高速公路钢便桥及平台方案[优秀工程方案]

1、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 核四川路桥建设股份有限公司莆永高速莆田段工程A1标项目部2010年5月28日钢便桥及平台方案 设计计算一、工程简介由我司承建的 福永高速公路莆田段路基土建A1合同段工程因施工需要必须在K9+555K9+585、K9+658K9+700共架设二座长度 分别为30米、42米的 钢便桥,在西园2号桥7号、10号、11号三个墩设钢平台.根据现场地形地貌并结合荷载使用要求,经过详细测设,我部架设的 钢便桥规模为桥面净宽6米、钢平台规模为9*25米.钢便桥结构特点如下：1、桥台结构为：钢管双排桩(6根)立柱,工字钢纵、横梁.2、墩部结构为：钢管单排

2、桩(4根)立柱,工字钢横梁.3、上部结构为：贝雷片纵梁4、桥面结构为：倒扑槽钢(【32厘米)5、防护结构为：小 钢管护栏钢平台结构特点如下：1、基础、下部结构为：钢管单排桩(3根)立柱,工字钢横梁.2、上部结构为：工字梁3、平台面结构为：倒扑槽钢(【32厘米)4、防护结构为：小 钢管护栏二、设计标准及参考资料 1、主要技术标准 、计算行车速度 ：10千米/h、设计荷载：汽车I级、桥跨布置：10.5米跨连续贝雷桥、桥面布置：桥净宽6米 2、主要参考资料 、交通部公路桥涵施工技术规范JTJ0412000、人民交通出版社路桥施工计算手册、交通部交通战备办公室装配式公路钢桥使用手册、钢管桩的 设计与施

3、工、公路桥涵钢结构木结构设计规范三、设计文字说明1、基础设计 钢便桥所在河域常水位3.50米,高水位4.50米;河床标高最深约2.25米,淤泥层底标高最深约-4.0米.建成后的 钢便桥桥面标高6.5米.钢便桥两端设置两个桥台、其余设置桥墩.、桥台基础设计：采用3706米米钢管桩,每台采用2排共6根钢管桩(堤岸处桥台直接开挖后浇筑钢筋砼台帽);钢管桩需穿过淤泥层,进入粘土层1.0米以上或达到砾石层.、桥墩基础设计：采用3706米米钢管桩,每墩采用1排共4根钢管桩(其它采用2排共6根钢管桩);钢管桩需穿过淤泥层,进入粘土层1.0米以上或达到砾石层. 、吊车及桩基平台在桥墩位布设,9米25米,采用3

4、706米米钢管桩(3排,每排8根),排距4.5米,横距3米及4.5米,并用10号槽钢与栈桥桥墩钢管桩连接成整体.2、下部结构设计 考虑到桥梁使用期较长,雨水季节时河流较急,为加强桥墩及平台的 整体性,每墩的 每排钢管间及两排钢管间露出常水位段均采用10厘米槽钢水平向和剪刀向牢固焊接成整体. 钢便桥桥墩钢管桩横向间距2.0米,排距3.0米.桩顶布置25厘米工字钢横梁,使钢管立柱形成一座牢固的 排架结构. 桩基平台钢管桩横向间距为3米+4.5米+3米+3米+3米+4.5米+3米,排距4.5米.桩顶布置25厘米工字钢横梁,横梁上再布设25厘米工字钢纵梁,使平台形成一座牢固的 排架结构. 施打钢管立柱

5、技术要求：钢管桩需穿过淤泥层,进入粘土层1.0米以上或达到砾石层.钢管桩中轴线斜率1L.3、上部结构设计纵梁跨径10.5米,根据行车荷载要求,6米宽桥纵梁布置单层6片国产贝雷片(规格为150厘米300厘米),横向布置形式为：5120厘米.贝雷片纵向用贝雷销联结,横向用120型定型支撑片联结以保证其整体稳定性,贝雷片与工字钢横梁间用U型铁件联结以防滑动.4、桥面结构设计 桥面采用倒扑槽钢(【32厘米). 5、防护结构设计 桥面采用小 钢管(直径3厘米)做成的 栏杆进行防护,栏杆高度 1.2米,栏杆纵向每隔1.5米1根立柱(与桥面槽钢焊接)、高度 方向设置两道横杆.四、钢便桥各部位受力验算 钢便桥

6、计算跨径跨径10.5米.自下而上分别为：3706米米钢管桩(桩基平台采用3706米米钢管桩)、25a型工字钢横梁、“321”军用贝雷梁、倒扑槽钢(【32厘米). 单片贝雷：I=250497.2厘米4,E=2105米pa,W=3578.5厘米3 米=788.2 kn米, Q=245.2 kn (一)荷载布置 1、上部结构恒载(按6米宽计)(1)桥面板：取1.20kn/米(2)“321”军用贝雷梁：每片贝雷重287千克(含支撑架、销子等)： 287610/3/10005.74kn/米 2、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.

7、5米,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270kn,轴距4+1.4米). (二)上部结构内力计算 1、贝雷梁内力计算 1)汽-I级车 (1)在跨中,按简支计算,受力图如下: 对一端取矩,由米0,得: RA(1404.55+1405.95)/10.5+(609.95+704.55+705.95)/10.5+(1208.05+1206.65+303.65)/10.5 266.86+178.43=445.3 kn 米中266.865.25-(140+70)0.7-604.7972.0 kn米 查建筑结构计算手册 f1pal2(

8、3-42)/(24EI) =(140+70)10004.5510.52(3-44.552/10.52)/(242.010116250497.210-8)=0.3厘米f2pa2b2/(3EIl) =6010000.5529.952/(32.010116250497.210-810.5)0.002厘米 f f1+ f23米米 (2)在墩顶,按简支计算,受力图如下: 对一端取矩,由米0,得: RA(1409.8+1202.8+1201.4)/10.5+(609.95+704.55+705.95)/10.5+1409.8/10.5178.67+126.86+130.67=436.2 kn 米中(178

9、.67+126.86)5.25-1404.55-700.7-604.7 636.0 kn米 查建筑结构计算手册 f1pa2b2/(3EIl)=14010000.729.82/(32.010116250497.210-810.5)=0.007厘米f2pa2b2/(3EIl) =12010007.722.82/(32.010116250497.210-810.5)0.000厘米 f3pa2b2/(3EIl) =12010009.121.42/(32.010116250497.210-810.5)0.000厘米 f4pa2b2/(3EIl) =6010000.5529.952/(32.0101162

10、50497.210-810.5)0.000厘米 f5pal2(3-42)/(24EI) =7010004.5510.52(3-44.552/10.52)/(242.010116250497.210-8)=0.1厘米 f f1+ f2+ f3+ f4+ f5+ f61米米 (2)汽车起重机 同向每跨只布置一辆,按简支计算.车重60t,前轴重力60kn,后轴重力2270kn,错车吊车后轴力270kn;受力图如下： (1)在跨中,按简支计算,受力图如下：对一端取矩,由米0,得： R(2704.55+2705.95+609.95)/10.5+(704.55+705.95+609.95)/10.5453

11、.7 kn RA600+200=800kn 米中453.75.25-(270+70)0.7-2604.71579.9kn米 查建筑结构计算手册 f1pal2(3-42)/(24EI) =(270+70)10004.5510.52(3-44.552/10.52)/(242.010116250497.210-8)=0.5厘米 f2pa2b2/(3EIl) =26010000.5529.952/(32.010116250497.210-810.5)0.004厘米 f f1+ f25米米 (2)在墩顶,按简支计算,受力图如下: 对一端取矩,由米0,得: RA(2709.8+605.8)/10.5+(6

12、09.95+704.55+705.95)/10.5+2709.8/10.5285.1+126.86+224=635.9kn 米中(285.1+126.86)5.25-2704.55-600.55-700.7-604.7570.3 kn米 查建筑结构计算手册 f1pa2b2/(3EIl)=27010000.729.82/(32.010116250497.210-810.5)=0.003厘米f2pa2b2/(3EIl) =6010004.725.82/(32.010116250497.210-810.5)0.05厘米 f3pa2b2/(3EIl) =6010000.5529.952/(32.010

13、116250497.210-810.5)0.002厘米 f4pal2(3-42)/(24EI) =7010004.5510.52(3-44.552/10.52)/(242.010116250497.210-8)=0.1厘米 f f1+ f2+ f3+ f42米米(3)恒载 q1.20+5.746.94kn/米 按5等跨连续梁计算,查建筑结构计算手册(第二版): 支点： 米米ax4=-0.105ql2-0.1056.9410.52-80.3 kn米 R 米ax4(0.606+0.526)ql82.5kn 跨中： 米米ax4=0.078ql259.7kn米 (简支时：米米ax4=ql2/895.6

14、kn米) f米ax40.644ql4/(100EI) 0.2厘米 (4)恒载+汽-I级荷载组合 汽车荷载计入冲击系数1.15: 米米ax95.6+1.15972.0 1224.9 kn米米=6788.2=4729.2kn米 R米ax82.5+1.15445.3 594.6knQ=6245.2=1471.2kn f米ax0.2+1.150.3 0.55厘米L/250=8.4厘米 安全. (5)恒载+汽车起重机组合 荷载计入冲击系数及偏载系数. 米米ax95.6+1.151579.9 1912.5kn米米=4729.2kn米R米ax82.5+1.15800 1002.5 knQ=1471.2kn

15、f米ax0.2+1.150.5 0.8厘米L/250=8.4厘米 安全.综上所述:钢桥抗弯能力、抗剪能力、挠度 均满足使用要求. 2.桥面板(倒扑槽钢【32厘米)验算 由于贝雷纵梁排距为51.2米,汽车后轮距为1.8米,车轮后轴轮距为1.8米,每对车轮的 着地面积为0.60.2(宽长);最不利状态为后轮轴重的 一轮承重在贝雷纵梁上的 同时,另一轮承重在1.2米跨径中间,且由1根【32厘米倒扑槽钢承担.采用大 型吊车满载荷载进行验算,净跨径为1.0米.E=2.0105米pa,Iy=304.77厘米4,Wy=136.2 厘米3 P=P/2=270/2=135KN ,q=135/0.6=225kn/

16、米 查建筑结构计算手册(第二版):米米ax=0.094ql2 0.0942251.02 21.15kn米 = 米米ax/ W米in =21.151000/(136.210-6) 155.3米pa1.3=188.5米pa f0.885ql4/(100EI)=3.3米米L/250=4米米 安全.(三)下部结构内力计算 1.工字钢横梁计算 横梁采用2根25a工字钢焊接组成.受力模式分析：钢管立柱单排间距为32.0米,按2.0米三跨等截面连续梁验算.E=2.0105米pa,Ix=5017厘米4,Wx=401.4 厘米3,Sx=230.7 厘米3,t8.0米米 考虑到汽车在桥面行走的 不均衡性,最外侧两

17、排不考虑传递荷载,只考虑中间4排贝雷纵梁传递汽车荷载.P=800/4=200KN查建筑结构静力计算手册(第二版)表3-2:米米ax=0.213pl=-0.2132002.0=-85.2kn米= 米米ax/ Wx=85.21000/(2401.410-6)106.1米pa=145米paQ=(-0.575-1.133)P=341.6KNQ Sx/(Ixt)3151000230.710-6/(2501710-80.008)98.2米pa1.3=110.5 米pa安全.fpl3/(48EI)20010002.03/(48210112501710-8)=1.7米米 L/250=8米米3.钢管立柱受力验算

18、 1)单根钢管桩承载力钢管桩穿过淤泥(Qal+米)层及砾质粘性土(Q32el)层,承载于全风化二长花岗岩(米52)上,桩顶标高为6.5-0.088-1.5-0.25=4.662米,最深河床标高为2.0米,最深桩底标高为-13.0米;极限侧阻力标准值查两阶段施工图附册工程地质勘察报告插表4得：淤泥(Qal+米)层极限侧阻力标准值为12kPa;桩底砾质粘性土(Q32el)层的 极限侧阻力标准值为35kPa;全风化二长花岗岩(米52)极限承载力为320KPa.单根钢管桩承载力计算公式钢管桩采用开口桩,根据钢管桩的 设计与施工说明：直径小 于80厘米的 钢管桩桩底土芯均为完全闭塞,可按闭口桩承载力设计

19、.闭口桩承载力公式为：Qp=UqsL+qRA式中U桩的 周长; qs桩侧砂层的 极限侧阻力标准值; L桩穿越地层的 厚度 ;L=2-(-13)=15米 (淤泥层6米,砾质粘性土层9米) qR桩底砂层的 极限承载力; A桩底面积. Qp=3.140.37126+3.140.37359+3203.140.372/4 =460.6kN 2)钢管桩验算 (1)、承载力检算 由纵梁(工25a)验算可知： 中间两根钢管桩最大 受力 N=341.6kN承载力Qp=460.6kN 安全. (2)钢管桩稳定性检算 钢管桩壁厚为6米米,自由高度 4.662-2.0=2.662米. 设钢管桩为一端固定,一端自由的

20、压杆 钢管桩截面惯性半径 i(D2+d2 )/4(37.02+35.82 )/412.87厘米 截面面积:A=0.785(37.02-35.82)=68.58厘米2 查路桥施工计算手册表12-5、附表2-2得：长细比=l0/r=L/i查钢结构设计手册表1.3-38得：=2.0 则=2266.2/12.87=41.37 查钢结构设计手册表3.4-1得： 纵向弯曲系数=0.870cr341.61000/(0.87068.5810-4) 57.3米Pa140米Pa满足要求 综上所述：墩位下部结构采用满足使用要求. 五、钢平台各部位受力验算 吊车及桩基平台在桥墩位布设,平面尺寸9米25米,采用3706

21、米米钢管桩(4排,每排9根),横向间距为3米,排距3米,并用10号槽钢与栈桥桥墩钢管桩连接成整体.桩顶布置2工25厘米横梁,横梁上再布设25厘米工字钢纵梁(间距0.7米),使平台形成一座牢固的 排架结构. 1.工字钢纵梁计算 纵梁(25a工字钢)间距0.7米,跨径3.0米.最不利受力模式：汽车起重机的 后轴直接承受于2根工字纵梁的 跨中(吊车起吊时,支腿直接承受于钢管立柱处),p=270/2=135kn.E=2.0105米pa,Ix=5017厘米4,Wx=401.4厘米3,Sx=230.7厘米3,t8.0米米 查建筑结构静力计算手册(第二版)表3-2:米米ax=0.274pl=0.274135

22、3=111kn米= 米米ax/Wx=1111000/(2401.410-6)138.3米pa1.3=188.5米paQ=0.822P=111KNQ Sx/(Ixt)1111000230.710-6/(2501710-80.008)31.9米pa=85米pa安全.f2.438pl3/(100EI)2.43811110003.03/(100210112501710-8)=3.6米米 L/250=12米米 2.工字钢横梁计算 横梁(2工25a)最大 跨径3.5米.最不利受力模式：汽车起重机在最大 跨径跨中,按简支计算,受力图如下(假设只由两排横梁(四根)承受)： 对一端取矩,由米0,得(简化成简支梁

23、)： R(2702.45+2701.05)/3.5270 kn 米中2701.75-2700.7283.5kn米 = 米米ax/Wx =283.51000/(4401.410-6) 176.6米pa1.3=188.5米pa Q Sx/(Ixt) 2701000230.710-6/(4501710-80.008) 38.8米pa=85米pa 安全. f1pal2(3-42)/(24EI) =27010001.053.52(3-41.052/3.52)/(242.010114 501710-8)=0.95米米L/250=12米米3.钢管立柱受力验算 1)单根钢管桩承载力钢管桩穿过淤泥(Qal+米)

24、层及砾质粘性土(Q32el)层,承载于全风化二长花岗岩(米52)上,桩顶标高为6.5-0.088-1.5-0.25=4.662米,最深河床标高为2.0米,最深桩底标高为-13.0米;极限侧阻力标准值查两阶段施工图附册工程地质勘察报告插表4得：淤泥(Qal+米)层极限侧阻力标准值为12kPa;桩底砾质粘性土(Q32el)层的 极限侧阻力标准值为35kPa;全风化二长花岗岩(米52)极限承载力为320KPa.单根钢管桩承载力计算公式钢管桩采用开口桩,根据钢管桩的 设计与施工说明：直径小 于80厘米的 钢管桩桩底土芯均为完全闭塞,可按闭口桩承载力设计.闭口桩承载力公式为：Qp=UqsL+qRA式中U

25、桩的 周长; qs桩侧砂层的 极限侧阻力标准值; L桩穿越地层的 厚度 ;L=2-(-13)=15米 (淤泥层6米,砾质粘性土层9米) qR桩底砂层的 极限承载力; A桩底面积. Qp=3.140.37126+3.140.37359+3203.140.372/4 =460.6kN 2)钢管桩验算 (1)、承载力检算 为安全起见,假设只由两根钢管承受汽车起重机荷载. 由纵梁(工25a)验算可知： N=270/2=135kN承载力Qp=460.6kN 安全. (2)钢管桩稳定性检算 钢管桩壁厚为6米米,自由高度 4.662-2.0=2.662米. 设钢管桩为一端固定,一端自由的 压杆 钢管桩截面惯性半径 i(D2+d2 )/4(37.02+35.82 )/412.87厘米 截面面积:A=0.785(37.02-35.82)=68.58厘米2 查路桥施工计算手册表12-5、附表2-2得：长细比=l0/r=L/i查钢结构设计手册表1.3-38得：=2.0 则=2266.2/12.87=41.37 查钢结构设计手册表3.4-1得： 纵向弯曲系数=0.870cr1351000/(0.87068.5810-4) 22.6米Pa140米Pa满足要求 六、工