高速公路高坡便桥设计方案和计算书

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业高坡拌合站便道横跨隧道便桥 施工方案和力学检算书编审批日制：核：准：期：目录2第 1 章 概 述1.1 工程概况高坡拌合站设置于线路里程 DK417+400 处横向 200 米一平坦旱地范围内（见附图），设办公生活区、搅拌楼、砂石料场、道路、绿化带，占地面积合计 m ,拌合站下埋深 27.03 米处有高坡隧道通过，隧道宽 14m；拌和站门前有便道一条，由原来的乡道改建而成，便道处纵断面根据线路纵断面图确定，如图 1-1 所示；便道在 DK417+313 处与高坡隧道立体交叉，交叉处地下岩层稳定，无溶洞，约 4 米的表层地质结构为第四系全新统坡洪积层，土

2、石工程等级为级，表层 4 米以下为白云质灰岩，土石工程等级为级，层理产状为：N45W/45°SE（73°），风化等级为弱风化岩；我单位在此处进行地质钻探，钻探结果如图 1-2 所示，与设计资料相符。由于该便道上将来经常要通行混凝土罐车等重型车辆，为了确保重型车辆的通行不对隧道施工产生影响，保证隧道施工安全。特设置跨径 24 米，长 25.66 米，净宽 3.8m 的临时便桥于该便道上，桥位详见附图。图 1-1线路纵断面在高坡拌合站处截图1图 1-2高坡拌合站处地质钻探照片1.2 便桥设计方案本便桥设计全长为25.66m，纵向设计跨径为1跨24m，净宽3.8m，采用下承式贝

3、雷架结构。构成形式为：主要承重构件为6排单层加强型贝雷桁架，每侧3排，排间 距0.45m，使用900型支撑架进行横向联结；桥面为自制桥面板，由8mm厚钢板作为面 板和间距0.25m的I14工字钢作为面板纵向加劲肋焊接而成，钢板上焊接12mm短钢 筋作为防滑设施；横向分配梁为I36b，间距为1.5m；基础采用明挖扩大基础，基础 材料为C30砼，尺寸为6.4×2.0×4.2m，基础埋深4.2m，坐落于白云质灰岩持力层。另外本设计力学检算内容采用商业有限元软件“路桥施工计算专家（RBBCCE）” 和Midas/civil 2006进行相关计算，并采用容许应力法设计。便桥布置结构形

4、式如图1-1和图1-2所示2图1-1 便桥立面图（单位：m）图1-2 便桥侧面图（单位：cm）1.3 设计依据(1)公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） (2)公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85） (3)公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ025-86） (4)公路桥涵施工技术规范 （JTJ0412000） (5)公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）1.4 技术标准(1) 设计桥面标高：1286.82m(2) 设计桥长：25.66m，单跨24m3(3) 设计桥宽：净宽3.8m(4) 设计控制荷载：设计考虑以下三种荷载：1、 汽车

5、-超20车队2、 混凝土罐车，自重20T+载重30T，考虑1.3的动力系数，按65T荷载设 计3、 挂车-80级平板车设计仅考虑一辆重车在桥上通行，不得同时有多辆罐车在桥上。(5)设计行车速度10km/h。1.5 便桥钢材选用及设计参数便桥各构件钢材选用和容许应力如表 1-1 所示：表 1-1 便桥各构件钢材选用和容许应力构件材料种类型号轴向容许 正应力(MPa)弯曲容许应力(MPa)容许剪应力(MPa)桥面钢板Q2358mm 厚钢板14014585纵梁Q235I14 工字钢14014585横梁Q235I36b 工字钢14014585贝雷架弦杆16Mn加强型200210120贝雷架腹杆16Mn

6、I8 工字钢200210120节点板Q2358-16mm 厚钢板14014585端部支座固结钢板Q23516mm 厚钢板14014585销子30CrMnTi49.5mm11051105585其他Q23514014585第 2 章 荷载计算2.1 上部结构恒重1）钢便桥面层：8mm厚钢板，单位面积自重： 0.008×1×1×7.85×1000=62.8kg，即：0.628kN/m2，桥面宽按4m设计，换4-3算成沿桥跨方向均布线荷载为：0.628×4=2.512kN/m2） 面板加劲肋I14（纵梁），单位重16.89kg/m，即0.169kN/m

7、，纵向17排，长 按24m，沿桥跨方向总均布线荷载为：2.873kN/m3） 横梁I36b，单位重65.689kg/m,即0.657kN/m，长7m，间距1.5m，共17根，总 重0.657×7×17=78.2kN，沿桥跨方向总均布线荷载为：3.258 kN/m4） 纵向主梁：横向6排321型贝雷梁，每片贝雷重287kg（含支撑架、销子等）， 总重为：287×8×10×10 ×6137.76kN，换算成桥跨方向均布线荷载为： 5.74kN/m。2.2 车辆荷载1）汽车-超20级车轮着地尺寸为0.6×0.2m（宽×长

8、），加载图式如图2-1所示图2-1 汽车-超20级加载图式按其中最重的车辆计算，如图2-2所示图2-2 汽车-超20级加载图式5图2-3 砼罐车平立面及加载图式332)9m 的混凝土罐车1台9m (考虑冲击系数1.3满载后65t)的混凝土罐车车辆及荷载平面和立面如图2- 3所示3、 挂车-80级加载图式如图2-4所示图2-4 挂车-80级加载图式2.3 人群荷载人群荷载为4kN/m26第 3 章 纵梁计算3.1 纵梁最不利荷载确定其荷载分析如下：1） 自重均布荷载：2.512+2.873=5.385kN/m(面板+加劲肋纵梁)，对于每根纵梁 的均布荷载为0.224 kN/m2） 人群荷载：不同

9、时考虑3） I14加劲肋间距为25cm，横向分配梁间距为1.5m，纵梁受力计算按照跨径为 1.5m的5跨连续梁进行验算4） 汽车轮压汽车-超20级轮压：车轮接地尺寸为0.6m×0.2m,纵梁间距0.25m，0.25×2<0.6，故每组车轮压在3根I14上，考虑冲击系数1.3，则单 根I14承受的荷载按照集中力计算为1.3×140 kN÷2÷3=30.3kN；砼罐车轮压：车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,每组车轮压在3根I14上，已经考 虑汽车冲击系数1.3，则单根I14承受的荷载按照集中力计算为 250kN÷2

10、7;3=41.7kN；挂车-80级轮压：车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,纵梁间距0.25m，0.25×2=0.5，故每组车轮压在3根I14上，考虑冲击系数1.3，则单根I14承受的荷载按照集中力计算为1.3×200 kN÷4÷3=21.7kN；对比上面3种车辆荷载，得出砼罐车作用时，纵梁加劲肋纵梁受力最不利。 故：I14梁的验算选择罐车进行控制验算 ，则单边车轮布置在跨中时弯距最大，纵梁上面的钢板均布荷载为2.512/17=0.15kN/m3.2 纵梁计算1）当罐车的后轮作用在两横梁中间时，纵梁弯矩最大。“路桥施工计算专家”（RBCCE）软件

11、计算模型如图3-1所示图3-1 纵梁计算模型模型中25 kN是根据轴重成比例分配得到，即715 25=25 41.7其中单元截面性质如表3-1所示表3-1 模型各单元特性表计算结果如图3-2和图3-3所示：图3-2 纵梁弯矩图和剪力图8图3-3 纵梁变形图根据计算结果可知：（1） 最大弯曲应力122.11MPa<w=145MPa,满足抗弯强度要求；（2） 当后轮压在两横梁中央时剪力为34.61kN，而当后轮压在两横梁处时剪力 为41.7kN，剪应力=VS/Ib，其中剪力取V=41.7kN，I/s=12cm，腹板厚 b=5.5mm,代入得=41.7×1000/(120×

12、5.5)=63.2MPa<=85MPa,满足抗剪强 度要求；（3） 最大位移1.354mm<L/400=1500/400=3.75mm，满足刚度要求。2）当罐车的后轮作用在横梁处时，纵梁受到的剪力最大。RBCCE计算模型如图3-4所示图3-4 纵梁计算模型2计算结果如图3-5所示9图3-5 纵梁计算结果根据计算结果可知：（1） 最大弯曲应力77.47MPa<w=145MPa,满足抗弯强度要求；（2） 纵梁最大剪力为42.3kN，剪应力=VS/Ib，其中剪力取V=42.3kN，I/s=12cm，腹板厚b=5.5mm,代入得=42.3×1000/(120×5.

13、5) =64.1MPa<=85MPa,满足抗剪强度要求；（3）最大位移0.669mm<L/400=1500/400=3.75mm，满足刚度要求。由计算可见：I14工字钢作为纵梁，间距0.25m可以满足受力要求。第 4 章 横梁计算4.1 横梁最不利荷载确定由于车辆是压在大桥面板上，故认为车辆荷载传递到横梁上时是均衡传递的， 认为车辆最前后轴距间的横梁承担车辆集中荷载，这是偏于安全考虑的，对比三种102 22车辆荷载作用下单根横梁受力见表4-1：表 4-1 三种车辆荷载作用下单根横梁受力车辆荷载前后轴距和（m）分配横梁根数总轴重（kN）单根横梁承受（kN）汽车-超 20 级12.88

14、55068.75砼罐车5.53650216.67挂车-80 级6.44800200从表中可以看出，砼罐车荷载作用下，对横梁的受力最不利。4.2 砼罐车荷载下横梁检算荷载分析：（1） 桥面钢板面荷载为0.628 kN/m ，纵梁面荷2.873/24=0.12kN/m ， 总0.628+0.12=0.75 kN /m ，换算成均布线荷载为：0.75×1.5=1.13kN/m（2） 人群荷载：不考虑与汽车同时作用（3） 轮压荷载：按砼罐车轮压计算车辆行进在桥横向中间时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可 作为集中力，RBCCE计算模型如图4-1所示：图4-1 横梁计算模型1各单元特性

15、如表4-2所示表 4-2 横梁模型各单元特性11计算结果如图4-2和4-3所示图4-2 弯矩图和剪力图变形图如图5-3所示12图4-3 横梁变形图由计算结果图可见（1） 弯曲正应力 =103.59MPa<=145MPa,满足抗弯强度要求；（2） 剪力263.78kN，剪应力=VS/Ib其中剪力V=263.78 kN，I/s=34.1cm，腹板厚b=10.5mm,代入得 =263.78×1000/(341×10.5)=73.7MPa<=80MPa,满足抗剪强度要 求；（3）最大位移1.764mm<L/400=4000/400=10mm,满足刚度要求。当65T

16、罐车后车轮单个车轮布置在桥面边缘时剪力最大，RBCCE计算模型如图4-4 所示：图4-4 横梁计算模型2计算结果如图4-5所示13图4-5 横梁计算结果2（1） 最大弯曲应力71.73MPa<=145MPa，满足抗弯强度要求；（2） 最大剪力为196.83kN，剪应力=VS/Ib其中剪力V=196.83kN，I/s=34.1cm，腹板厚b=10.5mm,代入得 =196.83×1000/(341×10.5)=55.0MPa<=80MPa,满足抗剪强度要求；14（3） 最大位移1.411mm<L/400=4000/400=10mm,满足刚度要求。由计算可知，

17、横梁满足各项受力要求，是安全的。第 5 章 24m 跨贝雷架计算5.1 荷载计算贝雷架为主要承重结构，由两榀构成，每榀由3排组成，每排由8节标准贝雷桁 架节构成。如图5-1所示：图5-1 桥跨布置荷载分析：1） 自重均布荷载：根据前面的计算可知均布荷载为： q=2.512+2.873+3.258+5.74=14.383kN/m2） 人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；3） 车辆荷载：按挂车-80验算；5.2 挂车-80级荷载下贝雷架计算为简化计算，贝雷架的上承受的荷载有集中荷载和均布荷载，均布荷载为桥面 系和贝雷架自重，集中荷载为车辆荷载，集中荷载按挂车-80级计算，计算模型如图 5-2所示，对

18、单片贝雷架q=14.383/6=2.4kN/m,集中荷载p1=p2=p3=p4=200/6=33.3 kN图5-2贝雷架计算模型需要说明的是：挂车-80轴重等效成集中力不一定在节点上，由于实际是节点受 力，故适当把力移动相近节点上计算。杆件截面特性如表5-1所示1524表 5-1贝雷架杆件截面特性杆件材料截面面积(m )惯性矩（m ）加强型上下弦杆16Mn 410 0.00502 2.04×10-5竖杆斜杆16Mn I8 0. 1.025×1016Mn I8 0. 1.025×10-6-6贝雷架构件材料考虑稳定后的容许轴力如表 5-2 所示表 5-2项目弦杆 加强

19、型弦杆竖杆斜杆贝雷架构件考虑稳定后容许轴力（kN）允许轴力560560×2=1120210171计算结果如图5-35-5所示 轴力图如图5-3所示图5-3 贝雷架轴力图（单位：kN）变形图如图5-4所示图5-4 贝雷架变形图16图5-5 贝雷架最大轴力位置由计算结果可知：（1）弦杆最大轴力582.81kN<N=1120kN，弦杆满足强度和稳定要求； （2）竖杆最大轴力88.9kN<N=210kN，竖杆满足强度和稳定要求；（3） 斜杆69.14kN<N=171kN，斜杆满足强度和稳定要求；（4） 最大竖向位移51.01mm<L/400=24000/400=60m

20、m，贝雷架刚度满足要求。 由上面的计算可知：贝雷架各杆件满足受力要求，是安全的。第 6 章 Midas 空间建模复核计算6.1 Midas空间模型的建立把贝雷架，横梁，纵梁，钢板作为一个整体进行空间建模，由于贝雷架杆件之间是焊接，故采用梁单元来建模，对于节与节之间用销钉连接，看成铰接，在 Midas 中采用释放梁端约束的办法实现铰接，另外对于加强型弦杆，看成一个杆件，截面如图 7-1 所示，建立的 Midas 平面模型时，由于截面库中没有4 槽钢截面类型，解决办法是：首先在 AutoCAD 中绘制半截面，将其存为 dxf 文件，利用 Midas 中的截面特性计算器导入该半截面并计算截面特性，然

21、后再将其截面特性计算结果导出 Midas 的 sec 文件，然后在 Midas 中：模型材料和截面截面特性截面添加数 值任意截面从 SPC 导入，最后将导入的面积和惯性矩 Iyy 数值改为原来的 2 倍，从而实现四槽钢截面的间接输入。对于图 6-1 贝雷架上下 弦杆截面横梁与贝雷架之间的连接和横梁与纵梁之间的连接其中一个采用弹性连接类型中的 刚性连接，其余采用弹性连接中的只受压类型，对于板和纵梁之间为焊接，模型中172采用连接采用共用节点，即刚接，共用节点会导致截面之间交错冲突，Midas 中采用 截面偏心解决。两端贝雷架节点处一端固定支座，一端活动支座。验算荷载为挂车- 80 级，车轮接地尺

22、寸为 0.5m×0.2m，纵向 4 个轴，横向 4 排轮，单轴重 200kN，车 轮面荷载为：200/(0.5×0.2×4)=500kN/m 。对于自重程序自动计算。选取两个工况进行验算，即车辆位于跨中和端部。6.2 工况一计算工况一：车辆行进在跨中。建立的空间模型如图 6-26-5 所示图 6-2 工况一空间模型图 6-3 工况一空间模型立面图18图 6-4 工况一空间模型平面图图 6-5 工况一空间模型侧面图计算结果如下：（1）8mm 厚钢板钢板正应力如图 6-6 所示图 6-6 工况一钢板正应力钢板剪应力如图 6-7 所示19（2）纵梁图 6-7 工况一钢板

23、剪应力纵梁弯曲组合应力如图 6-8 所示图 6-8 工况一纵梁组合应力纵梁剪应力如图 6-9 所示20图 6-9 工况一纵梁剪应力（3）横梁横梁弯曲组合应力如图 6-10 所示图 6-10 工况一横梁组合应力横梁剪应力如图 6-11 所示21（4）贝雷架图 6-11 工况一横梁剪应力贝雷架组合应力如图 6-12 所示图 6-12 工况一贝雷架组合应力贝雷架剪应力如图 6-13 所示22图 6-13 工况一贝雷架剪应力（5）整体位移全桥整体变形如图 6-14 所示图 6-14 工况一全桥整体变形根据计算结果可以得到：(1)钢板最大正应力 42.2 MPa<=140 MPa，最大剪应力 24

24、.3MPa<=85 MPa，满足受力要求；(2) 纵梁最大轴弯组合应力 73.3 MPa<w=145 MPa ，最大剪应力 26.7MPa <=85 MPa，满足受力要求；(3) 横梁最大弯曲组合应力 82.9 MPa<w=145 MPa，最大剪应力 25.0 MPa <=85 MPa，满足受力要求；23图 6-16 工况二空间模型图 6-17 工况二空间模型立面图(4)贝雷架各杆件最大轴弯组合应力 218.7 MPa>=210 MPa，剪应力 2.8 MPa <=120 MPa，最大应力位置在端部竖杆，故对端竖杆加强处理，按增加 1 根10 槽钢后计

25、算，杆件应力如图 6-15 所示，最大应力 160.3MPa，在上下弦杆位置，竖杆加强后满足要求。图 6-15 竖杆加强处理后贝雷架应力(5)全桥最大挠度 52.2mm<L/400=24000/400=60mm，满足刚度要求。根据上面的计算可知：在工况一下便桥各构件均满足受力要求。6.3 工况二计算工况二：车辆行进在桥两端，即车辆后轮恰好上桥或者前轮离桥的时刻。 计算模型如图 6-166-19 所示24图 6-18 工况二空间模型平面图图 6-19 工况二空间模型侧面图计算结果如下：（1）钢板钢板正应力如图 6-20 所示图 6-20 工况二钢板正应力钢板剪应力如图 6-21 所示25图

26、 6-21 工况二钢板剪应力（2）纵梁纵梁组合应力如图 6-22 所示图 6-22 工况二纵梁组合应力纵梁剪应力如图 6-23 所示26图 6-23 工况二纵梁剪应力（3）横梁横梁组合应力如图 6-24 所示图 6-24 工况二横梁组合应力横梁剪应力如图 6-25 所示27图 6-26 工况二贝雷架组合应力图 6-25 工况二横梁剪应力（4）贝雷架贝雷架杆件组合应力如图 6-26 所示贝雷架杆件组合应力如图 6-27 所示28图 6-28 工况二全桥整体变形（4） 全桥整体变形图 6-27 工况二贝雷架剪应力根据计算结果可以得出：(1)钢板最大正应力 42.3 MPa<=140 MPa，

27、最大剪应力 24.4 MPa<=85 MPa，满足受力要求；(2)纵梁最大弯曲组合应力 65.2 MPa<w=145 MPa ，最大剪应力 17.9 MPa<=85 MPa，满足受力要求；(3)横梁最大弯曲组合应力 93.6 MPa<w=145 MPa，最大剪应力 33.3 MPa<=85 MPa，满足受力要求；(4)贝雷架各杆件最大剪应力 2.6 MPa<=120 MPa。组合应力 227.8 MPa>w=210 MPa，最大应力位置在端竖杆，由于端竖杆增 加了 110 加强处理，加强后的最大应力为 110.2MPa<210 MPa，如图 6-

28、29 所 示29图 6-29 工况二全桥整体变形(5)全桥最大挠度 28.5mm<L/400=24000/400=60mm，满足刚度要求。根据上面的计算可知：在工况二下便桥各构件均满足受力要求。第 7 章 桥台地基承载力验算桥台平面尺寸 6.4m×2.0m×4.2m（长×宽×高），按最不利荷载计算，桥台顶 处最大竖向荷载为 800+24×14.383=1145.2kN，桥台自重： 26×6.4×2.0×4.2=1397.6kN，地基承受应力：F = =S1145.2 +1397.6 6.4 × 2.

29、0=198.6 kPa查铁路桥涵地基和基础设计规范节理很发育的岩石地基较软岩的地基承载力 0为 8001000kPa,远远大于桥台基底应力，满足地基承载力要求。本桥台为埋入式，故不用进行抗倾覆、抗滑验算。第 8 章 细部构造计算8.1 销子和阴阳头计算销子和贝雷架阳头、阴头都受到较大的拉压应力，为了保证销子连接的受力 安全，故对其进行检算。两种工况下的弦杆轴力如图 8-18-2 所示：30图 8-1 工况一上下弦杆轴力图 8-2 工况二上下弦杆轴力可见在工况一下弦杆轴力最大为 550.4kN，再考虑 1.3 的安全系数，故按 715kN 的压力进行销子受力计算。销子直径 49.5mm，阳头厚

30、80mm，阳头构造如图 8-3 所示313F2S22销子承压应力： =FS图 8-3 阳头构造715 ×10= =181MPa < 销=1105MPa，且< 阳头=300 49.5 ×80MPa，故销子和阳头都满足局部承压强度要求。销子剪应力：=F= =A d4715 ×1000 3.14 49.524=185.8MPa <=585MPa故销子满足抗剪要求。 阴头构造如图 8-4 所示图 8-4 阴头构造阴头局部承压应力： =FS=715 ×1000 2 ×30 × 49.5= 240.7 MPa <16Mn=

31、300MPa，故阴头局32部承压满足要求。8.2 端部支座钢板下砼局部承压计算钢板在桥台上的布置如图所示，按挂车-80 级荷载验算，在两种工况下的支座 反力如图所示，根据空间模型计算得到的支座反力如图 8-68-7 所示图 8-6 工况一支座反力图 8-7 工况二支座反力在工况二（车辆在桥端部）支座反力最大，可知一侧 3 片最大支座反力为 3×229.9=690kN，设 1.3 倍安全系数，故按 900kN 对进行砼局部承压计算。根据公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）中给 出的计算式计算。33支座底板在桥台上的布置如图 8-8 所示：图 8-8 支座

32、底板钢板在桥台上的布置根据支座底板的布置可知按规范中的 c<b 类型计算， 如图 8-9342其中， 0 =1.0 , Fld = 900 kN，C30 砼的 f cd = 13.8MPa，b=55cm，c=2.5cm，a=1.4m，Ab=（b+2c）·（a+2b）=（0.55+2×0.025）×（1.4+2×0.55）=1.5m ，Al=Aln=（1.4+2×0.016）×（0.55+2×0.016）=0.83m2=AbAl1.5= =1.34 0.83代入公式得到：1.0×900 < 1.3

33、5;1.0×1.4×13.8×0.77×1000=19339kN 满足局部承压要求,故不用配钢筋即可满足要求。8.3 桥台砼抗冲切计算图 8-9 计算面积桥台混凝土承受较大的集中力，把沿支座处钢板宽顺桥向看出一块板进行抗 冲切计算。如图：根据公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）中给出 的计算式计算。此处不存在预应力，故验算公式为：其中， 0 =1.0 , Fld = 900 kN, C30 砼的 f td = 1.39MPa， h = 0.85 ，Um=2（0.55+2）=5.1m，板厚 h0 取 3.2m代入公式得到：1.0×900=900 kN < 0.7×0.85×1.39×5.1×3.2×1000=13497kN故满足抗冲切要求。第 9 章 结 论经分析计算，便桥各主要受力构件强度和刚度均满足要求。但是在支座处竖杆应力较大，必须加强处理，经计算增加一10槽钢可以满足要35求，为了安全和构造的方便，采用在端竖杆两侧各增加一10顶紧，并用节点板将两 槽钢采用角焊缝连接，同时保证各杆件之间有很好的连接，保证整体