钢栈桥结构计算书.doc

钢栈桥结构计算书一、基本情况1、钢栈桥结构简介钢栈桥设置在墩位上游，栈桥加宽部分下游侧外缘距离主墩承台边2.5m；东岸钢栈桥从70号墩延伸至72号墩，总长330.2m，西岸钢栈桥从74号墩延伸至73号墩，总长108m；栈桥标准段宽度4.5m，加宽段宽度8.5m，栈桥跨径15m，栈桥岸侧60m设4%纵坡，平坡部分栈桥顶面标高为7.168m，与主墩钻孔平台等高。栈桥主要由钢管桩、贝雷梁和型钢分配梁组成。自下而上依次为800×8mm钢管桩，入土深度不小于15m，入中密中砂层35m；I45b下横梁，长为5.5m；纵梁选用“321”军用贝雷梁2组、每组2片；I25a横向分配梁，布置间距1.5m，长度为4.5m；I12.6纵向分配梁，布置间距30cm；10桥面钢板满铺。图1 钢栈桥标准段构造图2、水文、地质施工水位：H=2.634m；最大流量：Q1%=8580m3/s；最高水位：H1%=3.864m；最大流速：V1%=1.36m/s；钢管桩穿过第一层淤泥质黏土，进入中密中砂层，进入两种土层的深度见表1，查相关规范取淤泥质黏土的桩周摩阻系数为20kpa，中密中砂的桩周摩阻系数为55kpa。二、计算依据1榕江特大桥桥型整体布置图2榕江特大桥设计说明3榕江特大桥7173号主墩桩基施工组织设计4铁路桥涵设计基本规范 （TB 10002.12005）5铁路桥涵地基和基础设计规范 （TB 10002.52005）6桥涵（公路施工手册）7铁路桥涵施工规范 （TB 102032002）8钢结构设计规范 （GB 50017-2003）三、计算参数取值1、钢材密度取7.85t/m3，钢材弹性模量E=2.1x105Mpa，泊松比取0.3。2、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215Mpa，抗剪强度设计值fv=125Mpa；Q345钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=310Mpa，抗剪强度设计值fv=180Mpa；321贝雷片允许弯矩M0=975KN.m，允许剪力N0=245KN。3、主要计算构件的截面特性表1 主要计算构件截面特性表构件截面积A(cm2)惯性矩Ix (cm4)截面模量Wx(cm3)回转半径r(cm)钢管桩201156009390027.862I45b222.8675183000I25a48.515017401.4I12.618.148877.4贝雷桁片2505003340四、计算内容1、321贝雷梁：最不利工况下贝雷梁强度计算。2、I12.6纵梁：最不利工况下的强度计算。3、I25a分配梁：最不利工况下的强度计算。4、桥面钢板：最不利工况下的强度计算。5、2I45b下横梁：最不利工况下的强度计算。6、钢管桩：单根钢管桩在水流作用下的稳定计算，钢管桩受轴向力的强度和稳定性计算，承载能力验算。五、荷载计算1、上部结构恒重（4.5米宽计算） 10钢板：4.5×1×0.01×7.85×10=3.53KN/m I12.6纵向分配梁:2.13KN/m I25a横向分配梁:1.14KN/m 贝雷梁:4.00 KN/m I45b下横梁:9.62KN/根2、活荷载 30t砼车 履带吊50t:自重50t+吊重20t 施工荷载及人群荷载：4KN/m2考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距不小于15米，即一跨内同方向最多只布置一辆重车。六、结构计算1、贝雷梁计算贝雷梁计算跨径取15m简支。1.1弯矩M:1） 300KN砼车（一辆）（按汽车20级重车）布置在跨中时：Mmax1=921kN.m2）500KN履带吊（一辆）布置在跨中时：履带-50履带接触地面长度为4.7m，在吊重200KN的情况下，近似按集中荷载计算，P=500+200=700.0KNMmax2=1/4×(500+200)×15=2625.0kN.m3）施工荷载及人群荷载Mmax3=1/8×18.0×152=506.3kN.m4）恒载Mmax4=1/8×10.8×152=303.8kN.m1.1 剪力Q:1）300KN 砼车行驶临近支点时：Qmax1=120+120×13.6÷15+60×9.6÷15=267.2KN2）500KN 履带吊车行驶临近支点时：Qmax2=700×12.65/15=590kN（3）施工荷载及人群荷载：Qmax3=0.5×4×4.5×15=135KN（4）恒载内力：Qmax4=10.8×15/2=81kN1.3 荷载组合：贝雷梁上最大内力为50t履带吊与恒载组合：履带吊在吊重200KN的情况下不考虑桥面施工荷载和人群荷载。Mmax=1.3×(2625+303.8)=3807.44kN.mM=975×4kN.m=3900KN.mQmax=1.3×(590+81)=872.3kNQ=245×4=980 kN两片一组，共两组贝雷梁在最不利工况下，结构强度满足要求。2、I12.6纵梁计算分配梁计算跨径取1.5m简支。2.1、30t砼车单边车轮布置在跨中时弯距最大：Mmax1=1/4×60×1.5=22.5KN.m单边车轮布置在临近支点时剪力最大：Qmax1=60KN2.2、履带-65 Mmax2=1/8×（147/2）×1.52=20.7KN.mQmax2=1/2×（147/2）×1.5KN.m=55.1KN无论履带吊还是砼罐车作用在I12.6上按两根计算，面板和自重忽略不计。Wx=77.4×2154.8cm3 A=2×18.1=36.2 cm2=Mmax/Wx=22.5/154.8×103=145.3MPa<=215MpaQmax/A=60/36.2×10=16.6MPa<=125MpaI12.6布置间距为300mm，能满足受力要求。3、I25a横向分配梁计算3.1、30t砼车时砼罐车半边车轮布置在I25a横向分配梁的跨中情况为最不利，不考虑I12.6的分布作用，计算跨径2.55m。Mmax1=1/4×60×2.55=38.25kN.m砼罐车半边车轮布置在靠近支点时剪力最大：Qmax1=60kN3.2、履带-50履带50的履带接地宽度760mm，履带吊布置在I25a跨中时由四根I25a横向分配梁承受；布置在临近支点时考虑四根I25a横向分配梁承受。履带50的自重500KN和吊重200KN作用时考虑每个履带支点承受1/2荷载，即350KN。每根I25a受力如下：Mmax2=（1/4×350×2.55）/4=55.8kN.mQmax2=350/4=87.5kN3.3、恒载 q=(3.53+2.13+1.14)×1.5/4.5=2.3KN/mM=1/8×2.3×2.552=1.9KN.mQ=2.3×2.55/2=2.9KN3.4、施工荷载和人群荷载q=4×1.5=6KN/mM=1/8×6×2.552=4.9KN.mQ=6×2.55/2=7.7KN3.5、荷载组合：贝雷梁上最大内力为履带吊与恒载组合：则=M/W=(55.8+1.9)×103/401.4=143.7MPa<=215MpaQmax/A=(87.5+2.9)/48.51×10=18.6MPa<=125Mpa I25a布置间距为1.5m，能满足受力要求。4、桥面钢板计算取1米宽板条,按单向板计算,当荷载为30t砼车时为最不利。跨中弯矩 MOP=1/8×100×(0.3-0.074)2=0.64 KN.m有效分布宽度a=0.3m最大弯矩为M=MOP/a=0.64/0.3=2.1 KN.mW=bh2/6=100×12/6=16.7cm3=M/W=2.1×103/16.7=126MPa<=215Mpa10mm厚桥面钢板能满足受力要求。5、2I45b下横梁计算履带50作用在下横梁正上方时，下横梁受力最大，此时恒载考虑作用在最边上的两组桁架上，再传递给下横梁及钢管桩上。计算跨径4.0m，两个集中力对称作用在距离支点0.5m位置。Pmax=（10.8×15+700）/2=431kNMmax=0.5×431=215.5kN.mWx=3000cm3=Mmax/Wx=215.5×103/3000=71.8MPa<=215MPa2I45b下横梁能满足受力要求。6、钢管桩计算6.1 单根钢管桩在水流作用下的稳定1） 单根钢管桩的水阻力 Fw = KA（rv2/2g） (KN) 式中： r 水的容重（KN/m3）,取r=10(KN/m3) v 设计流速（m/s），取1.36 （m/s） A 钢管桩阻水面积（m2） g 重力加速度, g = 9.81（m/s2） K形状系数，圆形结构物，取K=0.8。则：单根钢管桩最大水阻：Fw1=12.2KN2） 单根钢管桩的位移和内力由于地基为弹性地基，需按m法计算弹性地基的变形情况。土中基础变形系数：= b1=0.9k(1.5d+0.5)=0.9×1×(1.5×0.8+0.5)=1.53mEI=（2.1×108）×（156009×10-8）=327609KN查规范，m偏安全取3000KN/m4利用“桥梁博士”软件进行计算，结果如下：河床面位置最大位移4.5mm，转角0.0022弧度最大弯矩：178.1KN.m最大应力=178.1×1000/3900=46MPa=215 MPa，满足要求。6.2 钢管桩承载能力验算钢管桩打入深度平均按16m计算；钢管桩桩端承载力作为安全储备不计入承载力的计算，则，钢管桩承载能力容许值按以下公式计算：Ra=1/2* u * a (L*q)式中，Ra单桩轴向受压承载力容许值（KN）； u钢管桩周边长度（m）； L钢管桩的入土深度（m）； q土单位面积的动摩阻力（KPa）； a桩侧摩阻力影响系数，锤击桩取1.0；则单桩承载力容许值：Ra1 =0.5×0.8×3.14×1.0×(20×12.48+55×3.52）=557KN计算钢管桩承受的最大荷载为440KN，单根钢管桩自重为50KN，则单根钢管桩最大轴向荷载为490KN容许承载力557KN，满足要求。6.3 钢管桩强度计算钢管桩最大轴向力为490KN。整体受压强度钢管桩截面面积： A =201cm2则 压应力 =490×10/201=24MPa=215 MPa，满足要求。6.4 钢管桩受压整体稳定计算钢管桩长细比=L/rL取钢管桩顶至钢管桩在土中的有效嵌固深度位置的长度。钢管桩顶标高取为+5.23m，床面标高最底为-7.3m，有效嵌固深度值为：2（d+1）=2×（0.8+1）=3.6m则L=5.23+7.3+3.6=16.13m=1613cm于是=1613/27.86=57.9按下式计算整体稳定性：N/(A)f其中N为钢管桩所受激振力； A为钢管桩截面面积； 为轴心受力构件的稳定系数，查表知 =0.769f为钢材的抗压强度设计值，取f=215 MPa则N/(A)=490x10/（0.769×201）=32 MPa <f，满足要求。七、计算结论以上计算结果表明， 钢栈桥在搭设过程和正常使用过程中各结构的强度和稳定性均满足设计和规范要求，各构件材料和加工应符合相关规范和验收标准的要求；使用过程中应严格按单跨只布置一台重车的要求执行，同时注意设置禁航标志和灯光，经常观测河床冲刷情况，确保施工安全。 2008年11月3日