横向风荷载： 迎风面积 S=121.70.4=8.16 m3 （桁架，受风荷载面积系数0.4） 作用于桁架的风荷载 F=WS=0.168.16=1.31 kN （6 级风） =1.308.16=10.61 kN （12 级风）1.71.7、水流压力、水流压力施工栈桥位于湖泊中，基本无流速，水流压力忽略不计2 2、砼面板计算、砼面板计算2.12.1、荷载计算、荷载计算汽车后轮单个轮压荷载：F1=120/2

12、=60 kN履带吊机偏载着地压力：F2=(500+200)0.75=525 kN2.22.2、内力计算、内力计算汽车单个后轮作用于栈桥桥面中心时桥面板承受最大弯矩：Mmax=F1l/4-(F1/a)a2/8=601.5/4-60/0.40.42/8=19.5 kNm混凝土桥面板承受最大剪力：Qmax=F1=60 kN2.32.3、配筋计算、配筋计算混凝土桥面板有效宽度：a=a1+l/3=200+1500/3=700 mm混凝土桥面板高度： h=200 mm受拉钢筋到受拉区混凝土边缘距离：as=18 mm八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 8受压钢筋到受压区混凝土边

13、缘距离：as=18 mm混凝土桥面板有效高度 h0=200-18=182 mm混凝土选用 C30，fc=14.3N/2, ft=1.43N/2，1=1,b1=0.8钢筋选用 HRB335 级钢，fy=fy=300N/2，b=0.550单筋矩形截面在纵向受拉钢筋达到充分发挥作用或不出现超筋破坏所能承受的最大弯矩设计值：=114.370018220.55(1-bbcuahfM5 . 01201max,0.50.55)10-6=132.21 kNm混凝土桥面板设计弯矩 Md=19.5kNm Mu,max，按单筋矩形截面求配筋：需要的钢筋面积：114.3700/300182-(1822-)2(1200

14、1afMhhfafAcdcSy219.5/1/14.3/700)1/2=368.31 mm2取钢筋直径16mm，实际取用钢筋数量：3 根实际配筋面积 Aa=162/43=603.19 mm2构造最少配筋 As,min=0.00215700200=301 mm2 Aa2.42.4、抗剪计算、抗剪计算混凝土桥面板截面剪力：V=0.7hftah0=0.711.43(200+200)182/1000=72.87 kNQmax=60 kN混凝土桥面无需进行箍筋和弯起钢筋配置。3 3、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算( (采用有限元程序计算采用有限元程序计算) )3.13.1

15、、荷载组合、荷载组合50t 履带吊机与汽车可同时在同一跨栈桥上行使，栈桥荷载按履带吊机偏载、两辆汽车会车、履带吊机和一辆汽车在同一跨栈桥上，三种荷载进行分析，取对栈桥产生最不利荷载进行受力计算。荷载组合 1：履带吊机偏载(竖向荷载)均布荷载(恒载)：40 kN/m八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 9均布荷载(活载)：7000.75/4.66=112.67 kN/m荷载组合 2：两辆汽车会车(竖向荷载、两车道)均布荷载(恒载)：40 kN/m集中荷载(活载)：1201.32=312 kN (中、后轴轴重)两车道 601.32=156 kN (前轴轴重) 两车道荷载

16、组合 3：履带吊机和一辆汽车均布荷载(恒载)：40 kN/m均布荷载(活载)：7000.75/4.66=112.67 kN/m集中荷载(活载)：1201.3=156 kN (中、后轴轴重) 601.3=78 kN (前轴轴重) 3.23.2、结构及边界条件模拟、结构及边界条件模拟建模结构为三跨连续梁进行计算，栈桥各个结构构件采用梁单元模拟，分配梁与贝雷梁主桁采用铰接，分配梁与钢管桩采用铰接；钢管桩底按铰结考虑，荷载按实际计算值加载。计算模型3.33.3、荷载工况组合、荷载工况组合工况 1：结构自重+吊机在跨中偏载(侧向)吊重+风荷载(风速 14m/s,风力 6级)工况 2：结构自重+吊机在墩顶

17、一侧偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s,风力 6级)工况 3：结构自重+吊机在连续墩中间墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 1014m/s，风力 6 级)工况 4：结构自重+吊机在连续墩边墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s风力 6 级)工况 5：结构自重+吊机在制动墩边墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s风力 6 级)工况 6：结构自重+汽车荷载(双向车道,相邻跨不得同时出现车辆,按集中力加载)+风荷载(风速 14m/s,风力 6 级)工况 7：结构自重+吊机偏载(侧向)+汽车荷载(一辆汽车，按集中力加载，相邻

18、跨不得同时出现车辆,)+风荷载(风速 14m/s,风力 6 级)工况 8：结构自重+风荷载(风速 40m/s,风力 12 级)3.43.4、贝雷桁架内力计算、贝雷桁架内力计算采用有限元程序整体建模计算得出在工况 1 作用下贝雷梁弯矩最大，在工况 2 作用下贝雷梁剪力最大。 贝雷梁最不利弯矩图（kNm）八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 11贝雷梁最不利剪力图（kN）贝雷梁最大弯矩 Mmax=482.4 kNm 788.2 kNm贝雷梁最大剪力 Qmax=183.3 kN 245.2 kN3.53.5、分配梁计算、分配梁计算3.5.13.5.1、分配梁、分配梁 F1

19、F1 计算计算分配梁 F1 采用 2I32b，截面特性如下：采用有限元程序整体建模计算得出在工况 3 作用下分配梁 F1 弯矩最大，在工况 4 作用下分配梁 F1 剪力最大。分配梁 F1 最不利弯矩图（kNm）型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2I32b146.9232421452.627.12.3八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 12分配梁 F1 最不利剪力图(kN)分配梁 F1 弯矩 Mmax=152.6kNm，剪力 Qmax=353.2kN =M/W=152.6/1452.6103=105.05 MPa 170MPa =Qma

20、xS/Ib=329.7/(27.12.3)10=52.90 MPa 100MPa3.5.23.5.2、分配梁、分配梁 F2F2 计算计算 分配梁 F2 采用 2HN450200，截面特性如下：采用有限元程序整体建模计算得出在工况 5 作用下分配梁 F2 的弯矩和剪力最大。分配梁 F2 最不利弯矩图（kNm）型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2HN450200194.8267400300039.81.8八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 13分配梁 F2 最不利剪力图（kN）分配梁 F2 弯矩 Mmax=418.9kNm，剪力 Qmax

21、=373.5kN =M/W=418.9/3000103=139.63 MPa 170 MPa =QmaxS/Ib=373.5/(39.81.8)10=52.14 MPa 100 MPa3.63.6、钢管桩反力计算、钢管桩反力计算钢管桩采用 6008mm 钢管，其截面特性如下：规格每米重量截面积惯性矩回转半径截面矩（mm)(kg/m)A(cm2)I(cm4)i(cm)W(cm3)6008116.8 148.79 65192.0 20.9 2173.1 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 4 作用下连续墩墩底反力最大为693.5kN，在工况 5 作用下制动墩墩底反力最大为 395.2kN。连续墩

22、墩底反力图（kN）八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 14 制动墩墩底反力图（kN）3.73.7、钢管桩强度及稳定性计算、钢管桩强度及稳定性计算钢管桩截面积：A=(D2-(D-2d)2)/4=(6002-(600-28)2)/4=14878.6 mm2钢管桩计算长度：l=10.5m；K1=连接系惯性矩/钢管桩惯性矩=4487.1/65192.0=0.069, K2=10查表得计算长度系数：u=1.78长细比：=ul/i=1.7810.5/20.9100=89.4 =130轴心受压构件稳定系数 ：查表得 =0.718=N/A=693.5/0.71814878.610

23、00=64.92 MPa 170 MPa4 4、钢管桩基础计算、钢管桩基础计算4.14.1、单桩荷载、单桩荷载钢管桩连续墩最大轴向力：693.5kN，制动墩最大轴向力：395.2kN。实际单桩控制荷载：连续墩取 700kN，制动墩取 420kN。4.24.2、钢管桩外形尺寸、钢管桩外形尺寸钢管桩采用外径：D=600mm，壁厚 d=8mm钢管桩采用内径：ds=(600-28)/1000=0.584 m钢管桩桩底投影面积:A=D2/4/106=0.283 m2钢管桩周长:U=D/1000=1.885 m4.34.3、钢管桩容许承载力计算公式、钢管桩容许承载力计算公式钢管桩单桩容许承载力：P=(sU

24、ili+pAR)/2敞口桩侧阻挤土效应系数 s八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 15钢管桩内径6007008009001000s10.930.870.820.77s，侧阻挤土效应系数：1p，桩底端闭塞效应系数：0.8s=0.84.44.4、钢管桩计算、钢管桩计算a.取制动墩 28#桩计算，单桩承载力为P=420kN，地面标高：11.273m，桩顶标高：17.030m土层参数表第一层淤泥层提供的桩侧极限摩阻力：sU1l1=11.885201.393=52.52 kN桩端极限承载力：pAR=0.80.2830=0 kN桩侧实际极限摩阻力：52.52 kN第二层淤泥质

25、土层提供的桩侧极限摩阻力：sU2l2=11.8852510.576=498.39 kN桩端极限承载力：pAR=0.80.2831000=226.4 kN钢管桩底承载力：(2420-52.52-0)/2=393.74 kN 453.72 kN，钢管桩进入下一土层，桩侧实际极限摩阻力为 453.72kN第三层中砂层提供的桩侧极限摩阻力：sU3l3=11.885350.728=48.03 kN桩端极限承载力：pAR=0.80.2833000=679.2 kN钢管桩底承载力：(2700-62.92-453.72-226.2)/2=328.58 kN 48.03 kN，钢管桩进入下一土层，桩侧实际极限摩

26、阻力为 48.03kN第四层卵石层提供的桩侧极限摩阻力：土层代码土层名称土层厚度桩侧极限摩阻力 i i (kPa)桩端极限承载力R R(kPa)1淤泥1.6692002淤泥质土9.628251000 3中砂0.7283530004卵石层4.64916070005强风化泥质粉砂岩4.1781604500八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 17sU4l4=11.8851604.649=1402.14 kN桩端极限承载力：pAR=0.80.2837000=1584.8 kN钢管桩底承载力：(2700-62.92-453.72-48.03-62.92-453.72-48.

27、03)/2=135.33 kN 5，满足要求6 6、变宽段分配梁计算、变宽段分配梁计算履带吊机在变宽段上作业时，侧向最大吊重为 100kN，工况组合与主栈桥相同，采用有限元程序整体建模计算。6.16.1、分配、分配 F3F3 梁计算梁计算分配梁 F3 采用 2I32b，截面特性如下：采用有限元程序整体建模计算得出在工况 3 作用下分配梁 F3 弯矩最大，在工况 4 作用下分配梁 F3 剪力最大。型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2I32b146.9232421452.627.12.3八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 18分配梁 F3

28、 最不利弯矩图（kNm）分配梁 F3 最不利剪力图（kN）分配梁 F3 弯矩 Mmax=194.1kNm，剪力 Qmax=459.5kN =M/W=194.1/1452.6103=133.62 MPa 170MPa =QmaxS/Ib=459.5/(27.12.3)10=73.72 MPa 100MPa6.26.2、分配、分配 F2F2 梁计算梁计算 分配梁 F2 采用 2HN450200，截面特性如下：采用有限元程序整体建模计算得出在工况 5 作用下分配梁 F2 的弯矩和剪力最大。型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2HN450200194.82674003000

29、39.81.8八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 19分配梁 F2 最不利弯矩图（kNm）分配梁 F2 最不利剪力图（kN）分配梁 F2 弯矩 Mmax=318.4kNm，剪力 Qmax=308.6kN =M/W=318.4/3000103=106.13 MPa 170 MPa =QmaxS/Ib=308.6/(39.81.8)10=43.76 MPa 100 MPa7 7、6m6m 宽支栈桥计算宽支栈桥计算7.17.1、砼面板计算、砼面板计算支栈桥混凝土桥面板计算和主栈桥相同八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 207.27.2、贝雷

30、梁主桁、分配梁及钢管桩计算、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算( (采用有限元程序计算采用有限元程序计算) )7.2.17.2.1、荷载组合、荷载组合支栈桥荷载按履带吊机偏载、一辆汽车作用在栈桥上，两种荷载进行分析，取对栈桥产生最不利荷载进行受力计算。荷载组合 1：履带吊机偏载(竖向荷载)均布荷载(恒载)：30 kN/m均布荷载(活载)：7000.75/4.66=112.67 kN/m荷载组合 2：一辆汽车(竖向荷载)均布荷载(恒载)：30 kN/m集中荷载(活载)：1201.3=156 kN (中、后轴轴重) 601.3=78 kN (前轴轴重) 7.2.27.2.2、结构及边界条件模拟、结构及

31、边界条件模拟建模结构为三跨连续梁进行计算，栈桥各个结构构件采用梁单元模拟，分配梁与贝雷梁主桁采用铰接，分配梁与钢管桩采用铰接；钢管桩底按铰结考虑，荷载按实际计算值加载。计算模型7.2.37.2.3、贝雷梁内力计算、贝雷梁内力计算支栈桥贝雷梁加载工况、内力计算与主栈桥相同：在工况 1 作用下贝雷梁弯矩最大，在工况 2 作用下贝雷梁剪力最大。八里湖跨湖大桥施工栈桥计算书中铁大桥局第五工程有限公司施工设计部 21贝雷梁最不利弯矩图（kNm）贝雷梁最不利剪力图（kN）贝雷梁最大弯矩 Mmax=437.7 kNm 751 kNm贝雷梁最大剪力 Qmax=161.6 kN 245 kN7.2.47.2.4、分配梁计算、分配梁计算a.分配梁 F4 计算分配梁 F4 采用 2I32b，截面特性如下：采用有限元程序整体建模计算得出在工况 3 作用下分配梁 F4 弯矩最大，在工况 4 作用下分配梁 F4 剪力最大。型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb