高速公路钢便桥及平台方案

PAGEPAGE1福永高速莆田段工程A1标段钢便桥及平台方案编制审核复核四川路桥建设股股份有限公司司莆永高速莆莆田段工程A1标项目部2010年5月月28日钢便桥及平台方方案设计计算算一、工程简介由我司承建的福福永高速公路路莆田段路基基土建A1合同段工程程因施工需要要必须在K9+5555~K9++585、K9+6558~K9++700共架设二座座长度分别为为30M、42M的钢便桥，在在西园2#桥7#、10#、11#三个墩设钢钢平台。根据据现场地形地地貌并结合荷荷载使用要求求，经过详细细测设，我部部架设的钢便便桥规模为桥桥面净宽6米、钢平台台规模为9*25m。钢便桥结构特点点如下：1、桥台结构为为：钢管双排排桩（6根）立柱，工工字钢纵、横横梁。2、墩部结构为为：钢管单排排桩（4根）立柱，工工字钢横梁。3、上部结构为为：贝雷片纵纵梁4、桥面结构为为：倒扑槽钢钢（【32cm）5、防护结构为为：小钢管护护栏钢平台结构特点点如下：1、基础、下部部结构为：钢钢管单排桩（3根）立柱，工工字钢横梁。2、上部结构为为：工字梁3、平台面结构构为：倒扑槽槽钢（【32cm）4、防护结构为为：小钢管护护栏二、设计标准及及参考资料1、主要要技术标准①、计算行车速速度：10km//h②、设计荷载：：汽车—I级③、桥跨布置：：10.5m跨连续贝雷雷桥④、桥面布置：：桥净宽6m2、主要参参考资料①、交通部《公公路桥涵施工工技术规范》JTJ0441—2000②、人民交通出出版社《路桥桥施工计算手手册》③、交通部交通通战备办公室室《装配式公公路钢桥使用用手册》④、《钢管桩的的设计与施工工》⑤、公路桥涵钢钢结构木结构构设计规范三、设计文字说说明1、基础设计钢便桥所在河河域常水位3.50米，高水位4.50米；河床标标高最深约2.25米，淤泥层层底标高最深深约-4.0米。建成后后的钢便桥桥桥面标高6.5米。钢便桥桥两端设置两两个桥台、其其余设置桥墩墩。①、桥台基础设设计：采用φ370×6mm钢管桩，每每台采用2排共6根钢管桩（堤堤岸处桥台直直接开挖后浇浇筑钢筋砼台台帽）；钢管管桩需穿过淤淤泥层，进入入粘土层1.0m以上或达到到砾石层。②、桥墩基础设设计：采用φ370×6mm钢管桩，每每墩采用1排共4根钢管桩（其其它采用2排共6根钢管桩）；；钢管桩需穿过过淤泥层，进进入粘土层1.0m以上或达到到砾石层。③、吊车及桩基基平台在桥墩墩位布设，9m×25m，采用φ370×6mm钢管桩（3排，每排8根），排距4.5m，横距3m及4.5m，并用10号槽钢与栈栈桥桥墩钢管管桩连接成整整体。2、下部结构设设计考虑到桥梁梁使用期较长长，雨水季节节时河流较急急，为加强桥墩及及平台的整体体性，每墩的的每排钢管间及两排排钢管间露出常常水位段均采采用10cm槽钢水平向和和剪刀向牢固固焊接成整体体。钢便桥桥墩墩钢管桩横向向间距2.0m，排距3.0m。桩顶布置25cm工字钢横梁梁，使钢管立立柱形成一座座牢固的排架架结构。桩基平台钢钢管桩横向间间距为3m+4..5m+3mm+3m+33m+4.55m+3m，排距4.5m。桩顶布置25cm工字钢横梁梁，横梁上再再布设25cm工字钢纵梁梁，使平台形形成一座牢固固的排架结构构。施打钢管立立柱技术要求求：①钢管桩需穿过过淤泥层，进进入粘土层1.0m以上或达到到砾石层。②钢管桩中轴线线斜率<1％L。3、上部结构设设计纵梁跨径10..5m，根据行车车荷载要求，6m宽桥纵梁布布置单层6片国产贝雷雷片（规格为为150cmm×300ccm），横向布置置形式为：5×1200cm。贝雷片纵纵向用贝雷销销联结，横向向用120型定型支撑撑片联结以保保证其整体稳稳定性，贝雷雷片与工字钢钢横梁间用U型铁件联结结以防滑动。4、桥面结构设设计桥面采采用倒扑槽钢钢（【32cm）。5、防护结构构设计桥面采用小钢钢管（直径3cm）做成的栏栏杆进行防护护，栏杆高度度1.2米，栏杆纵纵向每隔1.5米1根立柱(与桥面槽钢钢焊接)、高度方向向设置两道横横杆。四、钢便桥各部部位受力验算算钢便便桥计算跨径径跨径10.5M。自下而上上分别为：φ370×66mm钢管桩(桩基平台采采用φ370×66mm钢管桩)、25a型工字钢横横梁、“321”军用贝雷梁梁、倒扑槽钢钢（【32cm）。单片贝雷：I=2500497.22cm4，E=2×1105Mpa，W=35778.5cmm3

[M]=7788.2kn•m,[QQ]=2455.2knn（一）荷载载布置1、上部结构构恒载（按6m宽计）（1）桥面板：：取1.20kkn/m（2）“321”军用贝雷梁梁：每片贝雷雷重287kg（含支撑架架、销子等）：287×6×10/3/1000＝5.74kn/m2、活载（1）汽-I级（2）大型吊车：车重60t（3）人群：不计考虑钢便桥实际情况，同方向车辆间距大于10.5m，即一跨内同方向半幅桥内最多只布置一辆车。考虑错车,错车车辆按大型吊车空车在跨中考虑（前轴力60kn，后轴力2×70kn，轴距4+1.4m）。（二）上上部结构内力力计算1、贝雷梁内内力计算1）汽-I级车(1)在在跨中,按简支计算算，受力图如如下:对一端取矩，由由∑M＝0，得:RA＝（140×44.55+1140×5..95)/110.5+（60×9..95+700×4.555+70×55.95)//10.5++（120×88.05+1120×6..65+300×3.655）/10.55＝2266.866+178..43=4445.3kknM中＝266.886×5.225-（140+770）×0.7--60×4..7＝972.00kn•m查建筑结构构计算手册f1＝pal2（3-4α2）/（24EI）=（140+770）×10000×4.555×10.552×（3-4×44.552/10.552）/（24×2..0×10111×6×22504977.2×100-8）=0.3ccmf2＝pa2bb2/（3EIl）=60××1000××0.5522×9.9552/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.0022cmf＝f1+f2＝3mm(2)在在墩顶，按简简支计算，受受力图如下:对一端取矩矩，由∑M＝0，得:RRA＝（140×99.8+1220×2.88+120××1.4)//10.5++（60×9..95+700×4.555+70×55.95)//10.5++140×99.8/100.5＝178.677+126..86+1330.67==436.22knM中＝（178.667+1266.86）×5.255-140××4.55--70×0..7-60××4.7＝636..0kn•m查建筑结构构计算手册f1＝pa2b2/（3EIl）=140×10000×0..72×9.82/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）=0.0007cmf2＝pa2bb2/（3EIl）=1200×10000×7.722×2.82/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.0000cmf3＝pa2b2/（3EIl）=1200×10000×9.122×1.42/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.0000cmf4＝pa2b2/（3EIl）=660×10000×0.5552×9.9552/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.0000cmf5＝pal2（3-4α2）/（24EI）=70×11000×44.55×110.52×（3-4×44.552/10.552）/（24×2..0×10111×6×22504977.2×100-8）=0.1ccmf＝＝f1+f2+f3+f4+f5+f6＝1mm（2）汽车起起重机同向每跨只只布置一辆，按按简支计算。车车重60t,前轴重力60kn，后轴重力2×2700kn，错车吊车车后轴力2×70kkn；受力图如如下：(1)在跨跨中,按简支计算算，受力图如如下：对一端取矩，由由∑M＝0，得：R＝（270×44.55+2270×5..95+600×9.955）/10.55+（70×4..55+700×5.955+60×99.95）/10.5＝453.77knRA＝＝600+2200=8000knM中＝453.77×5.255-（270+770）×0.7--2×60××4.7＝1579..9kn•m查建筑结构构计算手册ff1＝pal2（3-4α2）/（24EI）=（270+770）×10000×4.555×10.552×（3-4×44.552/10.552）/（24×2..0×10111×6×22504977.2×100-8）=0.5ccmf2＝＝pa2b2/（3EIl）==2×60××1000××0.5522×9.9552/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.0044cmf＝f1++f2＝5mm(2)在在墩顶，按简简支计算，受受力图如下:对一端取取矩，由∑M＝0，得:RRA＝（270×99.8+600×5.8))/10.55+（60×9..95+700×4.555+70×55.95)//10.5++270×99.8/100.5＝285.1++126.886+2244=635..9knM中＝（285.11+126..86）×5.255-270××4.55--60×0..55-700×0.7--60×4..7＝570.33kn•m查建筑结构构计算手册f1＝pa2b2/（3EIl）=270×10000×0..72×9.82/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）=0.0003cmf2＝pa2bb2/（3EIl）=60××1000××4.72×5.82/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.05ccmff3＝pa2b2/（3EIl）=660×10000×0.5552×9.9552/（3×2.00×10111×6×2550497..2×10--8×10..5）＝0.0022cmf4＝pal2（3-4α2）/（24EI）=70×11000×44.55×110.52×（3-4×44.552/10.552）/（24×2..0×10111×6×22504977.2×100-8）=0.1ccmf＝＝f1+f2+f3+f4＝2mm（3）恒载q＝1.20++5.74＝6.94kkn/m按5等跨连续梁梁计算，查建建筑结构计算算手册（第二二版）:支点：Mmaax4=-00.105qql2＝-0.1005×6.994×10..52＝-80.33kn•mRRmax44＝（0.6066+0.5226）ql＝82.5kkn跨中：MMmax4’=0.0778ql2＝59.7kkn•m（简支时：Mmax4’=ql2/8＝95.6kkn•m）ffmax4＝0.6444ql4/（100EI）＝0.2cmm（4）恒载+汽-I级荷载组合汽车荷载计计入冲击系数数1.15::Mmmax＝95.6++1.15××972.00＝1224..9kn•m＜[M]=66×788..2=47229.2knn•mRRmax＝82.5++1.15××445.33＝594.66kn＜[Q]=66×245..2=14771.2knnfmmax＝0.2+11.15×00.3＝0.55ccm＜L/2500=8.4ccm安全。（5）恒载+汽车起重机机组合荷载计入冲冲击系数及偏偏载系数。Mmmax＝95.6++1.15××1579..9＝1912..5kn•m＜[M]=44729.22kn•mRmax＝822.5+1..15×8000＝1002..5kn＜[Q]=11471.22knfmax＝0.2+11.15×00.5＝0.8cm＜L/2500=8.4ccm安全。综上所述:钢桥桥抗弯能力、抗抗剪能力、挠挠度均满足使使用要求。2.桥面板（倒倒扑槽钢【32cm）验算由于贝雷纵纵梁排距为5×1.22m，汽车后轮轮距为1.8m，车轮后轴轴轮距为1.8m，每对车轮轮的着地面积积为0.6×00.2（宽×长）；最不不利状态为后后轮轴重的一一轮承重在贝贝雷纵梁上的的同时，另一一轮承重在1.2m跨径中间，且且由1根【32cm倒扑槽钢承承担。采用大大型吊车满载载荷载进行验验算，净跨径径为1.0m。E=2.00×105Mpa，Iy=3004.77ccm4,Wy=1136.2cm3

P=P/22=270//2=1355KN,qq=135//0.6=2225kn//m查建筑结构构计算手册（第第二版）:Mmax=0..094qll2＝0.0944×225××1.02＝21.155kn•mσ=Mmaax/Wmmin=211.15×11000/（136.22×10-66）＝155.33Mpa＜1.3[σ]=1888.5Mpaaff＝0.8855ql4/（100EI）=3.3mmm＜L/2500=4mm安全。（三三）下部结构构内力计算1.工工字钢横梁计计算横梁采采用2根25a工字钢焊接接组成。受力模式分析：：钢管立柱单单排间距为3×2.0米，按2.0m三跨等截面面连续梁验算算。E=2.0×1105Mpaa，Ix=50017cm44，Wx=4001.4ccm3，Sx=2330.7ccm3，t＝8.0mmm考虑到汽车在桥桥面行走的不不均衡性，最最外侧两排不不考虑传递荷荷载，只考虑虑中间4排贝雷纵梁梁传递汽车荷荷载。P=8000/4=2000KN查建筑结构静力力计算手册（第第二版）表3-2:Mmax=0..213pll=-0.2213×2000×2.00=-85..2kn•mσ=Mmaax/Wxx=85.22×10000/（2×4011.4×100-6）＝106.11Mpa＜[σ]=1455MpaQ=（-0.5575-1..133）P=3411.6KNτ＝QSx/（Ixt）＝315×11000×2230.7××10-6/（2×50117×10--8×0.0008）＝98.2MMpa＜1.3[τ]=1100.5Mppa安全。f＝pl3/（48EI）＝200×11000×22.03/（48×2××1011×2×55017×110-8）=1.7mmm＜L/2500=8mm3.钢管立柱受受力验算1)单单根钢管桩承承载力钢管桩穿过淤泥泥（Qal+m）层及砾质粘粘性土（Q32el）层，承载于于全风化二长长花岗岩（ηγm52）上，桩顶顶标高为6.5-00.088--1.5-00.25=44.662mm，最深河床床标高为2.0m，最深桩底底标高为-13.00m；极限侧阻阻力标准值查查两阶段施工工图附册《工工程地质勘察察报告》插表表4得：淤泥（Qal+m）层极限侧阻阻力标准值为为12kPa；桩底砾质质粘性土（Q32el）层的极限侧阻力力标准值为35kPa；全风化二二长花岗岩（ηγm52）极限承载力为320KPPa。单根钢管桩承载载力计算公式式钢管桩采用开口口桩，根据《钢钢管桩的设计计与施工》说说明：直径小小于80CM的钢管桩桩桩底土芯均为为完全闭塞，可可按闭口桩承承载力设计。闭闭口桩承载力力公式为：QQp=UqsL+qRA式中U——桩的的周长；qs———桩侧砂层的的极限侧阻力力标准值；L———桩穿越地层的厚度；；L=2-（-13）=15m（淤泥层6m，砾质粘性性土层9m）qR——桩底砂砂层的极限承承载力；A———桩底面积。Qp=3.144×0.377×12×6+3.144×0.377×35×9+3200×3.144×0.3772/4=460.6kkN2）钢管管桩验算

（1）、承载力检检算由纵梁（工25a）验算可知知：中间两根钢管桩桩最大受力N=3441.6kNN＜承载力Qp=460.66kN安全。（2）钢管管桩稳定性检检算钢管桩壁壁厚为6mm，自由高度4.6622-2.0==2.6622m。设钢管桩为为一端固定，一一端自由的压压杆钢管桩截面面惯性半径i＝(√D2+d2)/44＝(√37.002+35.882)/4＝12.877cm截面面面积:A=0..785×((37.022-35.882)=68..58cm22查《路桥施工计计算手册》表表12-5、附表2-2得：长细比λ=l00/r=μL/i查《钢结构设计计手册》表1.3-338得：μ=2.0则λ==2×2666.2/122.87=441.37查《钢钢结构设计手手册》表3.4-1得：纵向弯弯曲系数∮=0.8770σcr＝3411.6×10000/（0.8700×68.558×10--4）＝557.3MPPa<〔σ〕＝140MPPa满足要求综上所所述：墩位下下部结构采用用满足使用要要求。五、钢平平台各部位受受力验算吊车及桩基平平台在桥墩位位布设，平面面尺寸9m×25m，采用φ370×6mm钢管桩（4排，每排9根），横向间间距为3m，排距3m，并用10号槽钢与栈栈桥桥墩钢管管桩连接成整整体。桩顶布布置2工25cm横梁，横梁梁上再布设25cm工字钢纵梁梁（间距0.7m），使平台台形成一座牢牢固的排架结结构。1..工字钢纵梁梁计算纵梁（25a工字钢）间间距0.7m，跨径3.0m。最不利受力模式式：汽车起重重机的后轴直直接承受于2根工字纵梁梁的跨中（吊吊车起吊时，支支腿直接承受受于钢管立柱柱处），p=2700/2=1335kn。E=2.0×1105Mpaa，Ix=50017cm44，Wx=4001.4cmm3，Sx=2330.7cmm3，t＝8.0mmm查建筑结构静力力计算手册（第第二版）表3-2:Mmax=0..274pll=0.2774×1355×3=1111kn•mσ=Mmaax/Wx==111×11000/（2×4011.4×100-6）＝138.33Mpa＜1.3[σ]=1888.5MpaaQ=0.8222P=1111KNτ＝QSx/（Ixt）＝111×11000×2230.7××10-6/（2×50117×10--8×0.0008）＝31.9MMpa＜[τ]=85MMpa安全。f＝2.4388pl3/（100EI）＝2.4388×111××1000××3.03/（100×22×10111×2×50017×100-8）=3.6mmm＜L/2500=12mmm2.工字钢横梁梁计算横梁梁（2工25a）最大跨径3.5m。最不利受力模式式：汽车起重重机在最大跨跨径跨中,按简支计算算，受力图如如下（假设只只由两排横梁梁（四根）承承受）：对一端端取矩，由∑M＝0，得（简化化成简支梁）：R＝（270×2.45+270×1.05）/3.5＝270knM中＝270×1.75-270×0.7＝283.5kn•mσ=Mmaxx/Wx=2283.5××1000//（4×4011.4×100-6）＝176.66Mpa＜1.3[σ]=1888.5Mpaaτ＝QSx//（Ixt）＝270×11000×2230.7××10-6/（4×50117×10--8×0.0008）＝38.8MMpa＜[τ]=85MMpa安全。f1＝＝pal2（3-4α2）/（24EI）==270×11000×11.05×33.52×（3-4×11.052/3.52）/（24×2..0×10111×4×50177×10-88）=0.955mm＜L/2500=12mmm3.钢管立柱受受力验算1)单单根钢管桩承承载力钢管桩穿过淤泥泥（Qal+m）层及砾质粘粘性土（Q32el）层，承载于于全风化二长长花岗岩（ηγm52）上，桩顶顶标高为6.5-00.088--1.5-00.25=44.662mm，最深河床床标高为2.0m，最深桩底底标高为-13.00m；极限侧阻阻力标准值查查两阶段施工工图附册《工工程地质勘察察报告》插表表4得：淤泥（Qal+m）层极限侧阻阻力标准值为为12kPa；桩底砾质质粘性土（Q32el）层的极限侧阻力力标准值为35kPa；全风化二二长花岗岩（ηγm52）极限承载力为320KPPa。单根钢管桩承载载力计算公式式钢管桩采用开口口桩，根据《钢钢管桩的设计计与施工》说说明：直径小小于80CM的钢管桩桩桩底土芯均为为完全闭塞，可可按闭口桩承承载力设计。闭闭口桩承载力力公式为：QQp=UqsL+qRA式中U——桩的的周长；qs———桩侧砂层的的极限侧阻力力标准值；L———桩穿越地层的厚度；；L=2-（-13）=15m（淤泥层6m，砾质粘性性土层9m）qR——桩底砂砂层的极限承承载力；A———桩底面积。Qp=3.144×0.377×12×6+3.144×0.377×35×9+3200×3.144×0.3772/4=460.6kkN2）钢管管桩验算

（1）、承载力检检算为安全起见见，假设只由由两根钢管承承受汽车起重重机荷载。由纵梁（工25a）验算可知知：N=2770/2=1135kN＜承载力Qp=460.66kN安全。（2）钢管管桩稳定性检检算钢管桩壁壁厚为6mm，自由高度4.6622-2.0==2.6622m。设钢管桩为为一端固定，一一端自由的压压杆钢管桩截面面惯性半径i＝(√D2+d2)/44＝(√37.002+35.882)/4＝12.877cm截面面面积:A=0..785×((37.022-35.882)=68..58cm22查《路桥施工计计算手册》表表12-5、附表2-2得：长细比λ=l00/r=μL/i查《钢结构设计计手册》表1.3-338得：μ=2.0则λ==2×2666.2/122.87=441.37查《钢钢结构设计手手册》