钢栈桥修复设计计算书

1、*特大桥 钢栈桥修复设计计算书钢栈桥修复设计计算书一、概述受今年台风“纳沙”和“尼格”的影响，从2011年9月29日中午开始至10月7日，*等地出现了持续多天的强降雨天气，普降大到暴雨，局部特大暴雨，局部地区出现了特大暴雨恶劣天气，桥位处河段内的*河水突然急剧上涨，流速加快，洪水夹带着大量的各种漂流物，迅猛扑向钢栈桥，造成钢栈桥突然变形位移，使钢栈桥承受的洪水推力突然增大，导致钢栈桥被洪水冲毁；需在原位上重新修复。二、钢栈桥设计要求修复钢栈桥的设计要点，通过加宽钢管桩基础尺寸，以增强其侧向的整体稳定性，以及减少横水流方向的构件，达到降低漂流物对钢栈桥的横向推力的目的。（一） 钢栈桥设计结构体系

2、1、结构尺寸:钢栈桥仍采用梁柱式型钢梁简支结构设计，跨径设计5m，桥面宽8.0m；钢栈桥平行主桥中心线，布置在主桥的上游。2、钢栈桥基础：采用直径426×8mm钢管桩基础，横向钢管间距为3.2m，每排4根，在钢管桩顶开设15×36cm的槽口，焊接夹住横向帽梁型钢，并在钢管桩顶采用厚度为8mm的钢板作加强板；为保证其侧向和整体稳定性，钢管桩间采用12.6槽钢设置剪刀撑和平联，纵向设置纵向联杆，另外在横桥向下游侧每10m设置1根横向加强*特大桥 钢栈桥修复设计计算书斜撑，加强斜撑采用426×8mm钢管。3、桥面系结构组成：在钢管上横桥向布置1根长12m的I36a工字钢

3、作为帽梁，纵桥向布置7根间距1.2m的I36a工字钢作纵向承重梁；纵向承重梁上铺设宽度为1.51m、长度为8m的定型面板，定型面板纵向采用16a槽钢作边框梁、横向采用间距50cm的16a槽钢作支撑梁，支撑梁上铺设6mm钢板做面板，面板上铺设2块宽度为1.51m、厚度为10mm的钢板作行车道板。钢栈桥栏杆采用直径32mm的钢管焊接成的定型栏杆，每片长度6.0m。考虑整体稳定性，钢管桩与型钢帽梁、纵梁、桥面板之间全部焊接成整体结构。（二）栈桥设计依据1、公路桥涵设计通用规范 （JTGD60-2004）2、公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JGJ025-86）3、公路桥涵施工技术规范 （JTJ041-

4、2000）4、港口工程荷载规范 （JTJ215-98）5、公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ025-85）（三）、栈桥结构设计按汽车超20车辆荷载及履50进行验算，不考虑刹车力。栈桥设计主要技术参数如下：1、 设计流速暂按1m/s进行计算。*特大桥 钢栈桥修复设计计算书2、 土层力学指标桥位处覆盖层为卵石和细砂,厚度0.21.6m、下伏中风化灰岩层基岩，其详细指标见地质勘测资料。3、 钢材为A3钢，容许应力：=145Mpa。容许剪应力：=85Mpa。临时工程容许应力可提高1.4。二、工况说明按以下2种不利工况进行验算：工况一：履-50T，受水流力工况；工况二：汽20营运，受水流力工况三、荷载计

5、算参数1、荷载计算:A、履带吊50荷载：不考虑刹车制动力；履带吊自重50T，起吊重量30T，考虑吊装作业时偏载的不均衡荷载，单侧履带最大起重量为60T(G1=600KN)，相对应另一侧重量为20T(G2=200KN)，履带宽0.76m，间距4.0m，长度4.5m；履带最大作用力：P1=600KN/4.5m*=133.3KN/m。B、汽-超20荷载：单轴重按140KN、轴距1.4m；轮胎接触面宽0.2m，轮距1.8m；按集中荷载：P2=140KN。C、定型面板和行车道钢板自重(平均)： G3=1.32KN/m2E、作用在每根纵向梁上的定型面板和行车道钢板自重：*特大桥 钢栈桥修复设计计算书 F、

6、其它荷载:P3=2.5KN/m2G、上部构造每跨总自重：G7=G3*8m*5m+G4*12m*2+G4*5m*7=88.2KNH、水流力计算：根据港口规范，设计按1m/s进行计算，水深范围全断面计算。Fw=*A*V2/2*g=0.73×10×12×3.14×0.213×0.213/2×9.8=0.05KN即流水压力为0.05KN/m2式中：Fw钢管桩所受的水流作用力，KN；挡水形状系数，圆形采用0.73；V水流流速；暂取V=1.0m/s；A钢管桩在与水流方向垂直平面上的投影面积(m2)； g重力加速度，g=9.8m/s2水的容重,10

7、KN/m33、截面特性参数查表得:I36a工字钢截面惯性矩:I=15800 cm4I36a工字钢截面抵抗矩:W=875cm3I36a工字钢有效截面积:A=76.48cm216a槽钢截面惯性矩:I=866cm416a槽钢截面抵抗矩:W=108cm316a槽钢有效截面积:A=21.96cm2*特大桥 钢栈桥修复设计计算书 426*8mm钢管桩截面惯性矩:I=（R4-r4）/4=22941 cm4426*8mm钢管桩截面抵抗矩:W=（R4-r4）/4R =1077cm3426*8mm钢管桩有效截面积:A=105cm2四、结构验算A、工况一：履-50T，受水流力工况；截取钢栈桥中跨32#为单元进行验算

8、。1、 钢管桩强度验算：为简化计算，钢管桩按两端铰接的压弯杆进行验算，钢管桩承受轴心压力及水流压力产生的弯矩；钢管桩长L=21.9m，每计算单元由8根钢管桩支撑，履带吊单侧荷载作用于承重梁上对钢管桩最不利，则:轴心压力N1=(履-50T单侧荷载)/2+（桥面板系自重荷载+其它荷载)/8 履带吊最大单侧荷载：G1=600KN N =323.5KN1每跨自重荷载：G7=88.2KN其它荷载：P=P3×8.0×5.0=100KN轴心压力：N1=G1/2+（G7+P)/8=323.5KN 流水压力Fw=0.05KN/m回转半径r=（I/A）=22941/105=14.8cm2190

9、/14.8148<150，(受压构件容许长细比)查表：弯曲折减系数=0.312水流压力作用下最大弯矩：×102)=101.6Mpa =145 Mpa(强度满足要求)。*特大桥 钢栈桥修复设计计算书2、横向帽梁I36a验算：履带吊单侧偏载履带位于帽梁上时，对钢管桩顶上的帽梁最不利；在这一工况下，履带吊荷载的均布荷载作用到相邻的两跨上计算；桥面系自重和其它荷载按均布计算，按简支梁验算；计算跨径为：L=3.2m：履带吊单侧均布荷载：q2 =P1/2=133.3/2=66.7KN/m桥面系荷载、其它荷栽：q3=(G7+P3*8m*5m)/2*9.6m=(88.2+2.5*8*5)/(2

10、*9.6)=9.8KN/m，q2=66.7KN/m3=9.8KN/m跨中弯矩：强度验算:=M/W=97.9×106/875×103=112Mpa =145 Mpa (强度满足要求。)帽梁剪应力：Q=(q2+q3)*L/2=(66.7+9.8)*3.2/2=122.4KN=Q/A=122.4* 103/(76.48* 102)=16Mpa=85Mpa满足要求挠度计算:帽梁最大挠度：fmax=5*(q2+q3)*L4/(384EI1)=3.0mmf=L/400=8.0mm(刚度满足规范要求)。3、纵向承重梁I36a验算：计算简图2*特大桥 钢栈桥修复设计计算书栈桥纵向承重梁(I

11、36a)间距为1.2m，履带宽0.76m；履带吊单侧偏载时，其履带位于1根纵梁上时，由3根纵梁共同受力,对纵梁最不利；在这一工况下，履带吊荷载、桥面系自重、其它荷载等按均布计算，按简支梁验算；计算跨径为：L=5.0m：履带吊均布荷载：q1=P1=133.3KN/m (作用于跨中荷载长度为4.5m)桥面系、其它荷载作用到每根纵梁上的均布荷载：q2=G3*1.2+G4*2+P3*0.88跨中最大弯矩：强度验算:=M/W=426.4×106/875×3×103=162Mpa =1.4×145 Mpa=203Mpa (按临时工程提高系数1.4,强度满足要求。)纵

12、梁剪应力：Q=q1*4.5/2+q*L/27 q =133.3KN/m1q =5.8KN/m2计算简图3*特大桥 钢栈桥修复设计计算书=Q/A1=314.4* 103/(76.48*3* 102)=13.7Mpa=85Mpa满足要求挠度计算:纵向承重梁最大挠度：fmax=5*q*L4/(384EI)+q1* b2* L2（2- b2/ L2-2* 25252/ L2）*25 25/ L+(2525-500) 4/( L2* b2）/(24EIL)4、定型面板边框梁16a槽钢验算：定型面板边框梁16a间距138cm，履带宽0.76m；履带吊单侧偏载时，其荷载由2根边框梁16a承受；在这一工况下，

13、履带吊荷载、钢板及16a槽钢自重、其它荷载等按均布计算，按三等跨连续梁为计算单元进行验算；计算跨径为：L=1.2m：履带吊均布荷载：q1=600KN/4.5m=133.3KN/m=6.3KN/m，*特大桥 钢栈桥修复设计计算书作用到2根16a槽钢上的均布荷载:q=q1+q2=133.3+6.3=139.6KN/m跨内最大弯矩：强度验算:=M/W2=20.1×106/108×2×103=93Mpa =145 Mpa(强度满足要求)。边框梁剪应力：=Q/A2=100.5* 103/(21.96*2* 102)=22.9Mpa=85Mpa满足要求B、工况二：汽超20营运

14、工况。汽超20按集中荷载考虑；截取钢栈桥中跨32#为单元进行验算。1、钢管桩强度验算：为简化计算，钢管桩按两端铰接的压弯杆进行验算，钢管桩承受轴心压力及水流压力产生的弯矩；钢管桩L=21.9m，每计算单元由8根钢管桩支撑，汽超20两轮的集中荷载作用于承重梁上对钢管桩最不利，轮距为1.8m，轴重P2=140KN。则:9 q=q +q =139.6KN/m21计算简图4*特大桥 钢栈桥修复设计计算书 轴心压力N=汽超20按集中荷载+（桥面板系自重荷载+其它荷载)/8 汽超20按集中荷载：P1=140KN每跨自重荷载：G7=88.2KN其它荷载：P=P3×8×5=100KN轴心压

15、力：N=P1+（G7+P)/8=163.5KN回转半径r=（I/A）=22941/105=14.8cm 流水压力2190/14.8148<150，(受压构件容许长细比) 计算简图5查表：弯曲折减系数=0.312= M/W+N/(A*) =3.0×106/1.077×106+163.5×103/(105×0.312×102)=52.7 Mpa =145 Mpa(强度满足要求)。2、横向帽梁36a验算：汽超20集中荷载位于帽梁上时，对钢管桩顶的帽梁最不利；在这一工况下，汽超20按集中荷载荷载作用到相邻的两跨上计算、面板自重、其它荷载等按均布计

16、算，按简支梁验算；计算跨径为：L=3.2m：汽超20按集中荷载：P1=140/2=70KN ( 两集中荷载距离为1.8m)面板,其它荷栽：q2=(G7+P3*8m*5m)/2*9.6m=(88.2+2.5*8*5)/(2*9.6)=9.8KN/m， 跨中弯矩：*特大桥 钢栈桥修复设计计算书M1=P1*(2*0.7+1.8)*1.6/3.2=112KN.m强度验算:=M/W=124.5×106/875×103=142Mpa =145 Mpa (强度满足要求)。帽梁剪应力：Q=P1*(2*0.7+1.8)/3.2+q2*L/2=85.7KN=Q/A=85.7* 103/(76.

17、48* 102)=11.2Mpa=85Mpa满足要求挠度计算:帽梁最大挠度：fmax=5*q2*L4/(384EI1)+P1*a*（2a+c）*L2-4* a2*L+2* a3- a2 b- c3/(6EIL)=0.4mm+1.1mm=1.5mmf=L/400=8.0mm(刚度满足规范要求)。3、纵向承重梁36a验算：纵向承重梁36a间距为1.2m，轮胎接触面0.2m，轮胎宽0.6m，轴距1.4m；汽超20轴重的集中荷载作用于1根纵向承重梁上时，由相邻两跨3根纵梁共同受力；在这一工况下，汽超20按P =70KN1P =70KN1计算简图6*特大桥 钢栈桥修复设计计算书集中荷载、桥面系自重和其它

18、荷载按均布计算，按简支梁验算；计算跨径为：L=5.0m：汽超20轴重按集中荷载：P1=140KN ( 两集中荷载距离为1.4m)面板、其它荷载作用到每根纵梁上的均布荷载：q=G3*1.2+G4*3+P3*1.2跨中弯矩：M1=P1*(2*1.8+1.4)*1.8/5.0=252KN.m最大弯矩：M=M1+M2=252+20=272KN.m强度验算:=M/W=272×106/875×3×103=104Mpa =145 Mpa (强度满足要求。)纵梁剪应力：Q=P1*(2*1.8+1.4)/5.0+q*L/2=Q/A=156* 103/(76.48*3* 102)=6.8Mpa=85Mpa满足要求挠度计算:纵向承重梁最大挠度：fmax=5*q*L4/(384EI)+P1*a*（2a+c）*L2-4* a2*L