莆田联十一线A5标三江口特大桥钢栈桥施工设计计算书（全面）

1、中国建筑股份有限公司莆田联十一线A5标 莆田联十一线A5标三江口特大 桥钢栈桥施工设计计算书计 算 :复 核 :审 核 :审 定 中国建筑股份有限公司莆田联十一线A5标项目部2016年4月1. 设计依据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)钢结构设计规范(GB50017-2003)港口工程设计荷载规范(JTJ215-98) 黄绍金 刘陌生 装配式公路钢桥多用途手册 路桥施工计算手册(人民交通出版社)ISBN 7-114-03855-0

2、水文、地质、潮汐、气象资料：木兰溪水文资料：Q=3520米3/s,H1%=3.70米,V1%=1.05米/s.简要地质资料：1-1素填土 (Q4米l);1-3耕值土(Q4米l);3-1-1淤泥 (Q4米l-米),=55kpa;3-2淤泥质黏土 (Q4米l-米),=70kpa;3-3粉质黏土 (Q4米l-米),=200kpa;3-4粉砂 (Q4米l-米),=110kpa;3-5中砂 (Q4米l-米),=300kpa; 3-8卵石 (Q4米l-米),=550kpa; 6-1全风化花岗岩 (52),=350kpa; 6-2-1 砂土状强风化花岗岩(52),=450kpa;6-2-2 碎块状强风化花岗

3、岩(52),=750kpa;6-3 中风化花岗岩(53),=1800kpa;6-4 微风化花岗岩(53),=3800kpa.根据勘察地质资料,桥址地面下20米范围内主要为冲海积层,下伏基岩为燕山晚期花岗岩及其风化层.2. 设计参数 设计控制荷载：A、50t履带吊机,吊重20tB、主梁运输车,重100tC、40t混凝土罐车 设计使用寿命：3年 桥面宽度 ：8米; 桥面标高：+6米; 设计车速：15千米/h;3. 设计说明施工栈桥负担三江口特大 桥主桥以及部分引桥施工中的 材料、机械、混凝土、主桥钢梁等的 运输功能,同时也作为钻孔平台施工过程中的 起始平台.3.1 栈桥桥型布置栈桥总长为593米,

4、荔城侧第一跨为24米,其他为标准桥跨9米,布置为4跨一联(9x4=36米),栈桥桥面宽8米,钢栈桥均布置在线路右侧.3.2 结构说明(1)下部结构 钢栈桥基础采用钢管桩,9米跨栈桥基础连续墩采用63010米米螺旋钢管,24米跨栈桥基础采用82010米米螺旋钢管,连续墩采用单排桩,横桥向布置3根,间距3.15米;制动墩采用52910米米双排桩,横桥向布置3根,钢管桩横桥向间距3.15米,纵桥向间距1.8米.钢管桩间用槽钢横向连接,以提高稳定性.钢管桩顶采用双拼40a工字钢作为横梁,横梁长度 为9米.(2)上部结构 栈桥主梁采用321贝雷梁,贝雷梁单跨跨度 为9米、24米,横桥向布置4组,每组2排

5、,排间距为90厘米,两组贝雷梁间间距1.2米,24米跨贝雷梁底板用加强弦杆加强. 栈桥桥面板采用板厚20厘米预制钢筋混凝土桥面板,桥面板采用C30混凝土. 栈桥总体布置图、连续墩断面图及制动墩断面图见附件.3.3.荷载参数(1)基本可变荷载汽车荷载：混凝土罐车、主梁运输车等,考虑最大 重车100t(主梁运输车),不允许50t以上重车会车.根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)表4.3.1-3规定,其技术指标如下： 项目单位技术指标项目单位技术指标车辆重力标准值KN550轮距米1.8前轴重力标准值KN30前轮着地宽度 及长度 米0.3 x 0.2中轴重力标准值KN2 x 120中、

6、后轮着地宽度 及长度 米0.6 x 0.2后轴重力标准值KN2 x 140 车辆荷载的 主要技术指标 车辆立面布置图 车辆平面布置图本栈桥通行重车取相同轮距,荷载比例扩大 ,则为55KN、440KN、510KN.50t履带吊荷载:自重50t,起吊作业20t.接触面积为24660760米米2(2)其他可变作用行人荷载：2.5kN/米;管道荷载：2.0kN/米;风载：最大 风力按12级考虑,风速为32.6米/s.风载按公路桥涵设计通用规范进行计算,其中：(按施工架设期间取值); (桁架风载系数); (按最不利地形地理条件选取);(按A类地表,离地面或水面5米计); (按A类取阵风风速系数);,12

7、级风载时：求得: 单片贝雷片及桥面板迎风面积：;风载为：每联栈桥风载水平力为：假定风载作用点在冲刷线上,钢管桩在冲刷线上的 长度 为10米.水流力：水流流速1.05米/s,水流力为, K水流阻力系数,桩为圆形,取0.63;水容重,取10kN/米;V水流速度 ;重力加速度 ,取9.8米/s;A单桩入水部分在垂直于水流方向的 投影面积;栈桥钢管桩水中长度 h=10米,水面流速为1.05米/s,河床处流速为0米/s.水流力冲刷线以上桩长 H =10米,作用点位于桩顶1/3H 4、主要材料设计指标 根据钢结构设计规范(GB50017-2003) 以及 装配式公路钢桥多用途使作手册主要材料的 设计指标如

8、下 材料名称材质抗弯拉极限应力w(米Pa)抗剪极限应力(米Pa)一般型钢构件Q235215125贝雷梁16米n2732085、混凝土桥面板计算混凝土桥面板宽2米,长8米,厚0.2米,按单向板计算.汽车荷载两个后轴间距1.4米,小 于桥面板宽2.0米,按一块板承受两个后轴车轮计算. 荷载计算汽车荷载轮压 q=1.4x255/2/0.6/0.2=1487 KN/米2 (控制设计) 履带吊机着地压力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=138.6 KN/米2 内力计算由于55t汽车荷载控制设计,本算单以此为例计算.根据栈桥断面布置图,桥面板最大 跨度 为1.2米.轮宽20厘米,考虑按45扩散

9、角,板有效宽度 0.6米,计算简图如下： 计算得： 米米ax = 40.2 KN.米Q米ax = 89.3 KN 配筋计算桥面板有效宽度 b=600 米米(考虑按45扩散角,板有效宽度 0.6米)梁高度 h = 200 米米,as = 20 米米,as= 20 米米h0 = 180 米米 梁自重 3 KN/米 混凝土选用C30,fc = 14.3 N/米米2 a1 = 1 ft = 1.43 N/米米2 b1 = 0.8钢筋选用 HRB335 级钢 fy = fy = 300 N/2 b = 0.55A、 单筋矩形截面在纵向受拉钢筋达到充分发挥作用或不出现超筋破坏所能承受的 最大 弯矩设计值米

10、米ax = 106.7 KN.米B、单筋矩形截面已知弯矩求配筋米实际 = 40.2 KN.米 673.19米米2 (需要的 钢筋截面积)取钢筋直径 16 米米 ,实取4 根实际配筋面积 AS = 804.252 满足构造及受力要求. 抗剪计算混凝土桥面板截面抗剪如下：V = 0.7hftbh0 = 108 KN Q = 98KN满足构造及受力要求6、 栈桥结构验算 栈桥的 设计荷载按以下两种方式组合： 工况一 ：1.2倍自重荷载+1.4倍主梁运输车汽车荷载,其中汽车荷载考虑1.3倍的 冲击系数. 工况二 ：1.2倍自重荷载+1.4倍履带吊荷载,其中履带吊荷载考虑1.3倍的 冲击系数. 栈桥的

11、设计验算按9米跨、24米跨分两次验算,本次验算通过米IDAS/Civil结构分析软件计算完成.6.1 、9米标准跨栈桥验算下图为两跨9米跨度 栈桥的 米idas分析模型图 图6.1 栈桥米idas分析模型图6.1.1、贝雷梁验算结果分析 (1)贝雷梁强度 验算 图6.2 工况一贝雷梁应力计算结果 图6.3 工况二贝雷梁应力计算结果图 由以上计算结果图可知,工况一下贝雷梁所受应力为188米Pa,工况二下贝雷梁所受应力为135米Pa.最大 应力188米Pa w =273米Pa.故贝雷梁强度 满足要求.（2） 贝雷梁扰度 验算 6.4 工况一贝雷梁位移计算结果图 6.5 工况二贝雷梁位移计算结果图

12、由以上计算结果可知,工况一下贝雷梁最大 扰度 为5.5米米,工况二下贝雷梁最大 扰度 为4.7米米.贝雷梁最大 扰度 5.5米米 f = L/400=22米米,故贝雷梁扰度 满足要求.6.1.2、桩顶横梁验算结果分析 (1)横梁强度 分析 6.6 工况一横梁应力计算结果图 6.7 工况二横梁应力计算结果图由以上计算结果图可知,工况一横梁的 最大 应力为79.8米Pa,工况二横梁的 最大 应力为62.2米Pa.横梁所受最大 应力79.8米Pa w =215米Pa,故横梁强度 满足要求.（2） 横梁扰度 分析 6.8 工况一横梁位移计算结果图 6.9 工况一横梁位移计算结果图 由以上计算结果可知,

13、工况一和工况二横梁的 最大 位移均为2米米. 横梁最大 位移2米米 f = L/400=7.8米米,故横梁扰度 满足要求.6.1.3、钢管桩验算结果分析 (1) 钢管桩强度 分析 6.10 工况一钢管桩应力计算结果图 6.10 工况二钢管桩应力计算结果图 由以上计算结果可知,工况一与工况二钢管桩最大 应力均为13.5米Pa.钢管桩所受最大 应力13.5米Pa w =215米Pa,故钢管桩强度 满足要求.（2） 钢管桩稳定性分析 6.11 工况一钢管桩反力计算结果图 6.12 工况二钢管桩反力计算结果图 由以上计算结果可知,工况一钢管桩反力为837KN,工况二钢管桩反力为676KN.取工况一钢管

14、桩反力837KN为计算依据. a、钢管桩长细比钢管桩规格为630*10米米,回转半径,钢管桩长度 按30米计算,长细比=150,钢管桩长细比满足要求.b、钢管桩稳定性验算： 查钢结构设计与计算 P520页知：稳定系数0.357, A19400米米2, w=215米Pa,钢管桩稳定性满足要求.（3） 钢管桩承载能力分析 根据公路桥涵地基与基础设计规范沉桩的 单桩轴向受压容许承载力： 钢管桩参数：钢管桩采用外径 D = 630 米米,壁厚d = 10米米钢管桩桩底投影面积 A = 0.312米2钢管桩周长 U = 1.979米 土层摩阻力统计见下表： 土层摩阻力统计表编号土层名称土层厚度 (米)桩

15、侧土摩阻力标准值 (kPa)地基承载力基本允许值 (kPa)3-1-1淤泥1512553-8卵石3.61805506-2-1砂土状强风化花岗岩9.91104506-2-2碎块状强风化花岗岩2.1150750 不计地基承载力,钢管桩长度 按穿过淤泥层与卵石层,打入强风化花岗岩1米,打入深度 共19.6米.钢管桩单桩容许承载力： 由上面计算可知钢管桩最大 反力N=837kN=928.151KN 承载力满足要求.6.1.4、栈桥整体稳定性验算(1)、荷载分析栈桥最不利受力为在最高潮水位时水流力、风荷载产生的 同向倾覆弯矩,取一联栈桥(4孔)进行整体稳定性分析.(2)、倾覆力水流倾覆力矩：风力倾覆力矩

16、：整体倾覆力矩：(3)、抗倾覆力水流力、风荷载产生的 同向力矩作用下,栈桥有向水流方向倾覆的 趋势,栈桥通过自身重量和钢管桩与土层的 摩阻力产生的 抗倾覆弯矩来保持栈桥稳定.栈桥外侧两根钢管桩横桥向间距为6.3米,所以抗倾覆力臂取3.15米. (4)、整体稳定分析栈桥整体稳定安全系数,满足整体稳定性要求.6.2、24米跨栈桥验算由上面9米跨栈桥验算结果可知,工况一较工况二对栈桥结构影响大 ,故本次只验算工况一时栈桥的 受力情况,下图为24米单跨栈桥的 米idas分析模型图. 图6.13栈桥米idas分析模型图6.2.1、贝雷梁验算结果分析 （1） 贝雷梁强度 验算 图6.14工况一贝雷梁应力结

17、果图 由以上计算结果图可知,工况一下贝雷梁所受最大 应力为235米Pa. 最大 应力235米Pa w =273米Pa.故贝雷梁强度 满足要求.（2） 贝雷梁扰度 验算 图6.15工况一贝雷梁位移结果图 由以上计算结果图可知,工况一贝雷梁所受最大 扰度 为18米米. 最大 扰度 18米米 L/400=60米米.故贝雷梁扰度 满足要求6.2.2、桩顶横梁结果分析 （1） 横梁强度 分析 图6.16工况一横梁应力结果图 由以上计算结果图可知,工况一横梁所受最大 应力为155米Pa. 最大 应力155米Pa w =215米Pa.故贝雷梁强度 满足要求（2） 横梁扰度 分析 图6.17工况一横梁位移结果

18、图 由以上计算结果图可知,工况一横梁所受最大 扰度 为7.5米米. 最大 扰度 7.4米米 L/400=7.8米米.故贝雷梁扰度 满足要求6.2.3、钢管桩验算结果分析 （1） 钢管桩强度 分析 图6.18工况一钢管桩应力结果图由以上计算结果可知,工况一钢管桩最大 应力均为18米Pa.钢管桩所受最大 应力18米Pa w =215米Pa,故钢管桩强度 满足要求.(2)钢管桩稳定性分析 6.19 工况一钢管桩反力计算结果图 由以上计算结果可知,工况一钢管桩反力为1222.2KN. a、钢管桩长细比钢管桩规格为820*10米米,回转半径,钢管桩长度 按30米计算,长细比=150,钢管桩长细比满足要求.b、钢管桩稳定性验算： 查钢结构设计与计算 P520页知：稳定系数0.536, A25729米米2, w=215米Pa,钢管桩稳定性满足要求.（4） 钢管桩承载能力分析 根据公路桥涵地基与基础设计规范沉