排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书

'排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书计算：复核：审核：湖南中大设计院有限公司 2011年2月 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书目录1设计说明21.1设计依据及设计范围21.2采用设计规范21.3主要技术标准31.4主要设计原则及设计技术参数31.4.1主桥结构型式31.4.2桥梁设计荷载42计算模型43主要计算结果53.1纵向分配梁内力计算53.2横向分配梁内力计算73.3主桁架支反力计算93.4主梁（贝雷梁）轴向应力验算103.4.1上弦杆轴向应力验算103.4.2下弦杆轴向应力验算113.4.3竖杆轴向应力验算113.5主梁刚度验算123.6主梁联结系验算133.712M跨桩顶分配梁内力计算143.7.1分配梁抗弯验算143.7.2分配梁抗剪验算143.8钢栈桥伸缩缝长度计算154下部结构计算154.1钢管桩入土深度的确定154.2单桩承载力验算154.3钢管桩的压杆稳定计算174 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书1设计说明1.1设计依据及设计范围本设计用于排生巴拉河钢栈桥的施工，为跨越巴拉河而设。由于栈桥是为建造长沙至昆明客运专线玉屏至昆明段排生巴拉河大桥而架设，故地质情况套用排生巴拉河大桥工程地质资料。新建栈桥位于排生巴拉河大桥上游侧，栈桥设计荷载为800KN设计时速为5km/h,按照双线布置；栈桥主梁用贝雷梁，主梁下弦标高为613.00m。栈桥共两联，全长204.05m,标准跨跨度为12m,桥面宽7m,中间设两处会车道，桥面标高615.00m；栈桥桩基石采用直径1000mm壁厚12mmi勺钢管桩。3#-17#墩单个桥墩由4根钢管桩组成，桩顶设分配梁，分配梁下设桩间联结系以抵御横向水平力。在17#钢管桩顶端需设置挡块防止梁的纵向位移。栈桥桩单桩设计竖向承载力1000KN栈桥桩施工过程中，应采取桩尖高程和贯入度双控的措施，以保证栈桥的承载力。桩基贯入强风化板岩层深度不小于3m,并且施工时应根据承载力计算公式进行承载力检算。各板桁架下的墩顶分配梁两侧设置挡块，防止桁架横向滑移。贝雷梁桁架在墩顶支座处应对腹杆加强以抵抗支座反力。栈桥成桥后应定期检测各墩顶处的沉降量，墩顶沉降量不应大于8mm应定期对栈桥各构件的工作状况进行检查，发现问题及时处治。1.2采用设计规范1、《钢结构设计规范》GB50017-20032、《软土地区工程地质勘察规范》JGJ83-913、《铁路桥涵地基与基础设计规范》TB10002.5-20054、《公路桥涵钢结构木结构设计规范》JTJ025-865、《港口工程桩基规范》JTJ254-986、《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2-20057、《铁路钢桥制造规范》TB10212-20094 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书1.1主要技术标准1、设计行车速度：5km/h;2.设计荷载标准：800KN3.车道宽度：宽度按3.5m计；4.地震基本烈度：地震动峰值加速度小于或等于0.05g1.4主要设计原则及设计技术参数1.4.1主桥结构型式栈桥主梁采用贝雷梁，具体断面布置图如下所示，在分配梁上布置六片贝雷梁，间距为0.9m。会车道分配梁上布置8片贝雷梁，间距0.9m。为了防止贝雷梁发生侧移，各根桁架下的墩顶分配梁两侧需设置挡块，同时在贝雷梁下需架设20x20x8cmt胶支座，使受力更加均匀，以免贝雷梁和分配量之间发生点接触。栈桥断面布置图如下所示：图1栈桥断面布置图横向上各贝雷梁之间由联结系联结，联结系结构图如下所示:F愣泣瞰4 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图2主梁联结系结构图1.4.1桥梁设计荷载1.恒载(1)结构自重；按《钢结构设计规范》GB50017-2003采用。(2)二期恒载；包括桥面板、纵向分配梁、横向分配梁、栏杆、各种管线等附属设施重量。2.活载(1)10m3的碎罐车空载15t重，满载40t重；(2)三一重工履带吊80t重，最大单件重20t;(3)人群荷载：3KN/m2;(4)动载系数取1.2。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，并考虑满载碎罐车和空载碎罐车错车。2计算模型主桥整体计算按空间模型进行结构分析，采用midascivil建立空间梁单元模型，结构离散见下图所示。整个模型共建立4842个单元，，节点2103个。4 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图2主梁联结系结构图1.4.2桥梁设计荷载1.恒载(1)结构自重；按《钢结构设计规范》GB50017-2003采用。(2)二期恒载；包括桥面板、纵向分配梁、横向分配梁、栏杆、各种管线等附属设施重量。2.活载(1)lOn?的碎罐车空载15t重，满载40t重；(2)三一重工履带吊80t重，最大单件重20t;(3)人群荷载：3KN/m2;(4)动载系数取1.2。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，并考虑满载碎罐车和空载碎罐车错车。2计算模型主桥整体计算按空间模型进行结构分析，采用midascivil建立空间梁单元5 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书模型，结构离散见下图所示。整个模型共建立4842个单元，，节点2103个。5 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书满载碎罐车作用下纵向分配梁弯矩图如下图所示:1.中修…打143苫”。加IdRmw+OH.1.旧2?.*即FQfc或ZXH14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图5满载碎罐车作用下纵向分配梁弯矩图从图中得出弯矩的最大值在跨中位置，Mmax18.1KN?m(2)工况二：履带吊80t重，最大单件吊20t重，合计100t。按单边履带均布荷载计算，履带压地长度为6ml宽度为76cmi因此分配到两片纵梁上。如图6所示：-TF--T1-71T-11--1-1-T150cm7图6履带吊车作用下纵向分配梁受力图计算得：q11001011/61.250KN/m；2履带吊车作用下纵向分配梁弯矩图如下图所示:14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图7履带吊车作用下纵向分配梁弯矩图从图中得出弯矩的最大值在跨中位置，Mmax16.9KN?m(3)抗弯验算:由上述两种工况计算得知：Mmax18.1KN?m,查《路桥施工计算手册》附表3-31得知：I16的Wx140.9cm3max18.1KN?m3140.9cm128.5MPa215MPa,因此满足抗弯要求。14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书(4)抗剪验算:由上述两种工况计算得知：Qmaxiql37.5KN，查《路桥施工计算手册》14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书附表3-31得知：I16的A26.11cm2QmaxA37.5KN26.11cm214.36MPa125MPa,因此满足抗剪要求。14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书3.2横向分配梁内力计算(1)恒载计算:包载包括10mnS防滑钢板、I16纵向分配梁的重量和125a横向分配梁的重2(1.5m1.0m78.6kg/m2量，间距L=1.5m。计算过程如下:41.020.50kg/m1.538.08kg/m)/1.5m14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书1.714KN/m14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书1212人-■八,八M跨中一qL—1.7141.50.49KN?m88如图8所示：14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图8自重作用下横向分配梁弯矩图(2)工况一：恒载+活载(40t碎罐车)按罐车轴重分布得知后轮最大荷载为：P240KN1.296KN1八八MmaxM跨中一PL0.49KN?m36.49KN?m4(3)工况二：恒载+活载(80t履带吊+20t吊重)80t履带吊轮压，加上20t吊重(按集中荷载简支梁计算)：11P—100t10—1.2100KN261八八MmaxM跨中—PL0.49KN?m37.99KN?m4(4)抗弯验算：由上述两种工况计算得知：Mmax37.99KN?m,查《路桥施工计算手册》附表3-31得知：I25a的Wx401.4cm314排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书max37.99KN?m_3401.4cm94.64MPa215MPa,因此满足抗弯要求。14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书(5)抗剪验算：由上述两种工况计算得知：Qmax50KN,查《路桥施工计算手册》附表3-31得知：125a的A48.51cm2QmaxA50KN__,248.51cm10.31MPa125MPa,因此满足抗剪要求。3.3主桁架支反力计算卜表中列出了各单项及组合下各支座支承反力值:表1支座内力表(半桥)墩号自重(KN车道柿载(取大)(KN车道柿载(最小)(KN)车辆柿载(取大)(KN)车辆柿载(最小)(KN)履带车(取大)(KN)履带车(最小)(KN组合值(KN)0#30.36691.88-46.88588.41-37.74759.41-75.78789.771#78.35914.49-69.98926.45-68.731021.74-109.231100.102#68.69888.38-94.05889.64-73.21989.67-141.091058.363#70.55890.92-83.54888.31-68.22992.05-128.791062.604#70.13890.23-83.93888.26-68.06991.25-129.221061.375#70.55890.92-83.54888.31-68.22992.05-128.791062.606#68.69888.38-94.05889.64-73.21989.68-141.091058.377#78.35914.50-69.99926.47-68.741021.75-109.241100.108#30.36691.21-46.78588.57-37.82758.78-75.47789.15合计566.047660.91-672.757474.07-563.958516.37-1038.689082.41说明：(1)表中反力均按支座单元的局部坐标系输出。(2)内力方向正负号规定见《梁单元局部坐标系中内力或应力正负号的约定》(即：单元i端内力与单元局部坐标系同向为正)14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书Localsiom&nti-axis/AxialFonw好TorqueShearjMoment(Local6lerr«?nt2,艮区sLocalewr^nty电，居AaaIFfircaShfiAlTr梁堂总局第里除展中内力（或威力1。色号眄凶大Tofqufl"r__Mormfir,£hgi图9支座单元局部坐标系中内力正负号的约定3.3主梁（贝雷梁）轴向应力验算根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，对于受压或受拉并在一个主平14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书面内受弯曲的钢梁，应满足公式A，其中为钢材的容许应力。Q34514排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书钢材的轴向受压基本容许应力取值为200MPa,在主力组合下容许应力的提高系14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书数为1.0。3.3.1上弦杆轴向应力验算选取最不利的上弦杆进行分析,由计算结果知道，最不利的位置为第一跨跨14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书中附近和1#支点位置。上弦杆内力图如下所示:14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图10上弦杆轴向应力图（半桥）由上图得到，第一跨跨中处上弦杆的最大压应力为97.3MPa,1#支点处的最大拉应力为51.6MP33.3.1下弦杆轴向应力验算选取最不利的下弦杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为第一跨跨中附近和1#支点位置。下弦杆内力图如下所示:图11下弦杆轴向应力图（半桥）由上图得到，第一跨跨中处下弦杆的最大拉应力为98.6MPa,1#支点处的最大压应力为53.7MP33.3.2竖杆轴向应力验算选取最不利的竖杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为1#支点位置。竖杆内力图如下所示：14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图12竖杆轴向应力图由上图得到，在1#支座上方的斜竖杆最大压应力为249.8MPq斜竖杆的最大拉应力也达到了158.9MPa由计算数据可以得到，上弦杆最大压应力为97.3MPa<=200MPa,出现在第一跨跨中附近，最大拉应力为53.7MPa<=200MPa,出现在1#支座的上方；下弦杆最大拉应力为98.6MPa<=200MPa,出现在第一跨跨中附近，最大压应力为53.7MPa<=200MPa,出现在1#支座的上方；竖杆最大压应力为249.8MPa>=200MPa,出现在1#支点上方竖杆旁边，最大拉应力为53.7MPa<=200MPa,出现在1#支座的上方竖杆的旁边。由于支座上方斜向竖杆的应力不满足《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》中16Mn钢材最大轴向应力为200MPa勺规定，因此需要加强。3.3主梁刚度验算(1)结构重力挠度如下图所示:图13主桁架结构重力挠度图14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书(2)静活载挠度如下图所示:图14主桁架活载挠度图主梁竖向挠度值如下表所示：表2主梁竖向位移表A跨第二跨第三跨第四跨第五跨第六跨第七跨静活载竖向位移11.0639.7289.7609.7489.7489.7629.730挠跨比1/10851/12341/12301/12311/12311/12301/1234由表2可见，本桥主跨在静活载作用下产生的最大竖向位移为11.063mm挠跨比为1/1085,满足《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》第1.1.5条小于L/800的规定要求(L为计算跨度)。3.3主梁联结系验算选取最不利的主梁联结系进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为1#支点位置。主梁联结系内力图如下所示:14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书14排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图15主梁联结系应力图14 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书由上图得到，主梁联结系的最大压应力为114.7MPa<=200MPa,最大拉应力为25.7MPa<=200MPa,均满足规范要求。3.312M跨桩顶分配梁内力计算3.3.1分配梁抗弯验算荷载作用下桩顶分配梁的弯矩图如下所示:三二三三一三2三三支4事工—TB4.IL18排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书18排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书图16桩顶分配梁弯矩图由上图可知：Mmax46.7KN?m,通过midas的截面特性计算器算的截面抵抗矩Wx964.6cm3Mmax46.7KN?m一-_3~964.6cm48.5MPa215MPa,因此满足抗弯要求18排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书18排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书3.3.2分配梁抗剪验算荷载作用下桩顶分配梁的剪力图如下所示:18 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书由上述两种工况计算得知：Qmax48.4KN,计算分配梁的横截面积如下:一一一一一一2A600.122400.12224.00cmQmaxA48.4KN24.00cm220.17MPa125MPa,因此满足抗剪要求。3.3钢栈桥伸缩缝长度计算钢栈桥全长204m分两联，分别为：102m+102m根据《路桥施工计算手册》附表3-19钢材的物理性能P413页查出：钢材的线膨胀系数1.2105。_______5__LTL40C102m1.2100.04896m因此钢栈桥伸缩缝长度设置为5cm,桥台处伸缩缝设置为6cm!4下部结构计算4.1钢管桩入土深度的确定本设计中要求每根钢管桩的竖向承载力不小于1000KN现场地质覆盖层为卵石土，卵石土厚度为2〜6m,卵石土下为强风化板岩，卵石土的平均侧摩阻力值取90KPa,端阻力值取500KPa,钢管桩所需最小入土深度X值为：1.0m90X1.0m0.0125001000KN计算得出：X>3.48mi即最小入土深度为3.48m。在本设计中要求钢管桩透过卵石土层，贯入强风化板岩深度不小于3m,满足设计要求。4.2单桩承载力验算桩顶荷载一般包括轴向力、横向力和力矩。其中，轴向力一般为压力，但有时也可能出现轴向拉力（即受拔）。相应地，单桩承载力包括轴向受压、轴向受拉和横向承载力。对竖向桩，轴向和横向分别为竖向和水平向，故上述三种承载力又称为竖向受压、竖向受拉和水平承载力，本项目计算桩顶荷载包括轴向力、横向力和力矩，所以要验算单桩的承载力。18 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书在轴向荷载作用下，无论受压还是受拉，桩丧失承载能力一般表现为两种形式：其一，桩周土的阻力不足，发生急剧而量大的轴向位移（沉降或拔开），或者位移虽不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；其二，桩自身的强度不够，被压坏或拉坏。所以，桩的轴向承载力应分别根据桩周土的阻力和桩身强度确定，采用其中较小者。一般来讲，轴向受压时摩擦桩的承载力决定与桩周土的阻力，支承于岩层上的端承桩承载力则往往是桩身强度起控制作用。在横向作用下，桩的破坏同样可表现为桩周土的抗力或桩身强度不足。止匕外，当长期或经常承受横向力或拔力时，对建筑桩基还需限制桩身的裂缝开展宽度，甚至不允许出现裂缝，视坏境条件而定。在这种情况下除桩身强度外，还应进行抗裂计算。E娜图18钢管桩示意图■■5叁=1J如果卵石土覆盖层厚度02m时，由上述结果得知钢管桩贯入强风化板岩3m满足要求。由于钢管桩被河床岩石、砂封实，钢管桩桩顶加载后钢管桩壁与填充物不会发生相对错动，钢管桩容许承载力按实心桩体计算。在《路桥施工计算手册》的P392查的公式如下：[P]0.5UiliiA式中:[P]--单桩轴向受压承载力容许值，桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑;u一桩身周长，对于本桩UD3.14m；li一桩尖入各强风化板岩层厚度，对于本桩ii=4mi—各土层与桩壁的极限摩阻力，对于本桩i170KPa；r一桩尖处强板岩的地基承载力，对于本桩r350KPa;18 排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书i一振动沉桩对各土层的影响系数，查表知本桩i=1.0;一振动沉桩对桩底承载力的影响系数，查表知本桩=1.0;A--桩端截面面积，对于扩底桩，取扩底桩截面面积，对于本桩：2/D12A0.785m;44计算过程如下：[P]0.5U山iAr0.51.041701.00.7853501205KN121t根据激振力P>容许承载力[P]减去钢管桩和振动锤自重G=20T!行选择振动锤型号。激振力公式：P>[P]-G=121T-20T=101工因此，根据DZ150A1振动锤的激振力最大为1025KN满足插打要求。4.3钢管桩的压杆稳定计算钢管桩按一端固定、一端钱接计算：钢管桩的自由长度：L612.65571.8m40.85m计算长度：Lo0.8L32.68m(D2d2)(10002122)回转半径：i--250mm44长细比：豆丝68130.7i0.25经查《路桥施工计算手册》P790页得出：竖向弯曲系数小为：0.38小1000*10mmS管桩截面积：A(50024882)37247mm2根据《路桥施工计算手册》表12-2结构构件总稳定计算公式P413页中的轴心受压公式：(T=N/A&小[6]得出:N1000KN2A37247mm26.9MPa0.38215MPa81.7MPa18排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书18排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书满足受压构件压杆稳定的要求18'