天宝特大桥钢栈桥设计施工方案

天宝特大桥钢栈桥设计施工方案第1页/共68页钢便桥结构如下：1、基础结构为：Φ530×8mm钢管桩基础2、下部结构为：I36a双排工字钢横梁3、上部结构为：300×150贝雷片2组纵梁4、桥面结构为：25#工字钢，[25a槽钢桥面5、防护结构为：∅48×3.5mm小钢管护栏第2页/共68页第3页/共68页第4页/共68页第5页/共68页第6页/共68页第7页/共68页二、工程编制依据及主要设计标准①、天宝特大桥桥设计图纸②、交通部《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50—2011③、人民交通出版社《路桥施工计算手册》④、人民交通出版社《装配式公路钢桥多用途使用手册》⑤、钢结构设计手册⑥、钢管桩的设计与施工1、编制依据及主要参考资料

第8页/共68页①、荷载取载重600KN履带吊施工车辆②、荷载组合a、汽车荷载、汽车冲击系数与钢桥均布恒载同时考虑，计算时取其较大者。b、人群，机具等临时荷载，由于便桥属于单车道，汽车通行时桥面无法堆放材料设备，不予考虑。.2、荷载第9页/共68页（1）钢便桥主要技术标准①、计算行车速度：5km/h②、设计荷载：600KN履带吊施工车辆③、桥跨布置：约：1×9.92m+29×12m+1×9.13m连续贝雷梁桥④、桥面布置：设计桩基位置设置8m×36作业平台3、主要设计指标第10页/共68页考虑钢便桥属于临时结构，参照上述主要参考资料之规定，计算时，结构的内力计算（除钢管桩外）均控制在钢材的容许应力或1.3倍容许应力以内（1.3为临时结构钢材的提高系数）。钢管桩因考虑锈蚀作用影响及使用周期将近一年的实际情况，其内力计算控制在容许应力以内，不考虑1.3的临时结构钢材的提高系数（2）钢材强度设计值第11页/共68页钢材容许应力取值如下：①.A3钢：轴向应力：140Mpa

弯曲应力：145Mpa

剪应力：85Mpa②.16锰钢：轴向应力：200Mpa

弯曲应力：210Mpa

剪应力：160Mpa③.贝雷片容许内力：单排单层容许弯矩788.2KN/m

单排单层容许剪力245.2KN第12页/共68页三、钢桥设计说明本工程上跨九龙江，江面宽约0.37公里，常水深约为6米。水下地质情况自上而下普遍为：中粗砂、卵石、花岗岩。钢桥下部结构采用钢管桩，单墩布置单排3根钢管（桩径ф530mm，壁厚8mm）。钢管桩横向间距2.5m，桩顶布置I36a双排工字钢横梁，钢管桩与钢管桩之间用80×80×8角钢钢管桩剪刀撑，并焊接牢固。1、基础及下部结构设计第13页/共68页栈桥钢管桩布置示意图第14页/共68页剪力撑布置示意图第15页/共68页打钢管桩技术要求：①、严格按设计书要求的位置和标高打桩。②、钢管桩中轴线斜率<1％L。③、钢管桩入土深度必须大于8m。④、当个别钢管桩入土小于8m锤击不下，且用DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺，必须现场分析地质状况，采取双排桩或其它加强措施，以提高钢管整体稳定性。第16页/共68页桥梁纵梁除通航孔为15m，其余各跨跨径均为12m跨。根据行车荷载及桥面宽度要求，便桥纵梁采用规格为150cm×300cm国产贝雷片，12米跨纵梁每跨布置单层6片贝雷片，横向布置形式为2×3排，间隔为：2×20cm＋110cm×3＋115cm×2。贝雷片纵向用贝雷销联结，横向用90型定型支撑片联结以保证其整体稳定性，贝雷片与I36a工字钢下横梁间用U型铁件联结以防滑动。2、上部结构设计第17页/共68页钢管桩顶横梁布置示意图第18页/共68页栈桥贝雷主纵梁布置示意图第19页/共68页当采用贝雷片纵梁时，贝雷片上铺I25工字钢，沿便桥纵向间隔按80cm布置，工字钢横梁与贝雷片纵梁用u型卡固定，桥面宽6m，桥面板采用[25a槽钢倒置成∩型间距4cm密铺，并与I25工字钢横梁焊接固定。3、桥面结构设计4、防护结构设计桥面采用小钢管（直径4.8cm）做成的栏杆进行防护，栏杆高度1.0米，栏杆纵向3米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度方向设置2道横杆。第20页/共68页栈桥横向分配梁布置示意图第21页/共68页四、钢便桥各部位受力验算（1）、恒载A.桥面板；[25a槽钢每米自重为:q1=600÷30×0.27=5.4KN/mb、I25a工字钢每米自重为:q=1÷0.75×6×0.381=3.048KN/mb、贝雷片纵梁每米自重:q2=5.4KN/M

合计：恒载q=5.4+3.048+5.4=13.848KN/M（2）.冲击系数按规范计算，12m跨冲击系数取：1+μ=1.3030.75m跨冲击系数取：1+μ=1.389

横梁1.15m跨冲击系数取：1+μ=1.191、荷载计算第22页/共68页（1）、桥面板验算；受力分析；以50t履带吊位于跨中时按连续梁进行验算。

50t履带吊（按60t计），荷载600KN分两条5.3m履带以300KN传递到桥面上(q=300/5.3=56.6KN/m).桥面板跨径为75cm，50t履带吊履带宽80cm，；槽钢宽度25cm，缝宽4cm。每个作用点假设只作用在三块槽钢上；计算按两端固定梁计算，[25a以上槽钢倒置成∩型沿I25工字钢横梁密铺,缝隙间隔4cm，并与横梁焊接固定。

[25a槽钢截面特性为；I=176cm4Wmin=30.6cm3q=0.27KN/m

2、钢桥各部位内力计算第23页/共68页a、抗弯强度计算Mmax=qι2K/8=56.6×1.389×0.752/8=5.528KN.Mб=M/Wmin=5.528×106/(30.6×3×103)=60.13MPa＜1.3[б]=1.3×145=188.5MPa1.3为临时结构钢材的提高系数，b、抗剪强度计算；Qmax=0.5×56.6×0.75×K=21.23×1.389=29.48KNτ=29.48×103/（25×0.75×3×102）=5.24MPa＜[τ]=85MPa第24页/共68页C、刚度计算（取集中荷载计算）

f=pι3/（192EI）=42.45×1.389×0.753×103/（192×2.1×176）=0.4mm＜[f]=750/400=1.88mm经计算，桥面板采用[25a槽钢满足强度、刚度、稳定符合要求.第25页/共68页（2）、I25工字钢分布梁计算。（布置在贝雷片上，最大跨径1.15m，工字钢横梁每0.75m布置一根，）①、桥面板；单跨12米跨槽钢每米自重为:q1=（600÷30×0.27）÷6=0.9KN/m②、25#工字钢横梁每米自重:q2=0.38105KN/m合计：恒载q=0.9+0.381=1.281KN/M第26页/共68页贝雷片最大间距1.15m，受力最不利位置为当汽车偏于便桥一侧，且后轮一轴刚好置于跨径1.15m的跨中（假想最不利情况），5.3m履带最少可跨过7道I25a工字横梁，按简支梁计算。I25a工字钢截面特性：I=5017cm4W=401.4cm3A=48.51cm2q=0.38105KN/mP=300÷7=42.86KNq=1.281KN/M第27页/共68页a、抗弯强度计算M=pι/4+qι2/8=42.86×1.15×1.19/4+1.281×1.152/8=14.86KN.Mσ=14.86×106/(401.4×103)=37.06Mpa＜145×1.3=188.5Mpab、整体稳定因受压翼缘上密铺槽钢，因此整体稳定符合要求。第28页/共68页C、抗剪强度计算；Qmax=(0.5×42.86+0.5×1.281×1)×1.19=(0.5×42.86+0.5×1.281×1)×1.19=26.26KNτ=26.26×103/（25×0.8×102）=13.1MPa＜[τ]=85MPad、刚度计算f=pι3/（48EI）=42.86×1.153×1.19×103/(48×2.1×5017)=0.15mm＜1150/400=5.4mm经计算，分布梁采用I25a工字钢钢满足强度、刚度、稳定符合要求第29页/共68页（3）、贝雷片纵梁计算A、12米跨贝雷片计算①、抗弯强度计算按简支梁计算，计算纵梁最大弯矩近似取静载的跨中弯矩与活载产生的跨中最大弯矩进行叠加，结果偏于安全。M1max＝0.25PLK＝0.25×600×12×1.303＝2345.4KN.mM2max＝0.125ql2＝0.125×13.848×122＝249.26KN.mMmax=2345.4+249.26=2594.66KN.m第30页/共68页a、按容许弯矩计算容许弯矩：[M]＝6片×0.9（不均衡系数）×788.2KN.m＝4256.28KN.mMmax=2594.66KN.M＜[M]=4256.28KN.Mb、按容许应力计算贝雷片截面模量Wo＝3578.5×6＝21471cm3σ＝Mmax/Wo＝（2594.66×106）/(21471×0.9×103)＝134.27Mpa<〔σ〕=210Mpa

因此：抗弯强度符合要求。第31页/共68页b、抗剪强度计算Q1max＝0.5P＝0.5×600×1.303＝390.9KNQ2max＝0.5ql＝0.5×13.848×12＝83.1KNQanx=390.9+83.1=474.0KN容许剪力[Q]＝6片×0.9（不均衡系数）×245KN＝1323KN因为；Q=474.0KN＜[Q]=1323KN所以，抗剪强度符合要求。经计算；12米跨钢桥纵梁可以用单层6片贝雷片架设第32页/共68页C、刚度验算贝雷片几何特性：E＝2.1×105Mpa，Io＝250497.2cm4W＝3578.5cm3P=600×1.303=781.8KNq=13.848KNfmax＝（Pι3）/(48EI)+5qι4/(384EI)=(781.8×103×123)/（48×2.1×250497.2×4）+5×13.848×103×124/(384×2.1×250497.2×4)

＝15.2mm<L/400=12000/400=30mm刚度满足使用要求。经受力计算:钢桥抗弯能力、强度、抗剪能力、刚度均满足使用要求，因此12米跨钢桥纵梁可用单层6片贝雷片架设。第33页/共68页B、15米跨贝雷片计算①、抗弯强度计算按简支梁计算，计算纵梁最大弯矩近似取静载的跨中弯矩与活载产生的跨中最大弯矩进行叠加，结果偏于安全。M1max＝0.25PLK＝0.25×600×15×1.3＝2925KN.mM2max＝0.125ql2＝0.125×13.848×152＝389.48KN.mMmax=2925+389.48=3314.48KN.m第34页/共68页a、按容许弯矩计算容许弯矩：[M]＝6片×0.9（不均衡系数）×788.2KN.m＝4256.28KN.mMmax=3314.48KN.M＜[M]=4256.28KN.Mb、按容许应力计算贝雷片截面模量Wo＝3578.5×6＝21471cm3σ＝Mmax/Wo＝（3314.48×106）/(21471×0.9×103)＝171.52Mpa<〔σ〕=210Mpa

因此：抗弯强度符合要求。第35页/共68页b、抗剪强度计算Q1max＝0.5P＝0.5×600×1.3＝390KNQ2max＝0.5ql＝0.5×13.848×15＝103.86KNQanx=390+103.86=493.86KN容许剪力[Q]＝6片×0.9（不均衡系数）×245KN＝1323KN因为；Q=493.86KN＜[Q]=1323KN所以，抗剪强度符合要求。经计算；15米跨钢桥纵梁可以用单层6片贝雷片架设第36页/共68页C、刚度验算贝雷片几何特性：E＝2.1×105Mpa，Io＝250497.2cm4W＝3578.5cm3P=600×1.3=780KNq=13.848KNfmax＝（Pι3）/(48EI)+5qι4/(384EI)=(780×103×153)/（48×2.1×250497.2×4）+5×13.848×103×154/(384×2.1×250497.2×4)

＝30.4mm<L/400=15000/400=37.5mm刚度满足使用要求。经受力计算:钢桥抗弯能力、强度、抗剪能力、刚度均满足使用要求，因此15米跨钢桥纵梁可用单层6片贝雷片架设。第37页/共68页结构受力分析：钢管立柱单排3根横向间距为2.5米，因此按二等跨连续梁验算，计算跨径L=2.5米，横梁均匀的承担六排贝雷片传递过来的6个集中力，6个集中力简化为2个作用于两跨跨中的集中力计算，进行最不利验算，计算结果偏于安全。P=600KN(车辆荷载)×1.19+169.8KN(上部恒重)=883.8KN（4）、I36a双排工字钢横梁（钢管墩柱上）计算第38页/共68页①、抗弯强度计算计算横梁最大弯矩近似取静载的最大弯矩与活载产生的最大弯矩进行叠加，结果偏于安全。

P1＝P/2=883.8/2=441.9KNMmax＝0.188Plι＝0.188×441.9×2.5＝207.69KN.m

横梁采用两排2-I36a型工字钢焊接组成

W=2×877.6cm3I=2×15796cm4S=2×508.8cm3d=1.0cmσ＝Mmax/W

＝207.69×106/（877.6×2×103）＝118.3Mpa<〔σ〕＝145Mpa因此；横梁强度符合要求。第39页/共68页②、整体稳定因其为箱型截面，且h/b＜6,L/b＜95,因此整体稳定符合要求。③、抗剪强度计算Q=0.688P1=0.688×441.9=304.03KN（最大剪力发生在中间支座）τ=QS/(Id)=304.03×103×508.8/(15796×1.0×2×102)=48.97MPa<1.3×〔τ〕＝110.5Mpa经验算抗剪符合要求。④、刚度计算f=0.911×441.9×2.53×103÷（100×2.1×2×15796）

=0.948mm∞＜2500/400=6.25mm第40页/共68页

受力分析:600KN履带吊位于墩位处时钢管承担最大作用力，因此按单墩3根钢管承担受力进行验算。荷载：600KN×1.303(安全系数)=781.8KN

工字钢及槽钢面板自重:157.116KN

因此中间钢管受力:P=（781.8+157.116）×0.333=313KN

钢管高度按入土8米计算根据设计图地质结构分析，钢管桩座位置地质情况为：①中粗砂，取土层侧摩阻力81.3Kpa，层厚2.5~4.6m②卵石，取土层侧摩阻力114.8Kpa，层厚4.8~9.5m（5）、钢管立柱受力验算第41页/共68页钢管桩入土深度：(不包括冲刷)钢管桩以支承桩进行设计，钢管桩单桩竖向极限承载力：Pk=λSUΣτiLi+λPAσR

式中：U——钢管周长，为1.665m；

A——验算截面处桩的截面面积，为0.013119m2；

λS——侧阻挤土效应系数，取λS=0.77；

τi——各土层对桩侧的极限摩阻力（Kpa）；

Li——桩在最大冲刷线以下第i层土中的长度；

λP——桩底端闭塞效应系数，对于敞口钢管λP=0.8λS；

σR——桩底端支承土的承载力（Kpa）由上式可得以下计算：1.282×（4.6×80+3.4×110）=951.2KN>313KN由以上计算可知管桩打入卵石层，入土8m,可满足单桩承载力要求第42页/共68页振动沉桩时，由于影响承载力的因素较多，因此，在下沉过程中，当下沉深度超过8m又仍能继续进尺，必须继续下沉至无明显进尺，后激振2分钟仍无进尺，方可视为承载力达到要求。当个别钢管桩入土深度在h≤8m，且用DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺，说明桩底已进入较坚硬持力层，因此，可满足单桩承载力要求。但应视具体情况，进行加固处理，以保证钢管整体稳定。计算结果说明：摩察力计算入土8米满足承载力要求。第43页/共68页五、施工人员、机具组织序号人员人数备注1质检工程师1李建平2安全员1杨龙3测量员44实验员1高武5施工队负责人16施工队技术员17起重工28电工（电焊工、切割工）69汽车吊司机2合计19可根据进度需要增加1、主要施工人员情况第44页/共68页2、主要机具组织情况序号设备名称规格单位数量备注1汽车吊25t台12履带吊50t台1配45kw振动锤3平板车台14电焊机台4可根据进度需要增加5气割设备套2可根据进度需要增加6全站仪莱卡套17水准仪J61第45页/共68页六、施工工艺1、管桩运输我部将组织13m大型运输车辆，调运12m标准Φ530x8.0管桩至现场指定位置整齐堆码待用。杜绝严重锈蚀，变形等管桩进入施工现场，现场技术员与监理人员监督，已经发现不合格管桩必须清退出场。2、施工准备a、现场接入电源，电源必须满足用电荷载，经专业电工检查确认后，方可使用。b、由测量人员准确放样，定出便桥管桩施工平面位置。第46页/共68页3、钢管桩的加工与制作每根便桥钢管桩按需要加工制作接长,接桩在现场平整的场地进行，采用焊接接头并使用3块200mm×200mm×8mm钢板帮焊加强，焊缝饱满无沙眼裂纹，接好的钢管桩实际桩长不得少于设计值。第47页/共68页4、管桩施工a、管桩安装施工采用50t履带吊车附带45kw振动锤施工安装Φ530x8.0管桩，25t汽车吊吊运管桩至履带吊车作业半径内，以加快管桩施工速度。在管桩吊运至履带吊作业半径内后，履带吊吊起45kw振动锤使用液压钳夹住管桩垂直起吊至管桩安装位置。由测量人员准确定位后，并用垂线法测量管桩垂直度，要求垂直度误差不得大于1%L且不大于2cm。测量复核垂直度和平面位置满足设计要求后，使用45kw振动锤施打入土。第48页/共68页现场施工必须由技术员计算出持力层到管桩顶标高高差，控制管桩入土深度，钢管桩的最终桩底标高由入土深度控制，若钢管桩无法施打至设计标高，及时汇报、分析原因，拿出解决办法，直至钢管桩的入土深度满足设计要求和已证明钢管桩达到了设计承载力。另外一种情况时达到了设计入土深度，但钢管桩还是急速下沉，要以锤击度来复核。按此方法，逐步完成每跨钢管桩的施工。第49页/共68页管桩施工质量保证措施：①管桩入土深度经现场技术员计算确定，控制管桩入土底标高；②管桩入土深度达到设计值时，下沉速度仍较快时，分析原因，必要时增加管桩施工长度，下沉速率控制为2min内无明显进尺；③当个别钢管桩入土小于8m锤击不下，且用DZ45桩锤激振2分钟仍无进尺，必须现场分析地质状况，采取双排桩或其它加强措施，以提高钢管整体稳定性。④用直尺测量，管桩平面误差±10cm⑤用测锤量取垂直度，误差＜1%L且不大于2cm（L为管桩高度）第50页/共68页5、钢管桩间剪刀撑、平联、桩顶分配梁施工栈桥一个墩位处钢管桩施工完成后，立即进行该墩钢管桩间剪刀撑、平联、桩顶2根I36a型工字钢纵、横分配梁施工。①、每个桥墩管桩施工完成后，横桥向在顶口开槽（详见《栈桥结构设计》），并在槽底加设带肋分配钢板。然后整体吊装双排I36a型工字钢横梁。②、在钢管桩上进行平联的测量放样。技术人员实测桩间平联长度后精确下料，同步进行焊接及剪刀撑、桩顶2根I36a型工字钢纵、横分配梁的加工。③、用吊车悬吊平联、剪刀撑，到位后电焊工焊接平联、剪刀撑。现场技术人员及时检查焊缝质量，合格后进行纵横分配梁的架设第51页/共68页6、栈桥上部结构安装栈桥上部结构的安装采用50t履带吊车进行施工。①、贝雷梁纵梁的拼装纵梁的位置需放线后确定，以保证栈桥轴线不偏移。将待安装的300cm×150cm贝雷片使用25t汽车吊吊运至已装好的完成桥跨后面，并完成梁体拼装，便于50t履带吊车起吊安装。纵梁安装过程中，应准确安装在由现场技术员放样的位置上，以保证栈桥均匀负载。纵梁安放完成后，必须立即与下横梁联接稳定。在联接完成前吊绳不得与吊车脱钩，以防止纵梁侧倾造成严重事故。第52页/共68页②、桥面系的安装在25t吊车的配合下，50t履带吊间距75cm安装I25工字钢横向分配梁，并及时使用U型连接器，将分配梁固定在纵向贝雷梁上。纵向25a槽钢间距4cm满铺，并在与下横分配梁接触部分满焊固接并在其上50cm间距焊接Φ8防滑条。第53页/共68页便桥栏杆高1m，采用Φ48×3.5mm焊接钢管焊接，立柱间距3m，焊在栈桥桥面槽钢上。在栈桥入口设置车辆限速行驶5km/h警示牌以及车辆限重标志牌。便桥要安排专门的卫生打扫人员兼安全监察员，保证栈桥的清洁。并在入口出设置水泵一套，进入车辆如车轮帯泥，必须冲洗干净方许车辆进入栈桥，防止车轮在栈桥上打滑发生安全事故。第54页/共68页便桥使用完成后，按照先上后下，先纵后横的顺序拆除便桥上部结构。因钢管桩入土时间较长，拔除钢管桩使用50t履带吊配90kw振动锤，务必保证管桩全部拔除。第55页/共68页七、便桥各部位联结及加固措施1、钢管与顶盖钢板焊接联结，并与36#工字钢焊接，36#工字钢盖梁与贝雷片下弦杆用门字形限位器联结，2、贝雷片上弦杆与25#工字钢分布梁采用u型卡板联结，u型卡板紧紧卡住贝雷片上弦杆，并与25#工字钢分布梁焊接固定。3、25#工字钢上翼板与25#槽钢桥面焊接固定。第56页/共68页4、施工过程中，每个墩的桩机平台均与便桥桥面板临时焊接固定。成桩后，要把桩机的钢护筒与最近的钢管墩柱用平撑，剪刀撑焊接固定牢固。以增强其横向纵向稳定。以上布置，可以确保钢管桩在汽车的行驶及刹车时，不会产生位移及偏位，因此，钢便桥是稳定安全的。第57页/共68页八、桩基平台