贝雷梁钢栈桥设计计算书.docx
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贝雷梁钢栈桥设计计算书
1、工程概况
本栈桥工程为广西北海金滩14K㎡场地施工用辅助通道。
设计宽度8米,设计长度1755.6米,跨径采用15米。
2、结构验算
2.1验算依据
(1)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2015)
(2)《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)
(3)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)
(4)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)
(5)《公路桥涵钢结构设计规范》(GB50017-2003)
(6)《建筑桩基技术规程》(JGJ94-2008)
(7)《钢管桩施工技术规程》(YBJ233-1991)
(8)《桥梁施工图设计文件》
(9)《广西北海金滩14K㎡场地岩土勘察报告》
2.2荷载参数作用于栈桥的荷载分为恒荷载及可变荷载。
恒荷载主要为栈桥结构自重,可变验算荷载为设计荷载:
55t渣土运输车。
2.2.1恒载由计算程序自动考虑。
2.2.2可变荷载
(1)55吨渣土运输车
渣土运输车共3轴,其具体尺寸如下图,前轮着地面积为0.3×0.2m,后轮着地面积为0.6×0.2m。
单轮最大设计荷载为5.5t。
55吨渣运输车轴距布置图(单位:
mm)
2.3荷载工况
按最不利的原则考虑以下控制工况:
(1)验算控制工况
考虑栈桥实际情况,单跨长度为15m,同一跨内最多布置两辆重车,贝雷梁、桥面系验算控制工况为:
工况1:
结构自重+55t渣土运输车荷载+55t渣土运输车荷载,55t渣土运输车移动荷载作用于标准贝雷梁段;
工况2:
结构自重+55t渣土运输车荷载+55t渣土运输车荷载,55t渣土运输车移动荷载作用于通航口加强弦杆贝雷梁段;
2.4结构材料
1、钢弹性模量E=2.1×105mpa;剪切模量G=0.81×105mpa;密度ρ=7850Kg/m;线膨胀系数α=1.2×10-5;泊松比μ=0.3;抗拉、抗压和抗弯强度设计值fd=190MPa;抗剪强度设计值fvd=110MPa;
2、贝雷梁中各杆件理论容许应力:
抗拉、抗压和抗弯强度设计值fd=200MPa;抗剪强度设计值fvd=120MPa。
采用空间有限元分析软件Midas/civli2015建立整体空间有限元计模型,对栈桥结构受力情况进行分析。
15m跨径标准型贝雷片计算模型
21m跨径通航口加强弦杆贝雷片计算模型
内力(或应力)方向及正负号的约定
2.6工况1主要计算结论
两辆满载55t渣土运输车同时行驶在同跨桥面上,采用两个车道面,每个车道面一辆满载渣土运输车。
车道荷载面定义
2.6.1桥面板10mm钢板验算采用有限元板单元模拟桥面钢板,经有限元分析,桥面板最大组合应力为
21.9MPa,小于规范允许值140MPa,满足规范要求
桥面板应力图(最大应力21.9MPa)
2.6.2横向分配梁I22a验算
通过截面应力计算和组合,桥面横向分配梁I22最大组合应力为43.8MPa,
小于规范允许值140MPa,满足规范要求;最大剪应力为11.3MPa,小于规范允许
值85MPa,满足规范要求
桥面横向分配梁I22组合应力图
桥面横向分配梁I22剪应力图
2.6.3贝雷片验算
依据贝雷梁使用手册,贝雷梁16Mn钢中各杆件理论容许应力:
200Mpa,剪应力为120Mpa。
通过空间有限元分析,贝雷梁应力如下图所示,其最大内力:
(1)各杆件最大组合应力为195.4Mpa,小于容许应力(200Mpa),满足要
求。
(2)各杆件最大剪应力为110Mpa,小于容许应力(120Mpa),满足要求
贝雷片最大剪应力图(110Mpa)
2.6.4承重横梁2I45a验算
1、通过截面应力计算和组合,承重横梁2I45a最大组合应力为62.3MPa,小于规范允许值140MPa,满足规范要求。
2、承重横梁2I45a最大剪应力为22.9MPa,小于规范允许值85MPa,满足规范要求。
承重横梁2I45a最大组合应力图(62.3Mpa)
承重横梁2I45a最大剪应力图(22.9Mpa)
2.6.5钢管立柱(φ630×12mm验)算钢管桩的最大反力为403.9kN。
2.6.6
钢管立柱支座反力图
取受力最大钢管分析,钢管截面特性:
A=23286mm2,回转半径:
i=219mm
依据规范,轴心受压杆件的稳定系数=0.845
钢管强度:
σ=403900/23286=17.34Mpa,满足规范要求
钢管立柱稳定性计算:
σ=403900/(0.845*23286)=20.52Mpa,满足规范要求。
2.6.7支架变形验算
贝雷梁支架最大变形:
15.8mm<15000/400=30mm。
栈桥变形图(mm)
2.7工况2主要计算结论
2.7.1桥面板10mm钢板验算采用有限元板单元模拟桥面钢板,经有限元分析,桥面板最大组合应力为
26.6MPa,小于规范允许值140MPa,满足规范要求。
桥面板应力图(最大应力26.6MPa)
2.7.2桥面横向分配梁I22验算
通过截面应力计算和组合,桥面横向分配梁I20最大组合应力为32.3MPa,小于规范允许值140MPa,满足规范要求;最大剪应力为7.8MPa,小于规范允许值85MPa,满足规范要求。
2.7.3贝雷片验算依据贝雷梁使用手册,贝雷梁16Mn钢中各杆件理论容许应力:
200Mpa,剪
应力为120Mpa。
通过空间有限元分析,贝雷梁应力如下图所示,其最大内力:
(1)各杆件最大组合应力为167.4Mpa,小于容许应力(200Mpa),满足要求。
(2)各杆件最大剪应力为120.5Mpa,小于容许应力(120Mpa),满足要求。
(3)
贝雷片最大剪应力图
贝雷片最大组合应力图
2.7.4承重横梁2I45a验算
通过截面应力计算和组合,承重横梁2I45a最大组合应力为65.9MPa,小于规范允许值140MPa,满足规范要求;最大剪应力为29.1MPa,小于规范允许值85MPa,满足规范要求。
承重横梁2I45a组合应力图
承重横梁2I45a剪应力图
2.7.5承重纵梁2I45a验算
通过截面应力计算和组合,承重横梁2I45a最大组合应力为65.9MPa,小于规范允许值140MPa,满足规范要求;最大剪应力为29.1MPa,小于规范允许值85MPa,满足规范要求。
承重纵梁2I45a组合应力图
承重纵梁2I45a剪应力图
2.7.6钢管立柱(φ630×12mm验)算
钢管桩的最大反力为265.8kN
取受力最大钢管分析,钢管截面特性:
A=23286mm2,回转半径:
i=219mm
长细比:
1500068.5<200
219
依据规范,轴心受压杆件的稳定系数=0.845
钢管强度:
σ=265800/23286=11.4Mpa,满足规范要求。
钢管立柱稳定性计算:
σ=265800/(0.845*23286)=13.5Mpa,满足规范要求。
2.7.8支架变形验算
贝雷梁支架最大变形:
9.9mm<21000/400=52mm。
2.8单根钢管桩最大入土深度验算
由2.6.5计算所得钢管桩的最大反力为403.9kN。
根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.3.7条:
Quk=U∑qsikLi+λpqpkAp
式中:
Quk—单桩竖向极限承载力标准值(kN);安全系数取2,Quk=808KNU—桩身截面周长(m),(本处钢管桩外径周长:
1.978)m;qsik—单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值(kPa);
Li—桩身穿过第i层土的长度(m);
λp—桩端土塞效应系数;取0.8qpk—单桩极限桩端阻力标准值(kPa);Ap—桩身截面面积,Φ630×12mm钢管桩A=265.8cm2;
序号
土层名称
桩周摩阻力
(kPa)
桩端承载力
(kpa)
土层厚度
Li(m)
qsikLi
1
中细砂
30
/
0
0
2
(中)粗砂
50
/
2.8
140
3
含砾粗砂
70
/
0.7
49
4
粉质粘土
50
/
1.7
84
5
砂砾
90
1500
X
上表选取的最不利地勘点用以验算单桩最大入土深度。
由1.978×(140+49+84+Lx×90)+0.8×1500×0.02658>808kN
计算得:
Lx>1.33m,即钢管桩打入河床面以下2.8m+0.7m+1.7m+1.3m=6.5m,
钢管桩入土深度不小于6.5m。
3、结论与建议
3.1结论
通过对施工方案进行多工况计算复核,可得出结论具体以下:
(1)本栈桥桥面板、桥面横向分配梁I22、贝雷片、承重横梁2I45a、钢管
桩等各构件强度、稳定性均满足规范要求,具有一定的安全储备。
(2)本栈桥刚度满足规范要求,具有一定的安全储备。
(3)本栈桥稳定性验算满足要求,具有一定的安全储备。
综上所述,本栈桥方案结构受力、稳定性能满足目前使用要求,且具有一定
的安全储备