贝雷架便桥设计计算书.doc

.页眉.K37+680红岩溪特大桥贝雷架便桥计算书湖南省路桥建设集团龙永高速公路第十一合同段2012年4月1日.页脚.目 录第1章 设计计算说明11.1 设计依据11.2 工程概况11.3.1 主要技术参数11.3.2 便桥结构3第2章 便桥桥面系计算42.1混凝土运输车作用下纵向分布梁计算42.1.1计算简图42.1.2.计算荷载42.1.3. 结算结果52.1.4 支点反力52.2履带吊作用下纵向分布梁计算52.2.1. 计算简图52.2.2 计算荷载62.2.3 计算结果62.2.4. 支点反力62.3分配横梁的计算72.3.1.计算简图72.3.2. 计算荷载72.3.3. 计算结果7第3章 贝雷架计算93.1 混凝土运输车作用下贝雷架计算93.1.1最不利荷载位置确定93.1.2 最不利位置贝雷架计算模型113.1.3 最不利荷载位置贝雷架计算结果113.2 履带吊作用下贝雷架计算143.1.1 最不利位置贝雷架计算模型143.1.2 最不利荷载位置贝雷架计算结果153.1.3 腹杆加强后最不利荷载位置贝雷架计算结果17第4章 横梁及钢管桩计算213.1.横梁计算213.1.1 履带吊工作状态偏心15cm213.1.2 履带吊工作状态（无偏心）223.1.3 履带吊偏心60cm走行状态233.1.4 履带吊走行状态（无偏心）243.1.5 混凝土运输车偏心130cm通过状态263.1.6 混凝土运输车无偏心通过状态273.2最不利荷载位置钢管桩计算结果283.2.1 计算荷载283.2.2 计算结果29.页眉.第1章 设计计算说明1.1 设计依据 红岩溪便桥总布置图（修改初步设计）；铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）；钢结构设计规范GB50017-2003；路桥施工计算手册；桥梁工程、结构力学、材料力学； 其他相关规范手册。1.2 工程概况K37+680红岩溪特大桥是湖南省龙山至永顺高速公路上的一座特大桥，桥位位于湖南省龙山至永顺高速公路K37+130.44K38+229.56，跨越洗车河，SW1/300=396.90 ，设计基准风速采用湖北来凤的基本风速24.5m/s，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.45s。1.3 便桥结构形式的确定便桥总长度拟定31米，共设2跨，每跨长度为15米。便桥采用（15+15）m连续梁结构，便桥桥墩采用120cm钢管桩内灌C20砼，每墩位设置2根钢管桩，墩柱间设剪刀撑。桩顶铺设1cm厚钢板后安装2I50c作为横梁，梁部采用6榀贝雷架，间距250+450+4300+450+250mm，贝雷梁为下承重受力设计，下弦杆上横向安装2I32c横梁，横梁位于贝雷架竖杆及节点位置，间距150cm，横梁上铺设2I20b纵梁，间距80cm，纵梁上铺设16b槽钢，槽向向下，间距40cm，在槽钢上铺设10mm厚钢板桥面，桥面钢板上焊制12mm短钢筋作为防滑设施。（1）、桥台桥台基础采用C20片石砼扩大基础，台身采用M10浆砌片石重力式桥台，台帽采用C25钢筋砼台帽。桥台基础高90cm，基础顶标高与河床LW一致，根据设计图纸提供水文资料，桥台基础顶标高H=393.00m，台身高5.35m，台帽高0.5m，台帽上设置15cm高支座。详情见所附图纸。（2）、桥墩桥墩基础采用C25片石砼双层整体式扩大基础，墩身为两根120cm钢管桩，内灌注C20砼，墩顶铺设1cm厚钢板。桥墩基础高1.5m（60cm+90cm），基础底标高保证在河床底以下不小于0.5米，墩身高度H=5.5m（包含1cm钢板在内），墩身顶横向架设2根50C工字钢作为盖梁。详情见所附图纸。1.4 便桥计算何载的确定桥面荷载按以下情况考虑：与一般施工车辆荷载比较混凝土运输车的轴重和轴距都非常不利，所以便桥使用中最重车辆9m3的混凝土运输车作为计算荷载。1台9m3的混凝土运输车车辆荷载的立面及平面如下（参考车型：海诺集团生产HNJ5253GJB(9m3)）：荷载平面图荷载立面图P1=6TP2=P3=17T合计：40T第2章 便桥上部构造计算桥面系计算主要包括桥梁上部构造横向分布梁16b、纵向分配梁I20b及横向分配梁I32c的计算。根据上表描述的工况，分别对其计算，以下为计算过程。2.1 混凝土运输车作用下纵向分布梁计算2.1.1 计算简图纵向分布梁支撑在横向分配梁上，按5跨连续梁考虑，计算简图如下：弯矩最不利位置剪力、支点反力最不利位置2.1.2.计算荷载计算荷载按三种荷载组合分别计算。计算荷载：计算荷载为9m3混凝土运输车，前轴重由8根槽钢承担，每根槽钢承担P1=60000/8=7500N，后轴重同样也由8根槽钢承担，每根槽钢承担P2=170000/8=21250N2.1.3. 结算结果按上述图示与荷载，计算纵向分布梁结果如下：Mmax=3.1049KN*mQmax=20.797KN16b的截面几何特性为：I=85.3cm4 W=17.5cm3A=25.1cm2 A0=10*（65-8.5*2）*2=960mm2 max= Mmax /W=3.1049·106/17.5·103=179.5N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=20.797·103/960=21.2N/ mm2<85 N/ mm22.1.4 支点反力R1=68.3N;R2=76.3N;R3=20930N;R4=2988N;R5=5945N;R6=-527.5N结论：在9m3混凝土运输车作用下，纵向分布梁采用16b，间距19cm可满足施工要求！2.2 履带吊作用下纵向分布梁计算2.2.1. 计算简图履带吊荷载半跨布置时，为最不利荷载，其计算简图如下：2.2.2 计算荷载单个履带板宽度为700mm，按由4根槽钢承担考虑，履带吊按吊重25t，并考虑1.3的冲击系数与不均载系数，荷载q=（55+15）*1.3*10000/2/4500/4=25.3N/mm2.2.3 计算结果按上述荷载与图示，计算结果为：Mmax=1.539KN*mQmax=11.61KN16b的截面几何特性为：I=85.3cm4 W=17.5cm3A=25.1cm2 A0=10*（65-8.5*2）*2=960mm2 max= Mmax /W=1.539·106/17.5·103=87.9N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=11.61·103/960=12.1N/ mm2<85 N/ mm22.2.4. 支点反力R1=406.3N;R2=-2012N;R3=12782N;R4=21328N;R5=19169N;R6=7281N结论：在55t履带吊吊重25t作用下，纵向分布梁采用16b，间距19cm可满足施工要求！2.3 分配横梁的计算2.3.1.计算简图分配横梁按支撑于贝雷架的连续梁计算，荷载由纵向分布梁传递，其计算简图如下：2.3.2. 计算荷载分配横梁的荷载由纵向分布梁传递，由计算结果可知，最不利荷载为履带吊作用时的荷载，P=24363N。2.3.3. 计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=25.941KN*mQmax=97.669KNI20b的截面几何特性为：I=2500cm4 W=250cm3A=39.5cm2 A0=9*（200-11.4*2）=1595mm2 max= Mmax /W=25.941·106/250·103=103.8N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=97.669·103/1595=61.2N/ mm2<85 N/ mm2 支点反力R1=-74.688KN R2=142.47KN R3=-3.76KN R4=132.44KN结论：在最不利荷载作用下，分配横梁采用I20b，间距705*3+885mm可满足施工要求！.页脚.第3章 贝雷架计算贝雷架按12+12+9m为一联计算，采用平面杆系结构建模，上下弦杆及竖杆使用梁单元BEAM3模拟，斜腹杆使用杆单元LINK1模拟，两片桁架片之间铰接，贝雷架的荷载由分配横梁传递，为模拟移动荷载从而找出不利位置，建模时考虑与分配横梁与纵向分布梁整体建立。3.1 混凝土运输车作用下贝雷架计算3.1.1最不利荷载位置确定（1）计算模型模型按12+12+9m连续梁建模，简图如下：移动荷载计算建模简图（2）计算荷载 由分配横梁计算结果得到，P1=43231N，P2=P3=20930N。（3）结算结果 由计算结果得到，车头距梁端7.95米时，距梁端6.65米位置为上下弦杆最不利截面，车头距梁端12.95米时为端腹杆最不利位置，下图为截面的位移影响线图。距梁端6.65米截面位移影响线图距梁端11.91米截面位移影响线图3.1.2 最不利位置贝雷架计算模型（1）计算模型模型仍然按15+15m连续梁建模，荷载按上述最不利荷载位置施加，简图如下：上下弦杆最不利荷载位置计算简图腹杆最不利荷载位置计算简图（2）荷载为分配横梁反力，其值与移动荷载时相同P1=43231N,P2=P3=20930N。3.1.3 最不利荷载位置贝雷架计算结果1、上弦杆计算 Mmax=5.35KN*m 对应轴力N=343.9KNQmax=49.642KNNmax=-343.9KN210的截面几何特性为：Ix=2*198=396cm4 Wx=2*39.7=79.4cm3 ix=3.95cmA=2*12.7=25.4cm2 A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2 (1)强度计算：max= N/A+Mmax /W=343.9*1000/2540+5.35·106/79.4·103=202.8N/ mm2<210*1.3=273Mpamax= Qmax /A0=49.642·103/879.8=56.5N/ mm2<85 N/ mm2(2)稳定计算：L=705mm，ix=39.5mm，=705/39.5=18，查x=0.976x=1.0 x=1.05 Ncr=16252507max=N/(x*A)+xMmax /（x*Wx）/(1-0.8*(N/Ncr)=204.2N/ mm2<210*1.3=273Mpa2、下弦杆计算 Mmax=7.29KN*m 对应轴力N=-191.76KNQmax=67.525KNNmax=344.12KN210的截面几何特性为：Ix=2*198=396cm4 Wx=2*39.7=79.4cm3 ix=3.95cmA=2*12.7=25.4cm2 A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2 (1)强度计算：max= N/A+Mmax /W=191.76*1000/2540+7.29·106/79.4·103=167.3N/ mm2<210*1.3=273Mpamax= Qmax /A0=67.525·103/879.8=76.8N/ mm2<85 N/ mm2(2)稳定计算：L=705mm，ix=39.5mm，=705/39.5=18，查x=0.976x=1.0 x=1.05 Ncr=16252507max=N/(x*A)+xMmax /（x*Wx）/(1-0.8*(N/Ncr)=168.9N/ mm2<210*1.3=273Mpa3、腹杆计算Nmax=-213.82KNI8的截面几何特性为：Ix=99cm4 Wx=25.8cm3 ix=3.21cmA=9.58cm2 (1)强度计算：max= N/A =213.82*1000/958=223.2N/ mm2<200*1.3=260Mpa (2)稳定计算(平面外稳定因有支撑架，可以不计算稳定)：L=1400mm，ix=32.1mm， x=1400/32.1=43.6，查y=0.885max= N/（x*A ）=213.82*1000/（0.885*958）=252.2N/ mm2<200*1.3=260Mpa结论：在混凝土运输车荷载作用下，贝雷架各杆件强度满足要求。3.2 履带吊作用下贝雷架计算3.1.1 最不利位置贝雷架计算模型（1）计算模型模型按12+12+9m连续梁建模，荷载按上述最不利荷载位置施加，简图如下：上下弦杆最不利荷载位置计算简图腹杆最不利荷载位置计算简图（2）最大工况荷载为履带吊插打钢护筒，履带吊自重55t，钢护筒自重及配件等按15t考虑，并考虑冲击系数与不均载系数1.3，跨中荷载分配比例（全偏载）为0.408：0.173：0.168：0.251，梁端荷载分配系数（距一侧30cm）为0.508：0：0：0.492跨中布载时最不利的贝雷架分配到的荷载为： q=（55+15）*1.3*10000/4500*0.408=82.51N/mm。梁端布载时最不利的贝雷架分配到的荷载为： q=（55+15）*1.3*10000/4500*0.508=102.73N/mm。3.1.2 最不利荷载位置贝雷架计算结果1、上弦杆计算 Mmax=6.399KN*m 对应轴力N=193.03KNQmax=71.2KNNmax=-523.24KN210的截面几何特性为：Ix=2*198=396cm4 Wx=2*39.7=79.4cm3 ix=3.95cmA=2*12.7=25.4cm2 A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2 (1)强度计算：wmax= N/A+Mmax /W=193.03*1000/2540+6.399·106/79.4·103=156.6N/ mm2<210*1.3=273Mpamax= N/A=523.24*1000/2540=206N/ mm2<200*1.3=260Mpamax= Qmax /A0=71.2·103/879.8=80.9N/ mm2<160 N/ mm2(2)稳定计算：L=705mm，ix=39.5mm，=705/39.5=18，查x=0.976x=1.0 x=1.05 Ncr=16252507max=N/(x*A)+xMmax /（x*Wx）/(1-0.8*(N/Ncr)=155N/ mm2<210*1.3=273Mpa2、下弦杆计算 Mmax=10.718KN*m 对应轴力N=-272.7KNQmax=119.1KNNmax=523.36KN210的截面几何特性为：Ix=2*198=396cm4 Wx=2*39.7=79.4cm3 ix=3.95cmA=2*12.7=25.4cm2 A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2 (1)强度计算：max= N/A+Mmax /W=272.7*1000/2540+10.718·106/79.4·103=242.3N/ mm2<210*1.3=273Mpamax= Qmax /A0=119.1·103/879.8=135.3N/ mm2<160 N/ mm2(2)稳定计算：L=705mm，ix=39.5mm，=705/39.5=18，查x=0.976x=1.0 x=1.05 Ncr=16252507max=N/(x*A)+xMmax /（x*Wx）/(1-0.8*(N/Ncr)=240.2N/ mm2<210*1.3=273Mpa3、腹杆计算Nmax=-242.32KNI8的截面几何特性为：Ix=99cm4 Wx=25.8cm3 ix=3.21cmA=9.58cm2 (1)强度计算：max= N/A =242.32*1000/958=252.9N/ mm2<200*1.3=260Mpa (2)稳定计算(平面外稳定因有支撑架，可以不计算稳定)：L=1400mm，ix=32.1mm， x=1400/32.1=43.6，查y=0.885max= N/（x*A ）=242.32*1000/（0.885*958）=285.8N/ mm2>200*1.3=260Mpa 端腹杆强度不能满足要求，需对端腹杆加强，加强方式为在工字钢横梁上设置支撑杆，支撑杆支撑到上弦杆位置，减小对端腹杆的压力。3.1.3 腹杆加强后最不利荷载位置贝雷架计算结果 1、腹杆加强示意图2、上弦杆计算 Mmax=6.522KN*m 对应轴力N=189.65KNQmax=72.461KNNmax=-520.87KN210的截面几何特性为：Ix=2*198=396cm4 Wx=2*39.7=79.4cm3 ix=3.95cmA=2*12.7=25.4cm2 A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2 (1)强度计算：wmax= N/A+Mmax /W=189.65*1000/2540+6.522·106/79.4·103=156.8N/ mm2<210*1.3=273Mpamax= N/A=523.24*1000/2540=206N/ mm2<200*1.3=260Mpamax= Qmax /A0=72.46·103/879.8=82.3N/ mm2<160 N/ mm2(2)稳定计算：L=705mm，ix=39.5mm，=705/39.5=18，查x=0.976x=1.0 x=1.05 Ncr=16252507max=N/(x*A)+xMmax /（x*Wx）/(1-0.8*(N/Ncr)=158.3N/ mm2<210*1.3=273Mpa3、下弦杆计算 Mmax=11.041KN*m 对应轴力N=-273.2KNQmax=122.69KNNmax=521KN210的截面几何特性为：Ix=2*198=396cm4 Wx=2*39.7=79.4cm3 ix=3.95cmA=2*12.7=25.4cm2 A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2 (1)强度计算：max= N/A+Mmax /W=273.2*1000/2540+11.041·106/79.4·103=246.6N/ mm2<210*1.3=273Mpamax= Qmax /A0=122.69·103/879.8=139.5N/ mm2<160 N/ mm2(2)稳定计算：L=705mm，ix=39.5mm，=705/39.5=18，查x=0.976x=1.0 x=1.05 Ncr=16252507max=N/(x*A)+xMmax /（x*Wx）/(1-0.8*(N/Ncr)=243.2N/ mm2<210*1.3=273Mpa4、腹杆计算Nmax=-158.67KNI8的截面几何特性为：Ix=99cm4 Wx=25.8cm3 ix=3.21cmA=9.58cm2 (1)强度计算：max= N/A =158.67*1000/958=165.6N/ mm2<200*1.3=260Mpa (2)稳定计算(平面外稳定因有支撑架，可以不计算稳定)：L=1400mm，ix=32.1mm， x=1400/32.1=43.6，查y=0.885max= N/（x*A ）=158.67*1000/（0.885*958）=187.1N/ mm2<200*1.3=260Mpa 端腹杆强度不能满足要求，需对端腹杆加强，加强方式为在工字钢横梁上设置支撑杆，支撑杆支撑到上弦杆位置，减小对端腹杆的压力。结论：在履带吊荷载作用下，贝雷架端部加强后，强度满足要求。第4章 横梁及钢管桩计算3.1.横梁计算3.1.1 履带吊工作状态偏心15cm1、计算简图 2、 计算荷载 计算荷载考虑55t履带吊重15t工作状态下，冲击系数与不均载系数按1.3采用，q=（55+15）*1.3*10000/2/700=650N/mm3、计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=86.63KN*mQmax=434KN2I32b的截面几何特性为：I=11620*2=23240cm4 W=726*2=1452cm3A=73.4*2=146.8cm2 A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2 max= Mmax /W=86.63·106/1452·103=59.7N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=434·103/6670=65.1N/ mm2<85 N/ mm2 4、支点反力 R1=453.78KN R2=191.35KN R3=385.53KN结论：履带吊在偏心15cm工作状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！3.1.2 履带吊工作状态（无偏心）1、计算简图 2、 计算荷载 计算荷载取用偏心时计算荷载，q=（55+15）*1.3*10000/2/700=650N/mm3、计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=79.76KN*mQmax=399.63KN2I32b的截面几何特性为：I=11620*2=23240cm4 W=726*2=1452cm3A=73.4*2=146.8cm2 A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2 max= Mmax /W=79.76·106/1452·103=55N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=399.63·103/6670=59.9N/ mm2<85 N/ mm2 4、支点反力 R1=419.41KN R2=191.84KN R3=419.41KN结论：履带吊在无偏心工作状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！3.1.3 履带吊偏心60cm走行状态1、计算简图 2、 计算荷载 计算荷载考虑55t履带吊走行状态下，冲击系数按1.2采用，q=55*1.2*10000/2/700=471.4N/mm3、计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=140.19KN*mQmax=317.45KN2I32b的截面几何特性为：I=11620*2=23240cm4 W=726*2=1452cm3A=73.4*2=146.8cm2 A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2 max= Mmax /W=140.19·106/1452·103=96.5N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=317.45·103/6670=47.6N/ mm2<85 N/ mm2 4、支点反力 R1=337.22KN R2=304.16KN R3=139.24KN结论：履带吊在偏心60cm走行状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！3.1.4 履带吊走行状态（无偏心）1、计算简图 2、 计算荷载 计算荷载取用偏心时计算荷载，q=55*1.2*10000/2/700=471.4N/mm 3、计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=127.71KN*mQmax=202.58KN2I32b的截面几何特性为：I=11620*2=23240cm4 W=726*2=1452cm3A=73.4*2=146.8cm2 A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2 max= Mmax /W=127.71·106/1452·103=88N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=202.58·103/6670=30.3N/ mm2<85 N/ mm2 4、支点反力 R1=222.36KN R2=335.9KN R3=222.36KN结论：履带吊在无偏心走行状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！3.1.5 混凝土运输车偏心130cm通过状态1、计算简图 2、 计算荷载 计算荷载考虑40t混凝土运输车通过状态，安全的考虑该荷载由一个墩位承担，P=40*10000/2=200000N3、计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=59.2KN*mQmax=283.52KN2I32b的截面几何特性为：I=11620*2=23240cm4 W=726*2=1452cm3A=73.4*2=146.8cm2 A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2 max= Mmax /W=52.2·106/1452·103=36N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=283.52·103/6670=42.5N/ mm2<85 N/ mm2 4、支点反力 R1=303.3KN R2=174.1KN R3=43.3KN结论：混凝土运输车在偏心130cm通过状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！3.1.6 混凝土运输车无偏心通过状态1、计算简图 2、 计算荷载 计算荷载取用偏心时计算荷载，P=40*10000/2=200000N 3、计算结果按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：Mmax=108.13KN*mQmax=194.2KN2I32b的截面几何特性为：I=11620*2=23240cm4 W=726*2=1452cm3A=73.4*2=146.8cm2 A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2 max= Mmax /W=108.13·106/1452·103=74.5N/ mm2<145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=194.2·103/6670=29.1N/ mm2<85 N/ mm2 4、支点反力 R1=124.91KN R2=270.85KN R3=124.91KN结论：履带吊在无偏心走行状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！3.2最不利荷载位置钢管桩计算结果3.2.1 计算荷载计算荷载取用横梁计算得到的支点反力，见下表：钢管桩各工况支点反力表序号工 况支点反力（KN)备注R1R2R3155t履带吊无偏心走行状态222.36335.9222.36255t履带吊偏心60cm走行状态337.22304.16139.24355t履带吊无偏心工作状态419.41191.84419.41455t履带吊偏心15cm工作状态453.78191.35385.53550t混凝土运输车无偏心通过状态124.91270.85124.91650t混凝土运输车偏心130cm通过状态303.3174.143.37最 大 值453.78335.9419.413.2.2 计算结果1、钢管桩承载能力计算每墩位设置3根钢管桩，单桩最大竖向荷载为448KN。钢平台钢管桩采用直径629mm,壁厚10mm的钢管桩。根据图纸地质资料，河床为中粗砂和卵石，钢便桥的钢管桩穿过覆盖层座于基岩上，图纸给出千枚岩承载力为500Kpa，覆盖层的桩周摩阻力未有数据，查相关资料，暂按55Kpa考虑。钢管桩承载力Nd=（C*L*f+*A）/2式中：P钢管桩承载力 C钢管桩周长，C=1.97米 L钢管桩入土深度，按不小于4米考虑。 f覆盖层桩周摩阻力，按55Kpa考虑 桩端基岩承载力，桩端大部分未接触基岩，取500Kpa A钢管桩截面积，A=31057.8mm2， 计算P=（1.97*4*60+31057/1000000*500）/2=448KN>226.89KN结论：钢管桩采用3根直径629mm，壁厚10mm的钢管桩满足要求。