钢栈桥计算书

钢栈桥计算书目录1、设计概况 32、设计目标 33、设计规范 34、设计等级 35、材料及参数 46、设计荷载 46.1恒载 56.2活载 57、荷载组合 58、计算结果 58.1计算模型及边界条件设置 58.2计算结果分析 68.2.1桥面板强度计算结果 68.2.2桥面纵向分配梁强度计算结果 78.2.3贝雷片强度计算结果 88.2.4贝雷梁刚度计算结果 108.2.5花架强度计算结果 108.2.6桩顶分配梁强度计算结果 118.2.7桩顶分配梁刚度计算结果 128.2.8桩间联系强度计算结果 138.2.9钢管桩强度计算结果 158.2.10钢管桩稳定性计算结果 169、施工注意事项 19主钢栈桥计算书1、设计概况栈桥平台通道宽为6.0m，为多跨型钢连续梁桥，计算跨径布置为12m。桥梁结构布置形式为：桥面板采用8mm厚钢板，钢板下设I10a纵向分配梁，间距为30cm；纵向分配梁下采用321型贝雷梁，贝雷梁每隔3米设置一道支撑架，支撑架采用L63*5角钢，贝雷梁与桥面横向分配梁采用卡扣螺栓固定，贝雷梁与栈桥下部结构采用柱顶分配梁与钢管桩，柱顶分配梁采用双拼I45b，跨中钢管桩采用φ630×10mm，间距4.5m，为了保证钢管立柱结构的稳定，钢管间设剪刀撑，剪刀撑采用槽钢[16b，结构杆件之间采用栓接连接。栈桥每隔4-跨设置一处制动墩。由于钢管桩支撑位置贝雷片竖杆应力集中，故在钢管桩支撑位置处的贝雷片竖杆采用双拼8#槽钢进行加强，保证竖杆强度。2、设计目标本次计算的设计目的为：（1）确定通行车辆荷载；（2）确定各构件计算模型及边界约束条件；（3）验算各构件强度与刚度；（4）验算钢管桩稳定性。3、设计规范装配式公路钢桥多用途使用手册[M]（人民交通出版社）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650—2020）《港口工程荷载规范》JTS144-1-2010《钢结构设计规范》（GB50017-2017）《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）4、设计等级设计荷载：验算荷载考虑单车道70t砼罐车、80t履带吊整机工作质量、80t旋挖钻机，履带长度为6.054m，冲击系数采用1.3Hz，由于考虑验算荷载较大，故此处忽略行人荷载及其它荷载。结构重要性系数取1.0.设计行车速度：履带吊（旋挖钻）行驶速度不超过5km/h，汽车行驶速度不超过30km/h；（3）栈桥相邻跨内仅允许通行一辆汽车荷载（70t罐车、80t履带吊、80t旋挖钻三者其中一辆）本计算主要依据《装配式公路钢桥多用途使用手册》、《钢结构设计规范》、《公路桥涵设计通用规范》、《公路工程技术标准》等规范中的相关规定，通过MIDAS/Civil2019有限元分析软件完成，除贝雷片强度外其余设计采用采用极限状态设计法设计，贝雷片采用容许应力法设计。5、材料及参数根据《钢结构设计规范》、《装配式公路钢桥多用途使用手册》主要材料设计指标如下：表5.2钢材设计强度值构件材料种类型号抗弯、抗压剪应力强度设计值强度设计值(MPa)（MPa）桥面板Q2358mm钢板215125分配梁Q235I10工字钢215125横梁Q235I45b工字钢215125钢管立柱Q235Φ630×10钢管215125钢管立柱横梁Q23516b槽钢215125支撑架16MnL63×5角钢305175表5.3贝雷片各杆件理论容许承载能力值6、设计荷载6.1恒载本设计采用MidasCivil建模分析，自重恒载由程序根据有限元模型设定的截面和尺寸自行计算施加，自重系数取-1。6.2活载根据现场实际施工情况，栈桥桥面单车道通行70t砼罐车、80t履带吊、80t旋挖钻机，模型建模时，汽车荷载作为移动荷载分析，采用车道面加载，车道面宽度取4.0m。7、荷载组合设计荷载按下式进行组合：验算构件强度：1.2倍恒载+1.4倍活载；验算构件刚度：1.0倍恒载+1.0倍活载。8、计算结果8.1计算模型及边界条件设置图为栈桥Midas分析整体模型图，选取栈桥2跨计算（中间跨）。其中，桥面板采用板单元，其余均采用梁单元。边界条件设置如下：桥面板与纵向分配梁采用共结点连接，贝雷梁与横向分配梁、桩顶分配梁，桩顶分配梁与钢管立柱均采用弹性连接中的一般连接，端部承台部分约束Dx、Dy、Dz,钢管立柱采用锚固模拟，约束Dx、Dy、Dz、Rx、Ry、Rz。8.2计算结果分析计算结果分析中钢管桩以强度、刚度、稳定性均满足要求进行控制，其他构件以强度、刚度均满足要求进行控制。8.2.1桥面板强度计算结果图为桥面板强度计算结果。由图可以看出桥面板最大有效应力为：σ=55.61MPa<[σ]=215MPa故桥面板强度设计满足安全要求。图6-1桥面板最大有效应力8.2.2桥面纵向分配梁强度计算结果由图可以看出桥面纵向分配梁最大组合应力为：σ=93.92MPa<[σ]=215MPa桥面纵向分配梁最大剪应力为：τ=22.16MPa<[τ]=125MPa故桥面纵向分配梁强度设计满足安全要求。图6-2分配梁最大组合应力图6-3分配梁最大剪应力8.2.3贝雷片强度计算结果（荷载标准值组合，容许内力）由图可以看出标准组合下贝雷片弦杆最大轴力为：F=227.25KN<[F]=560KN贝雷片竖杆、斜杆最大轴力为：F=132.48KN<[F]=171.5KN故栈桥贝雷片强度设计满足安全要求。图6-4标准组合下弦杆最大轴力图6-5标准组合下竖杆、斜杆最大轴力图8.2.4贝雷梁刚度计算结果由图可以看出贝雷梁最大位移为：8.32mm<L/400=30mmm故贝雷梁刚度设计满足安全要求。图6-6贝雷片竖向等值线图8.2.5花架强度计算结果由图可以看出花架最大组合应力为：σ=170.39MPa<[σ]=215MPa花架最大剪应力为：τ=4.91MPa<[τ]=125MPa故花架强度设计满足安全要求。图6-7花架最大组合应力图6-8花架最大剪应力8.2.6桩顶分配梁强度计算结果由图可以看出桩顶分配梁最大组合应力为：σ=72.54MPa<[σ]=215MPa桩顶分配梁最大剪应力为：τ=46.98MPa<[τ]=125MPa故桩顶分配梁强度设计满足安全要求。图6-10桩顶分配梁组合应力图6-11桩顶分配梁剪应力8.2.7桩顶分配梁刚度计算结果由图可以看出桩顶分配梁最大位移为：2.65mm<L/400=11.25mm图6-12桩顶分配梁位移等值线故桩分配梁刚度设计满足安全要求。8.2.8桩间联系强度计算结果由图可以看出桩间联系最大组合应力为：σ=20.94MPa<[σ]=215MPa桩间联系最大剪应力为：τ=0.58MPa<[τ]=125MPa故桩间联系强度设计满足安全要求。图6-13桩间联系组合应力图图6-14桩间联系剪应力图8.2.9钢管桩强度计算结果由图可以看出钢管桩最大有效应力为：σ=66.25MPa<[σ]=215MPa钢管桩最大剪应力为：τ=0.46MPa<[τ]=125MPa故钢管桩强度设计满足安全要求。图6-15钢管桩组合应力图6-16钢管桩剪应力8.2.10钢管桩稳定性计算结果管桩(Φ630mm*10mm)最大支反力为：F=755.83kN。钢管稳定性分析考虑车辆正常行驶荷载、车辆制动荷载、安装误差、动水压力荷载图6-17钢管反力图（1）钢管桩稳定系数计算钢管桩采用Φ630×10mm螺旋钢管：取单根最大轴力755.84kN，取河床以上10m计算，按一端自由，一端固接，长度计算系数取μ=2.0，则有效计算长度μL0=2×10=20m。钢管回转半径：ᵅᵆ=ᵅᵆ=219.23mm长细比：λ=μL/i=2×10×10^3÷219.23=91.23按b类截面，查表：《钢结构设计标准》GB50017-2017附录D轴心受压构件的稳定系数φ=0.614。（2）钢管桩安装偏心弯矩计算按《钢结构设计规范》GB50017的规定，钢管桩的承载力计算应考虑安装偏心误差的影响，偏心距取值不宜小于计算长度的1/1000，对钢管桩不宜小于40mm。e=L/1000=11000/1000=11mm＜40mm取e=40mm；偏心弯矩M1=Fe=755.84kN×0.04m=30.3kN·m；（3）动水压力计算按《港口工程荷载规范》JTS144-1-2010规定13.01章节：P=K.H.B.V^2/2.ρK—水流阻水系数，圆形截面取0.73；H—水深（m），此处为10m；B—阻水宽度（m），此处为0.63m；v—流速(m/s)，此处为2m/s；ρ—水的密度（t/m3），淡水取1.0，海水取1.025；单根钢管桩所受动水压力：P=0.73*10*0.63*2^2/2*1=9.2KN动水作用（水面以下1/3水深处）在钢管桩上产生的弯矩：M2=2PH/3=9.2kN×10×2/3m=61.3kN·m（4）车辆冲击荷载/制动荷载计算根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015；车辆制动考虑一辆车冲击/制动，车辆取90T履带吊，冲击系数取0.05，制动系数取μ=0.1；水平冲击荷载：F1=μG=45kN；水平制动荷载F2=μG=90kN,取F1与F2较大值取4根钢管桩承受；制动荷载作用在单根钢管桩上产生的弯矩：M3=FH=90/4kN×10m=225kN·m（4）钢管稳定性计算弯矩作用平面内的稳定性，按下式计算：ᵄ+ᵯᵅᵄᵆM/W(1−φN/ᵄᵃᵆ)≦fᵱᵃ式中：ᵄᵃᵆ=π^2EA/(1.1λ^2)；ᵄᵃᵆ=π^2EA/(1.1λ^2)=3.142×3.142×2×100000×19478/(1.1×91.23×91.23)=4195.325kNE=2.0×100000Mpa；N—轴向压力；φ—弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；M—计算构件范围内的最大弯矩；M=M1+M2+M3=30.3+61.3+225=316.6kN.mW—构件的截面模量；W=2971.9cm3，A-截面面积，A=194.78cm2。ᵅᵄᵆ—等效弯矩系数，此处取1.0；ᵄ+ᵯᵅᵄᵆM/W(1−φN/ᵄᵃᵆ)ᵱᵃ=755840/(0.614*19478)+1*316600/(2971.9*(1-0.614*755.84/4195.32)=63.2Mpa+119.83Mpa=183.03Mpa≦215Mpa综上，钢管桩稳定性设计满足安全要求。8.2.11钢管桩入土深度计算按沉桩承载力计算，查《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）得沉桩的容许承载力：ᵄᵄ=1(u∑ᵅ=1ᵅᵯᵅᵅᵅᵅᵅᵅ+ᵯᵅᵃᵄᵅᵅᵅ)2式中:ᵄᵄ——单桩轴向受压容许承载力（kN）；u——桩的周长（m）；ᵅ——地面以下各土层厚(m)；ᵃᵄ——桩端截面面积(m2)；n——土层数；ᵅᵅᵅ——与ᵅᵅ对应的各土层与桩侧摩阻力标准值(kpa)；ᵅᵅᵅ——桩端处土的承载力标准值(kpa)，ᵯᵅ、rᵯᵅ——分别为震动沉桩对各土层桩周摩擦力和桩底承压力的影响系数，采用振动锤沉桩其值均取为1.0。采用φ630*10mm螺旋钢管立柱，有效桩长从河床面向下计算。土层土质入土深度桩侧摩阻力桩端承载力承载力(m)(Kpa)(Kpa)(KN)第一层粉质粘土0.7309020.79第二层粉砂0.76208015.05第三层粉砂930130267.3第四层细砂1335160450.45本表参照京哈高速第九合同段第四篇第二分册饶阳河大桥28号桩位地质参数表钢管桩入土深度：=0.7+0.76+9+13=23.46m,入土深度23.46m即可，取入土深度24m。ᵄ=1(u∑ᵅᵯᵅᵅ+ᵄ2ᵅ=1ᵅᵅᵅᵅᵯᵅᵃᵄᵅᵅᵅ)=20.79+15.05+267.3+450.45+37.42+1.56=792.57KN＞755.84KN。9、施工注意事项由于现场施工中存在一些模拟计算中无法考虑到的不确定因素，如自然原因或人为原因造成的临时荷载等，为了尽可能的与模拟条件一致，确保施工过程中的安全，必须注意以下事项：1、桥面板与工字钢分配梁采用手工电弧焊焊接连接，分配梁两端与贝雷桁梁采用U型螺栓连接固定。2、贝雷桁梁与钢管桩顶横梁采用角钢焊接限位固定措施，防止左右偏移扭转，桩顶横梁与贝雷片连接处错开，3、钢管桩入土深度为初步估算，实际打入时应结合现场打入设备利用贯入度等指标进行反算相互