栈桥计算书.doc

精选优质文档-倾情为你奉上目 录三、设计参数1、设计行车速度：15km/h 2、设计荷载：300kN重载汽车；500kN履带吊机+200kN吊重3、栈桥桥宽：0.45m(施工用管线槽、栏杆)+8.0m(行车道)+0.45m(施工用管线槽、栏杆)=8.9m4、正常使用风力：6级风，相应风速14m/s 最大抵抗风力：12级风，相应风速40m/s5、设计最高水位：+17.500m四、计算内容 栈桥砼桥面板、贝雷桁架、分配梁、钢管桩内力计算及其基础承载力、栈桥整体稳定性。五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力1、贝雷片截面特性杆件名材 料桥断面型式横断面积（cm2）理论容许承载力（kN）弦杆16Mn102×12.7560竖杆16MnI89.52210斜杆16MnI89.52171.52、贝雷梁桥几何特征结构构造W（cm3）I（cm4）单排单层不加强3578.5250497.2加强7699.1577434.4双排单层不加强7157.1500994.4加强15398.31154868.8三排单层不加强10735.6751491.6加强23097.41732303.2注：表中数值为半边桥之值，全桥时应乘以23、桁架容许内力表桥型不加强桥梁加强桥梁容许内力单排双排三排单排双排三排单层单层单层单层单层单层弯矩（kN·m）788.21576.42246.41687.533754809.4剪力（kN）245.2490.5698.9245.2490.5698.9六、施工栈桥计算1、设计荷载1.1、50t履带吊机 吊机自重G1=500kN,最大吊重G2=200kN履带吊机自重500.00（kN）最大吊重200.00（kN）履带尺寸长4.660（m）宽0.760（m）履带中心间距2.54(3.54)（m）履带吊机空载地基压应力70.59（kN/m2）履带吊机最大吊重最大平均地基压应力148.24（kN/m2）1.2、30t重载汽车一辆汽车总重力前轴荷载（kN）中轴荷载（kN）后轴荷载（kN）30060120120轴距（m）前轮轮距（m）后轮轮距（m）车轮着地宽度（m）41.41.8 1.8 0.3（前）0.6(中后)1.3、贝雷片自重单片贝雷梁自重3.1kN，横断面布置8排，单跨长度L=12m1.4、砼桥面板自重主栈桥桥面板宽8m，每延米桥面板自重：0.2×8×25=40 kN/m支栈桥桥面板宽6m，每延米桥面板自重：0.2×6×25=30 kN/m1.5、汽车制动力及冲击荷载汽车制动力：300×0.1=30 kN汽车荷载冲击系数：=15/(37.5+L)=15/(37.5+12)=0.301.6、风荷载横向风压计算：WK1K2K3K4W0 ，式中W0= V2/1600 V=14m/s （风速，风力6级）V=40m/s （风速，风力12级） W0=0.12 （kN/m2 基本风压，6级风） W0=1.00 （kN/m2 基本风压，12级风）K1=1.0 （设计风速频率转换系数）K2=1.3 （风载体形系数，桁架） K3=1.0 （风压高度变化系数） K4=1.0 （地形、地理条件系数）W=K1K2K3K4W0=1.0×1.3×1.0×1.0×0.12=0.16 kN/m2 (6级风) =1.0×1.3×1.0×1.0×1=1.30 kN/m2 (12级风) 作用在单跨桁架上的横向风荷载： 迎风面积S=12×1.7×0.4=8.16 m3 （桁架，受风荷载面积系数0.4） 作用于桁架的风荷载F=W·S=0.16×8.16=1.31 kN （6级风） =1.30×8.16=10.61 kN （12级风）1.7、水流压力施工栈桥位于湖泊中，基本无流速，水流压力忽略不计2、砼面板计算2.1、荷载计算汽车后轮单个轮压荷载：F1=120/2=60 kN履带吊机偏载着地压力：F2=(500+200)×0.75=525 kN2.2、内力计算汽车单个后轮作用于栈桥桥面中心时桥面板承受最大弯矩：Mmax=F1l/4-(F1/a)a2/8=60×1.5/4-60/0.4×0.42/8=19.5 kN·m混凝土桥面板承受最大剪力：Qmax=F1=60 kN2.3、配筋计算混凝土桥面板有效宽度：a=a1+l/3=200+1500/3=700 mm混凝土桥面板高度： h=200 mm受拉钢筋到受拉区混凝土边缘距离：as=18 mm受压钢筋到受压区混凝土边缘距离：as=18 mm混凝土桥面板有效高度h0=200-18=182 mm混凝土选用C30，fc=14.3N/2, ft=1.43N/2，1=1,b1=0.8钢筋选用HRB335级钢，fy=f'y=300N/2，b=0.550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：=1×14.3×700×1822×0.55×(1-0.5×0.55)×10-6=132.21 kN·m混凝土桥面板设计弯矩Md=19.5kN·m < Mu,max，按单筋矩形截面求配筋：需要的钢筋面积：1×14.3×700/300×182-(1822-2×19.5/1/14.3/700)1/2=368.31 mm2取钢筋直径16mm，实际取用钢筋数量：3根实际配筋面积Aa=×162/4×3=603.19 mm2构造最少配筋As,min=0.00215×700×200=301 mm2 < Aa构造最多配筋As,max=0.02622×700×200=3340.43 mm2 > Aa2.4、抗剪计算混凝土桥面板截面剪力：V=0.7hftah0=0.7×1×1.43×(200+200)×182/1000=72.87 kN>Qmax=60 kN混凝土桥面无需进行箍筋和弯起钢筋配置。3、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算)3.1、荷载组合50t履带吊机与汽车可同时在同一跨栈桥上行使，栈桥荷载按履带吊机偏载、两辆汽车会车、履带吊机和一辆汽车在同一跨栈桥上，三种荷载进行分析，取对栈桥产生最不利荷载进行受力计算。荷载组合1：履带吊机偏载(竖向荷载)均布荷载(恒载)：40 kN/m均布荷载(活载)：700×0.75/4.66=112.67 kN/m荷载组合2：两辆汽车会车(竖向荷载、两车道)均布荷载(恒载)：40 kN/m集中荷载(活载)：120×1.3×2=312 kN (中、后轴轴重)两车道 60×1.3×2=156 kN (前轴轴重) 两车道荷载组合3：履带吊机和一辆汽车均布荷载(恒载)：40 kN/m均布荷载(活载)：700×0.75/4.66=112.67 kN/m集中荷载(活载)：120×1.3=156 kN (中、后轴轴重) 60×1.3=78 kN (前轴轴重) 3.2、结构及边界条件模拟建模结构为三跨连续梁进行计算，栈桥各个结构构件采用梁单元模拟，分配梁与贝雷梁主桁采用铰接，分配梁与钢管桩采用铰接；钢管桩底按铰结考虑，荷载按实际计算值加载。计算模型3.3、荷载工况组合工况1：结构自重+吊机在跨中偏载(侧向)吊重+风荷载(风速14m/s,风力6级)工况2：结构自重+吊机在墩顶一侧偏载(侧向)+风荷载(风速14m/s,风力6级)工况3：结构自重+吊机在连续墩中间墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速14m/s，风力6级)工况4：结构自重+吊机在连续墩边墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速14m/s风力6级)工况5：结构自重+吊机在制动墩边墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速14m/s风力6级)工况6：结构自重+汽车荷载(双向车道,相邻跨不得同时出现车辆,按集中力加载)+风荷载(风速14m/s,风力6级)工况7：结构自重+吊机偏载(侧向)+汽车荷载(一辆汽车，按集中力加载，相邻跨不得同时出现车辆,)+风荷载(风速14m/s,风力6级)工况8：结构自重+风荷载(风速40m/s,风力12级)3.4、贝雷桁架内力计算采用有限元程序整体建模计算得出在工况1作用下贝雷梁弯矩最大，在工况2作用下贝雷梁剪力最大。 贝雷梁最不利弯矩图（kN·m）贝雷梁最不利剪力图（kN）贝雷梁最大弯矩Mmax=482.4 kN·m < 788.2 kN·m贝雷梁最大剪力Qmax=183.3 kN < 245.2 kN3.5、分配梁计算分配梁F1采用2I32b，截面特性如下：型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2I32b146.9232421452.627.12.3采用有限元程序整体建模计算得出在工况3作用下分配梁F1弯矩最大，在工况4作用下分配梁F1剪力最大。分配梁F1最不利弯矩图（kN·m）分配梁F1最不利剪力图(kN)分配梁F1弯矩Mmax=152.6kN·m，剪力Qmax=353.2kN =M/W=152.6/1452.6×103=105.05 MPa < 170MPa =QmaxS/Ib=329.7/(27.1×2.3)×10=52.90 MPa < 100MPa 分配梁F2采用2HN450×200，截面特性如下：型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2HN450×200194.8267400300039.81.8采用有限元程序整体建模计算得出在工况5作用下分配梁F2的弯矩和剪力最大。分配梁F2最不利弯矩图（kN·m）分配梁F2最不利剪力图（kN）分配梁F2弯矩Mmax=418.9kN·m，剪力Qmax=373.5kN =M/W=418.9/3000×103=139.63 MPa < 170 MPa =QmaxS/Ib=373.5/(39.8×1.8)×10=52.14 MPa < 100 MPa3.6、钢管桩反力计算钢管桩采用600×8mm钢管，其截面特性如下：规格每米重量截面积惯性矩回转半径截面矩（mm)(kg/m)A(cm2)I(cm4)i(cm)W(cm3)600×8116.8 148.79 65192.0 20.9 2173.1 采用有限元程序整体建模计算得出在工况4作用下连续墩墩底反力最大为693.5kN，在工况5作用下制动墩墩底反力最大为395.2kN。连续墩墩底反力图（kN） 制动墩墩底反力图（kN）3.7、钢管桩强度及稳定性计算钢管桩截面积：A=(D2-(D-2d)2)/4=(6002-(600-2×8)2)/4=14878.6 mm2钢管桩计算长度：l=10.5m；K1=连接系惯性矩/钢管桩惯性矩=4487.1/65192.0=0.069, K2=10查表得计算长度系数：u=1.78长细比：=ul/i=1.78×10.5/20.9×100=89.4 < =130轴心受压构件稳定系数：查表得=0.718=N/A=693.5/0.718×14878.6×1000=64.92 MPa < 170 MPa4、钢管桩基础计算4.1、单桩荷载钢管桩连续墩最大轴向力：693.5kN，制动墩最大轴向力：395.2kN。实际单桩控制荷载：连续墩取700kN，制动墩取420kN。4.2、钢管桩外形尺寸钢管桩采用外径：D=600mm，壁厚d=8mm钢管桩采用内径：ds=(600-2×8)/1000=0.584 m钢管桩桩底投影面积:A=D2/4/106=0.283 m2钢管桩周长:U=D/1000=1.885 m4.3、钢管桩容许承载力计算公式钢管桩单桩容许承载力：P=(sUili+pAR)/2敞口桩侧阻挤土效应系数s钢管桩内径<6007008009001000s10.930.870.820.77s，侧阻挤土效应系数：1p，桩底端闭塞效应系数：0.8s=0.84.4、钢管桩计算a.取制动墩28#桩计算，单桩承载力为P=420kN，地面标高：11.273m，桩顶标高：17.030m土层参数表土层代码土层名称土层厚度桩侧极限摩阻力 i (kPa)桩端极限承载力R(kPa)1淤泥1.3932002淤泥质土10.576251000 3卵石层4.07016070004残积土1.1946050005强风化泥质粉砂岩4.2921604500第一层淤泥层提供的桩侧极限摩阻力：sU1l1=1×1.885×20×1.393=52.52 kN桩端极限承载力：pAR=0.8×0.283×0=0 kN桩侧实际极限摩阻力：52.52 kN第二层淤泥质土层提供的桩侧极限摩阻力：sU2l2=1×1.885×25×10.576=498.39 kN桩端极限承载力：pAR=0.8×0.283×1000=226.4 kN钢管桩底承载力：(2×420-52.52-0)/2=393.74 kN < 498.39 kN，钢管桩不会进入下一土层，桩侧实际极限摩阻力为393.74kNl=l1+l2 =1.393+393.74/sU2=1.393+393.74/1/1.885/25=9.748 m桩底标高：地面标高-入土深度=11.273-9.748=1.525 m桩长：桩顶标高-桩底标高=17.03-1.525=15.505 mb. 取连续墩68#桩计算，单桩承载力为P=700kN，地面标高：13.325m，桩顶标高：17.480m土层参数表土层代码土层名称土层厚度桩侧极限摩阻力 i (kPa)桩端极限承载力R(kPa)1淤泥1.6692002淤泥质土9.628251000 3中砂0.7283530004卵石层4.64916070005强风化泥质粉砂岩4.1781604500第一层淤泥层提供的桩侧极限摩阻力：sU1l1=1×1.885×20×1.669=62.92 kN桩端极限承载力：pAR=0.8×0.283×0=0 kN桩侧实际极限摩阻力：62.92 kN第二层淤泥质土层提供的桩侧极限摩阻力：sU2l2=1×1.885×25×9.628=453.72 kN桩端极限承载力：pAR=0.8×0.283×1000=226.4 kN钢管桩底承载力：(2×700-62.92-0)/2=668.54 kN > 453.72 kN，钢管桩进入下一土层，桩侧实际极限摩阻力为453.72kN第三层中砂层提供的桩侧极限摩阻力：sU3l3=1×1.885×35×0.728=48.03 kN桩端极限承载力：pAR=0.8×0.283×3000=679.2 kN钢管桩底承载力：(2×700-62.92-453.72-226.2)/2=328.58 kN > 48.03 kN，钢管桩进入下一土层，桩侧实际极限摩阻力为48.03kN第四层卵石层提供的桩侧极限摩阻力：sU4l4=1×1.885×160×4.649=1402.14 kN桩端极限承载力：pAR=0.8×0.283×7000=1584.8 kN钢管桩底承载力：(2×700-62.92-453.72-48.03-62.92-453.72-48.03)/2=135.33 kN < 1402.14 kN，钢管桩不会进入下一土层，桩侧实际极限摩阻力为135.33 kNl=l1+l2+l3+l4=1.669+9.628+0.728+135.33/sU4=1.669+9.628+0.728+135.33/1/1.885/160=12.474 m桩底标高：地面标高-入土深度=13.325-12.474=0.851 m桩长： 桩顶标高-桩底标高=17.48-0.851=16.629 m5、施工栈桥主栈桥整体稳定性分析栈桥整体屈曲稳定系数为7.97>5，满足要求6、变宽段分配梁计算履带吊机在变宽段上作业时，侧向最大吊重为100kN，工况组合与主栈桥相同，采用有限元程序整体建模计算。6.1、分配F3梁计算分配梁F3采用2I32b，截面特性如下：型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2I32b146.9232421452.627.12.3采用有限元程序整体建模计算得出在工况3作用下分配梁F3弯矩最大，在工况4作用下分配梁F3剪力最大。分配梁F3最不利弯矩图（kN·m）分配梁F3最不利剪力图（kN）分配梁F3弯矩Mmax=194.1kN·m，剪力Qmax=459.5kN =M/W=194.1/1452.6×103=133.62 MPa < 170MPa =QmaxS/Ib=459.5/(27.1×2.3)×10=73.72 MPa < 100MPa6.2、分配F2梁计算 分配梁F2采用2HN450×200，截面特性如下：型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2HN450×200194.8267400300039.81.8采用有限元程序整体建模计算得出在工况5作用下分配梁F2的弯矩和剪力最大。分配梁F2最不利弯矩图（kN·m）分配梁F2最不利剪力图（kN）分配梁F2弯矩Mmax=318.4kN·m，剪力Qmax=308.6kN =M/W=318.4/3000×103=106.13 MPa < 170 MPa =QmaxS/Ib=308.6/(39.8×1.8)×10=43.76 MPa < 100 MPa7、6m宽支栈桥计算7.1、砼面板计算支栈桥混凝土桥面板计算和主栈桥相同7.2、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算)支栈桥荷载按履带吊机偏载、一辆汽车作用在栈桥上，两种荷载进行分析，取对栈桥产生最不利荷载进行受力计算。荷载组合1：履带吊机偏载(竖向荷载)均布荷载(恒载)：30 kN/m均布荷载(活载)：700×0.75/4.66=112.67 kN/m荷载组合2：一辆汽车(竖向荷载)均布荷载(恒载)：30 kN/m集中荷载(活载)：120×1.3=156 kN (中、后轴轴重) 60×1.3=78 kN (前轴轴重) 建模结构为三跨连续梁进行计算，栈桥各个结构构件采用梁单元模拟，分配梁与贝雷梁主桁采用铰接，分配梁与钢管桩采用铰接；钢管桩底按铰结考虑，荷载按实际计算值加载。计算模型支栈桥贝雷梁加载工况、内力计算与主栈桥相同：在工况1作用下贝雷梁弯矩最大，在工况2作用下贝雷梁剪力最大。贝雷梁最不利弯矩图（kN·m）贝雷梁最不利剪力图（kN）贝雷梁最大弯矩Mmax=437.7 kN·m < 751 kN·m贝雷梁最大剪力Qmax=161.6 kN < 245 kNa.分配梁F4计算分配梁F4采用2I32b，截面特性如下：型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2I32b146.9232421452.627.12.3采用有限元程序整体建模计算得出在工况3作用下分配梁F4弯矩最大，在工况4作用下分配梁F4剪力最大。分配梁F4最不利弯矩图（kN·m）分配梁F4最不利剪力图(kN)分配梁F4弯矩Mmax=169.1kN·m，剪力Qmax=417.8kN =M/W=169.1/1452.6×103=116.41 MPa <170MPa=QmaxS/Ib=417.8/(27.1×2.3)×10=67.03 MPa <100Mpab.分配梁F2计算分配梁F2采用2HN450×200，截面特性如下：型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sxb(cm)2HN450×200194.8267400300039.81.8采用有限元程序整体建模计算得出在工况5作用下分配梁F2的弯矩和剪力最大。分配梁F2最不利弯矩图（kN·m）分配梁F2最不利剪力图（kN）分配梁F2弯矩Mmax=430.8kN·m，剪力Qmax=345.8kN =M/W=430.8/3000×103=143.6 MPa <170MPa=QmaxS/Ib=345.8/(39.8×1.8)×10=48.27 Mpa <100Mpa采用有限元程序整体建模检算得出在工况4作用下连续墩墩底反力最大为739.7kN，在工况5作用下制动墩墩底反力最大为362.8kN。连续墩桩底反力图(kN）制动墩桩底反力图(kN）钢管桩截面积：A=(D2-(D-2d)2)/4=(6002-(600-2×8)2)/4=14878.6 mm2钢管桩计算长度：l=10.5m；K1=连接系惯性矩/钢管桩惯性矩=4487.1/65192.0=0.069, K2=10查表得计算长度系数：u=1.78长细比：=ul/i=1.78×10.5/20.9×100=89.4 < =130轴心受压构件稳定系数：查表得=0.718=N/A=739.7/0.718×14878.6×1000=69.24 MPa < 170 MPa7.3、钢管桩基础计算钢管桩基础计算与主栈桥钢管桩计算相同7.4、支栈桥整体稳定性分析栈桥整体屈曲稳定系数为6.07>5，满足要求通过对施工栈桥各结构的验算，有以下主要结论：（1）栈桥各部分结构受力均满足要求。（2）栈桥钢管桩地基承载力满足要求。（3）栈桥整体稳定性满足要求。专心-专注-专业