双柱12m跨6m宽临时栈桥计算书

1、武昌晒湖路（静安路武昌晒湖路（静安路 丁字桥路）工程丁字桥路）工程 钢钢 栈栈 桥桥 计计 算算 书书 武昌市政工程总公司 二 O 一七年三月 目目 录录 1.1. 概述概述.1 1.1 上部结构 .2 1.2 下部构造 .2 2. 计算依据计算依据.2 3. 荷载参数荷载参数.3 3.1 基本可变荷载 .3 3.2 其他可变作用 .5 4.荷载组合与验算准则荷载组合与验算准则.6 4.1 栈桥荷载组合 .6 4.2 栈桥验算准则.7 5.结构计算结构计算.7 5.1 桥面系计算 .7 5.2 主梁计算 .8 5.3 栏杆计算 .14 5.4 承重梁计算 .14 5.5 桩基础计算 .14 1

2、.1. 概述概述 拟建栈桥位于晒湖上，栈桥为主线桥施工的辅助通道，拟建栈桥桥长约 174m，桥面宽 6m，依据自有材料，上部采用连续贝雷梁与型钢组合，下部结构采 用钢管桩基础，根据现场的地形地貌，一侧桥台采用钢管桩基础，另一侧桥台采用 混凝土桥台。 栈桥的结构形式为横向六排单层贝雷桁架，两侧桁架间距分 0.9m，中间桁架 间距为 1.3m，标准跨径为 12m。栈桥桥面系采用定型桥面板，面系分配横梁为 I22a，间距为 75cm；基础采用 6308mm 以上钢管桩，为加强基础的整体稳定性， 每排钢管桩间均采用20a 号槽钢连接成整体。 本栈桥主跨按连续梁设计。栈桥设计控制荷载为 12 方砼罐车车

3、辆荷载（罐车 自重 16T，12m混凝土重 122.65=31.8，共重 47.8T，按 50T 计算） ，并考虑 70t 履带吊机墩顶起吊作业。栈桥总体布置图如图 1 和图 2 所示。 图 1 栈桥立面布置图 图 2 栈桥横断面布置图 1.1 上部结构 1.1.1 跨径：栈桥标准跨径分为 12m，均按连续梁设计。 1.1.2 桥宽：栈桥桥面净宽为 6m。 1.1.3 主梁：栈桥主梁贝雷梁组拼，钢桥面板栈桥横桥向布置 6 片，详见图 2 所示。贝雷梁钢材为 16Mn，贝雷梁销轴钢材为 30CrMnSi。 1.1.4 支撑架：纵向主梁之间设置支撑架； 1.1.5 桥面板：采用组合型钢桥面板。桥面

4、面板为 8mm 扁豆形花纹钢板，桥面纵梁 为 I12.6；桥面板尺寸为：2.0m6.0m，桥面分配梁为 I22a。 1.1.6 栈桥高程：栈桥桥面标高为+386.475m。 1.1.7 设计车速：15km/h。 1.2 下部构造 1.2.1 墩顶承重梁：均采用 2I40a 规格，承重梁采用 6m 长度。 1.2.2 桩基础：采用直径 630mm 以上规格钢管桩，单排墩每排 2 根或 3 根，如图 3 所示。 图 3 基础布置图 2. 计算依据计算依据 1） 钢结构设计规范 （GB50017-2003） ； 2） 混凝土结构设计规范 （GB50010-2002） ； 3） 公路桥涵设计通用规范

5、（JTG D60-2004） ； 4） 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007） ； 5） 装配式公路钢桥多用途使用手册 （黄绍金等编著） 人民交通出版社。 3. 荷载参数荷载参数 3.1 基本可变荷载 3.1.1 汽车荷载：12m砼罐车，车轮接地面积为 0.2*0.5m，见图 4、图 5 所示。车 辆限速 15km/h，不计冲击作用。 图 4 车辆荷载的立面、平面尺寸 图 5 车辆荷载横向布置 3.1.2 70t 履带吊机，自重 70t，接触面积为 25032760mm2。70t 履带吊机限 于墩顶起吊作业。其尺寸参数见图 6 所示，其负荷特性表见图 7 所示。 图 6 70

6、t 履带吊机外形尺寸 图 7 70t 履带吊机负荷特性表 3.2 其他可变作用 3.2.2 水流力：水流流速假定为 3m/s。 水流流速取 3m/s，水流力为, 2 2 rV RKA g K水流阻力系数，桩为圆形，取 0.8； 水容重，取 10kN/m； r V水流速度； 重力加速度，取 9.8m/s； g A单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积； 水流力计算时，根据钢管自由长度、钢管面积以及水流速度按公式进行计算， 在此以钢管桩自由长度为 8m，入水 6 米，水面流速为 3.0m/s,河床处流速为 0m/s，按 5298mm 钢管桩进行计算。单桩所受水流力为： 11.66KN。 2 0.8

7、 10 3.06 0.529 2 9.8 W F 流水压力合力的作用点，假定在设计水位线以下 0.3 倍水深处。 4. 荷载组合与验算准则荷载组合与验算准则 4.1 栈桥荷载组合 栈桥结构设计分为栈桥施工状态、工作状态和非工作状态 3 种状态；如表 1 所 示。 栈桥施工状态：栈桥在自身施工期间，以单跨栈桥通行履带吊机以及履带吊机 在前端打桩时的可能出现的最不利施工荷载组合；工作状态：栈桥在正常使用时， 车辆作用与对应状态的其他可变作用的组合；非工作状态：在恶劣的天气状态下， 栈桥上不允许通行车辆与桥梁施工作业，仅承受结构自重与对应状态的其他可变作 用的组合。 栈桥各状态下的计算工况 表 1

8、荷载组合 设计状态 工 况恒载基本可变荷载其他可变载 结构自重12 方砼罐车车辆 工作状态 结构自重70t 履带吊机 工作状态下的 水流力 非工作状态 结构自重 - 非工作状态下的水流力 栈桥施工状 态 结构自重70t 履带吊机打桩作业工作状态下的水流力 工况至工况计算上部结构的内力与应力及下部钢管桩的竖向荷载，工况 计算下部钢管桩的横向荷载，工况计算栈桥在自身施工状态下上部结构的内力与 应力，同时验算下部钢管桩的竖向荷载。 工况中，栈桥主要承受自重、水流力，而水流力主要作用于栈桥的基础部分。 以下对各种种工况进行分析。 4.2 栈桥验算准则 栈桥作为一种重要的大临设施，其设计验算准则为：在栈

9、桥施工状态下，栈桥 应满足自身施工过程的安全，但 6 级风以上应停止栈桥施工；在工作状态下，栈桥 应满足正常车辆通行的安全性和适用性的要求，并具有良好的安全储备；在非工作 状态下，栈桥停止车辆通行与桥梁施工作业，此时栈桥应能满足整体安全性的要求， 允许出现局部可修复的损坏。 5. 结构计算结构计算 5.1 桥面系计算 钢桥面板由面板、分配梁和小纵梁组成。其中，面板为 8mm 厚花纹钢板，横梁 为 I22a，小纵梁为 I12.6a 型钢。钢桥面板布置如图 8 所示，其计算模型如图 8 所 示。 图 8 组合钢桥面板图（单位：mm） 采用有限元法对钢桥面板进行应力分析，12m砼罐车单轮轴重 100

10、kN，四轮荷 载直接作用在桥面板上，轮压面积为 0.2m0.5m，接触面轮压为 1000kPa。履带压 力比罐车轮压小，不予计算。 图 9 组合钢桥面板加载 控制荷载：12m砼罐车作用于钢桥面板上，可分为作用于 0.795m 中间段工况。 上图为 12m砼罐车在 0.795m 段时的加载模型图，纵横梁体系桥面板受力图如图 10图 12 所示。 图 10 横梁应力图(单位：MPa) 图 11 小纵梁应力图(单位：MPa) 图 12 桥面板应力图(单位：MPa) 经计算整理，桥面板受力满足要求。其受力如下表 2 所示。 各荷载工况下桥面板最大应力表 表 2 I22a (MPa) I 12.6a (

11、MPa) 8mm 厚面板 (MPa) (MPa) 位移 (mm) 备注 48.460.020.9170.06.9 5.2 主梁计算 采用 midas/civil2010 软件，建立 212m 共两跨空间计算模型。 图 13 栈桥计算模型 6.1.1 工况 工况 I 组合：结构自重+12m砼罐车车辆荷载+水流荷载 12m砼罐车车辆荷载：按单车道布置。考虑 12m砼罐车布置时的最不利工况， 12m砼罐车纵桥向布置于桥栈的跨中，主要用于计算贝雷片弦杆的轴力；12m砼罐 车墩顶布置，主要用于计算贝雷片的竖杆轴力。 12m砼罐车后轴压分别为：， 2 1 200 1000(/) 2 0.5 0.2 PkN

12、 m ， 2 2 200 1000(/) 2 0.5 0.2 PkN m 2 3 100 500(/) 2 0.5 0.2 PkN m 其车辆荷载加载图如图 14 和图 15 所示。 图 14 12m砼罐车跨中加载计算模型 图 15 12m砼罐车墩顶加载计算模型 其贝雷片受力图如下图 16 图 18 所示： 图 16 工况 I 时弦杆受力最大值（单位：kN） 图 17 工况 I 时竖杆受力最大值（单位：kN） 图 18 工况 I 时斜杆受力最大值（单位：kN） 经计算整理，栈桥贝雷片结构受力如表 3 所示： 工况时贝雷片受力表 表 3 杆件名材 料桥断面型式 内力值(kN)理论容许承载值 （k

13、N） 位移值(mm) 弦杆 16Mn10176.2560 竖杆 16MnI8124.7210 斜杆 16MnI861.9171.5 -7.9 栈桥结构受力满足要求。此工况下，当车辆荷载作用于栈桥钢管桩桩顶时，其 桩顶反力值较布置于跨中时大，通过计算得墩顶最大竖向反力值：13.3t 6.1.2 工况 工况组合：结构自重+ 70t 履带吊机自重及吊重+水流荷载 70t 履带吊机起吊作业时，吊重设计容许值为 20t。其两侧压力为： 2 1 700200 117.7(/) 2 5.03 0.76 PkN m 其加载模型图如下图所示： 图 19 70t 履带吊机墩顶侧吊加载图(单位：kPa) 图 20

14、70t 履带吊机跨中侧吊加载图(单位：kPa) 其贝雷片各杆件的受力图如图 21图 23 所示： 图 21 工况弦杆受力最大值(单位：kN) 图 22 工况竖杆受力最大值(单位：kN) 图 23 工况斜杆受力最大值(单位：kN) 经计算整理，栈桥贝雷片结构受力如表 4 所示： 工况时贝雷片受力表 表 4 杆件 名 材 料 截面型 式 内力值(MPa) 理论容许承载 （kN） 位移值(mm) 弦杆 16Mn10368.9560 竖杆 16MnI8187.0210 斜杆 16MnI896.6171.5 -16.6 70t 履带吊跨中或墩顶作业时，栈桥主梁结构受力均满足要求。此时，墩顶最 大反力值：

15、48.2t。 6.1.7 结论 综上所述，各工况下栈桥的竖向弹性变形与非弹性变形之和最大值为 16.6mm，其变形小于 L/400，满足要求。 对以上各工况下贝雷片的受力进行比较可知，70t 履带吊机荷载组合为主梁控 制荷载。履带吊跨中作业时，弦杆受力最大；70t 履带吊机走行墩墩顶作业时，贝 雷片竖杆受力最大，斜杆受力最大。杆件受力均满足要求。 栈桥各工况下，单桩最大轴力为 48.2t. 在整体稳定性分析时，栈桥横断面按本设计布置横向支撑架时，其一阶屈曲系 数为 11，其整体稳定良好。 图 24 栈桥整体稳定分析图(单位：MPa) 5.3 栏杆计算 作用于栏杆立柱顶上的水平推力标准值为：0.

16、75kN/m；钢桥面板栈桥栏杆立柱 间距为 1.5m，故立柱最大受力为： ，栏杆立柱高为 1.1m，其抗弯模量为：，立 1 1.5 0.751.13FkN 3 22861Wmm 柱应力为：； 6 11 1 3 1.13 1.1 10 16.1() 77 10 MFL MPa WW 作用于栏杆扶手上的竖向力标准值为：1.0kN/m。两立柱之间最大距离为 1.5m，其弯矩为：，栏杆扶手的应力为： 22 2 11 1.0 1.50.28() 88 MqlkN m 6 2 2 0.28 10 31.2() 8985 M MPa W 上述计算表明，选取 I12.6a 作为栏杆立柱，直径 48mm3mm

17、小钢管作为栏杆 扶手的截面，是适合的。 5.4 承重梁计算 分配梁截面为 2I40a，当 70T 履带吊通行时，承重梁受力最大，其最大正应力 为 81.1MPa，对应位置分配梁最大剪应力为 57.3MPa，如图 25 所示。 图 25 承重梁组合应力图(单位：MPa) 按钢结构设计规范第 4.1.4 条计算分配梁组合应力，其组合应力 ,分配梁受力满足要求。 84.6pa140()MMPa 5.5 桩基础计算 5.5.1 桩基反力计算 A、竖向力计算 通过上述计算得知，非制动墩桩基竖向最大轴力为 48.2t。 B、水平力计算（详见 3.2 其他可变荷载） 5.5.2 钢管桩计算 最小钢管桩型号为5297mm，钢管自由长度为 8m。 图 26 水流力产生的弯矩 钢管桩回转半径为 18.457cm 长细比：。按照 b 类截面，稳定系数：。 800 43 18.457 x l i 0.887 36 3 730 1020.8 10 78.7() 0.887 114792957 10 NM MPa AW 钢管桩其受力满足要求。 5.5.3 承载能力计算 钢管桩承载力按钢管桩入土深度最浅处，即河床高程最低处地质情况分析。 桩下的土体为：细沙，厚度 1.5m, 桩周极限摩阻为 50kPa；砾石，厚度为 1.7m,桩周极限摩阻为 140kPa；淤泥质土，厚度为 2.1m,桩周极限摩阻为 50k