汾河特大桥栈桥计算书

1、汾河特大桥栈桥设计计算书汾河特大桥栈桥设计计算书 二一五年七月汾河特大桥栈桥设计计算书 1目目 录录一、一、 概述概述.2二、二、 计算依据计算依据.3三、三、 结构设计参数结构设计参数.3四、四、 荷载及组合荷载及组合.3五、五、 上部结构计算上部结构计算.5六、六、 下部结构计算下部结构计算.17七、七、 结论结论.19汾河特大桥栈桥设计计算书 2一、一、 概述概述汾河特大桥栈桥全长 100.2m（含两侧台后搭板过渡段长度） ，纵桥向按 9m 跨径连续梁设计，采用 5 孔一联，联与联之间设置双排制动墩，其余部位设置单排非制动墩，两岸设置钢管桩轻型桥台。主梁由 7 榀贝雷片组拼，贝雷片间设置

2、竖向支撑架和水平支撑架，以增强上部结构的整体稳定性。桥面系为 6mm 花纹钢板与间距282mm 的 I16b 型钢组成。墩顶分配梁：非制动墩的墩顶分配梁为一层，采用 2I45b 型钢制作；制动墩分配梁设置为两层，均为 2I45b 型钢。桩基础：采用 6308mm 钢管，钢管桩长均为 28.0m。制动墩采用双排桩，每排 2 根，纵桥向间距为 2.0m，横桥向间距为 3.44m，设置于联间交界处；非制动墩采用单排桩，每排 2 根，横桥向间距为 3.44m。为保证墩桩稳定性，桩间设置联结系。桥台：桥台为钢管桩轻型桥台，桥台台前和台后需填土放坡。路堤修筑必须满足相应规范要求。 栈桥设计控制荷载为 XR

3、360 履带式钻机在栈桥上走行、规范 55t 标准车辆，且各工况下单跨仅布置一台车辆荷载。栈桥布置详见图 1图 2。图 1-1 栈桥立面布置图汾河特大桥栈桥设计计算书 3图 2 横断面布置图二、二、 计算依据计算依据1、汾河特大桥设计文件及地质资料。2、 钢结构设计规范 （GB50017-2003） ；3、 铁路桥涵设计基本规范 （TB10002.1-2005 J460-2005） ；4、 铁路桥涵地基和基础设计规范 （TB10002.5-2005 J464-2005） ；5、 公路桥涵设计通用规范 ；6、 装配式钢桥多用途适用手册 。 三、三、 结构设计参数结构设计参数3.1 跨径：栈桥主跨

4、为 9m，采用 5 孔一联，共计 2 联。3.2 桥宽：栈桥桥面净宽为 6.4m，按单向行车道设计；3.3 栈桥高程：主梁梁底高程为+416.334m,栈桥顶面高程+ 418.00 m。3.4 设计车速：XR360 履带式钻机走行速度 1.5km/h，汽车走行速度 15km/h；履带吊机等施工机械车速为 5km/h。四、四、 荷载及组合荷载及组合4.1 车辆荷载（1）XR360 履带式钻机根据 XR360 履带式钻机技术规格说明书，其工作总重量 920kN，运输重量汾河特大桥栈桥设计计算书 4740kN，履带宽度 800mm，长度 5484mm，共 2 条履带，工作状态的时平均接地压强为 10

5、4.9kPa，运输状态时的平均接地压强为 84.3kPa。XR360 履带式钻机在栈桥上只走行，桥桥计算时不考虑钻具重时，按运输重量考虑，即：接地压强取 84.3kPa。（2）规范 55t 标准车辆在同一跨度范围内不得同时有两辆车辆通行，即两车间距不得小于 12m。55t 标准车辆主要技术指标表 表 1一辆汽车总重力前轴重力中轴重力后轴重力轴距(m)轮距(m)前轮着地宽度及长度(m)中、后轮着地宽度及长度(m)车辆外形尺寸(m)550kN30 kN2120 kN2140 kN3+1.4+7+1.41.80.30.20.60.2152.5图 4.1 55t 标准车辆平立面尺寸图（单位：m）4.2

6、 其他荷载1)水流力：三百年一遇设计流量 4260m/s，设计水位 419.31m。设计未给流速，暂按 1.5m/s 计。水流力主要作用于钢管桩上，则单根钢管桩水流力为：，作用于水面以下 1.0m 处。20.73 0.8 3.07 10 1.5 / 2/102.0FkN2)风载：由于设计未给风速资料，栈桥按 6 级风进行设计，对应风速为汾河特大桥栈桥设计计算书 513.8m/s；风荷载按公路桥涵设计通用规范进行计算，013whdwhFK K K W A其中：（按施工架设期间取值） ；00.75K （桁架风载系数） ；11KK0. 45 1. 2=0. 54 （按一般地区条件选取） ；31.0K

7、 （按 A 类地表，离地面或水面 5m 高度计） ；21.08K （按 A 类取阵风风速系数） ；51.38K 22ddrVWg0.00010.00050.0120170.0120170.01201Zree2501.08 1.38 13.8/20.57/dVK K Vm sm s求得: 2220.01201 (20.57)0.26(/)22 9.81ddrVWkN mg单片贝雷片迎风面积为；20.40.4 1.7 3.02.04whAAm风载为：；0130.75 0.54 1.0 0.26 2.040.21()whdwhFK K K W AkN等效为上、下弦杆线荷载为：。10.21 320.0

8、35/ qkN m4.3 工况组合栈桥计算主要考虑钻机走行荷载、车辆荷载、履带吊机荷载、6 级风荷载和水流力；由于 50t 履带吊机走行时接地压强小于 XR360 履带钻机走行时的压强，故履带吊空载走行工况不予计算。荷载组合如下表 2：栈桥各状态下的施工工况 表 2荷载组合工况恒载基本可变荷载其他可变载1结构自重XR360履带钻机水流力+6 级风力2结构自重规范 55t 标准车辆水流力+6 级风力汾河特大桥栈桥设计计算书 6五、五、 上部结构计算上部结构计算5.1 工况 1：XR360 履带钻机+水流力+6 风荷载考虑履带钻机荷载作用于边跨跨中、非制动墩顶且位于栈桥中心线上、非制动墩段且位于栈

9、桥一侧，分别验算贝梁弦杆、竖件及分配梁、竖杆和桩基础受力。采用 Midas/civil 软件，建立一联栈桥的的空间计算模型，计算模型如下图所示： 图 5-1 栈桥计算模型5.1.1 贝雷梁计算经计算，贝雷梁弦杆受力如下图所示：图 5-2 钻机在跨中（单位：kN）汾河特大桥栈桥设计计算书 7图 5-3 钻机在墩顶一侧（单位：kN）图 5-4 钻机在墩顶中央（单位：kN）在工况一作用下，贝雷梁弦杆最大轴力为 131.14kN，小于容许值 560kN，满足要求。经计算，贝雷梁竖杆受力如下图所示：汾河特大桥栈桥设计计算书 8图 5-5 钻机在跨中（单位：kN）图 5-6 钻机在墩顶一侧（单位：kN）汾

10、河特大桥栈桥设计计算书 9图 5-7 钻机在墩顶中央（单位：kN）在工况一作用下，贝雷梁竖杆最大轴力为 114.4kN，小于容许值 210kN，满足要求。经计算，贝雷梁斜杆受力如下图所示：图 5-8 钻机在跨中（单位：kN）图 5-9 钻机在墩顶一侧（单位：kN）汾河特大桥栈桥设计计算书 10图 5-10 钻机在墩顶中央（单位：kN）在工况一作用下，贝雷梁斜杆最大轴力为 80.83kN，小于容许值 171.5kN，满足要求。5.1.2 分配梁计算（1）分配梁 F1经模型计算，分配梁 F1 最大弯矩为 151.24kNm，最大剪力为 373.18kN，最大支座反力为 563.0kN。弯曲正应力为

11、：满足要求。 ,1404 .5030044441024.1516MPaMPa 剪应力为：满足要求。 ,859 .365 .1332798458628647701018.3733MPaMPa （2）分配梁 F2分配梁 F2 跨度 2.0m，按简支梁进行计算，其荷载为分配梁 F1 的支反力。则有：跨中弯矩为： 。5 .28145632 mkNM剪力为 281.5kN。则弯曲正应力为：，满足要求。 MPaMPa1407 .933004444105 .2816汾河特大桥栈桥设计计算书 11剪应力为： ，满足要求。MPaMPa858 .275 .133279845862864770105 .2813（3

12、）分配梁 F3分配梁 F3 内力与分配梁 F1 相同，最大弯矩为 151.24kNm，最大剪力为373.18kN，最大支座反力为 563.0kN。弯曲正应力为：满足要求。 ,1408 .10015022221024.1516MPaMPa 剪应力为：满足要求。 ,858 .735 .133279845868647701018.3733MPaMPa 5.1.3 桥面分配梁经计算，当钻机在跨中时，桥面分配梁应力最大，为 35.2MPa，应力分布如下图：图 5-11 桥面分配梁应力图（单位：kN）5.1.4 主梁挠度在工况一作用下，当钻机在墩顶一侧时，贝雷梁最大竖向位移为-6.39mm；汾河特大桥栈桥

13、设计计算书 12图 5-12 主梁位移图（单位：mm）贝雷梁非弹性挠度为：；23.556 (31)3.68mfmm跨中最大挠度为：，满足要求。 ,5 .22400/900099. 96 . 339. 6mmmmf5.2 工况 2：规范 55t 标准车辆+水流力+6 级风荷载规范 55t 标准车辆：同方向行驶时，两车净距不小于 12m。考虑重载汽车布置时的最不利工况，55t 标准车辆纵桥向间隔布置于桥栈跨中，横桥向按偏载于栈桥一侧和沿栈桥中线布置。55t 标准车辆轴压为：前轴： 中轴： ,/5002 . 03 . 03021mkNP,/10002 . 06 . 012022mkNP后轴： 。 2

14、3/67.11662 . 06 . 0140mkNP采用 Midas/civil 软件，建立 1 联栈桥空间计算模型，计算模型如下图所示：汾河特大桥栈桥设计计算书 13 图 5-13 55t 标准车辆在跨中计算模型5.2.1 贝雷梁计算经计算，贝雷梁弦杆受力如下图所示：图 5-14 55t 标准车辆在栈桥中心（单位：kN）汾河特大桥栈桥设计计算书 14图 5-15 55t 标准车辆在一侧（单位：kN）在工况二作用下，贝雷梁弦杆最大轴力为 230.84kN，小于容许值 560kN，满足要求。经计算，贝雷梁竖杆受力如下图所示：图 5-16 55t 标准车辆在栈桥中心（单位：kN）汾河特大桥栈桥设计

15、计算书 15图 5-17 55t 标准车辆在一侧（单位：kN）在工况二作用下，贝雷梁竖杆最大轴力为 121.92kN，小于容许值 210kN，满足要求。经计算，贝雷梁斜杆受力如下图所示：图 5-18 55t 标准车辆在栈桥中心（单位：kN）汾河特大桥栈桥设计计算书 16图 5-19 55t 标准车辆在一侧（单位：kN）在工况二作用下，贝雷梁斜杆最大轴力为 145.36kN，小于容许值 171.5kN，满足要求。5.2.2 分配梁计算（1）分配梁 F1经模型计算，分配梁 F1 最大弯矩为 202.11kNm，最大剪力为 442.1kN，最大支座反力为 711.7kN。弯曲正应力为：满足要求。 ,

16、1404 .6730044441011.2026MPaMPa 剪应力为：满足要求。 ,857 .435 .133279845862864770101 .4423MPaMPa （2）分配梁 F2分配梁 F2 跨度 2.0m，按简支梁进行计算，其荷载为分配梁 F1 的支反力。则有：跨中弯矩为： 。85.35547 .7112 mkNM剪力为 355.85kN。则弯曲正应力为：，满足要求。 MPaMPa1405 .11830044441085.3556剪应力为： ，满足要求。MPaMPa852 .355 .1332798458628647701085.3553汾河特大桥栈桥设计计算书 17（3）分配

17、梁 F3分配梁 F3 内力与分配梁 F1 相同，最大弯矩为 202.11kNm，最大剪力为442.1kN，最大支座反力为 711.7kN。弯曲正应力为：满足要求。 ,1408 .13415022221011.2026MPaMPa 剪应力为：满足要求。 ,25.8905. 1854 .875 .13327984586864770101 .4423MPaMPa5.2.3 桥面分配梁经计算，当车辆在墩顶一侧时，桥面分配梁最大，应力为 83.62MPa，应力分布如下图：图 5-20 桥面分配梁应力图（单位：kN）5.2.4 主梁挠度在工况二作用下，栈桥跨中最大竖向位移为-10.53mm；贝雷梁非弹性挠

18、度为：；23.556 (31)3.68mfmm跨中最大挠度为：，满足要求。 ,5 .22400/900013.146 . 353.10mmmmf汾河特大桥栈桥设计计算书 18六、六、 下部结构计算下部结构计算与制动墩相比，非制动墩钢管桩受力更不利，故以下仅计算非制动墩，在各工况作用下，非制动墩最不利受力如下所示：图 6-1 轴力图（单位：kN）图 6-2 弯矩图（单位：kN.m）汾河特大桥栈桥设计计算书 19图 6-3 反力图（单位：kN）6.1 钢管桩稳定计算钢管桩采用 6308mm 钢管，由计算可知，最大轴力为 711.7kN，弯矩为32.31kN.m。计算长度为 4500mm，则有：长细比为：； 5 .202194500稳定折减系数为：。979. 0，均取 1.0，686816405 .201 . 1156321006. 214. 3252ExN,xmx.1401 .5958.1351.4568681640107 .7118 . 0124003920 . 11031.320 . 115632979. 0107 .7