双柱12m跨6m宽临时栈桥计算书改.docx
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双柱12m跨6m宽临时栈桥计算书改
武昌晒湖路（静安路~丁字桥路）工程
钢
栈
桥
计
算
书
武昌市政工程总公司
二O一七年三月
目录
1.概述1
1.1上部结构2
1.2下部构造2
2.计算依据2
3.荷载参数3
3.1基本可变荷载3
3.2其他可变作用5
4.荷载组合与验算准则6
4.1栈桥荷载组合6
4.2栈桥验算准则7
5.结构计算7
5.1桥面系计算7
5.2主梁计算8
5.3栏杆计算14
5.4承重梁计算14
5.5桩基础计算14
1.概述
拟建栈桥位于晒湖上，栈桥为主线桥施工的辅助通道，拟建栈桥桥长约174m，桥面宽6m，依据自有材料，上部采用连续贝雷梁与型钢组合，下部结构采用钢管桩基础，根据现场的地形地貌，一侧桥台采用钢管桩基础，另一侧桥台采用混凝土桥台。
栈桥的结构形式为横向六排单层贝雷桁架，两侧桁架间距分0.9m，中间桁架间距为1.3m，标准跨径为12m。
栈桥桥面系采用定型桥面板，面系分配横梁为I22a，间距为75cm；基础采用φ529×8mm以上钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20a号槽钢连接成整体。
本栈桥主跨按连续梁设计。
栈桥设计控制荷载为12方砼罐车车辆荷载（罐车自重16T，12m³混凝土重12×2.65=31.8，共重47.8T，按50T计算），并考虑70t履带吊机墩顶起吊作业。
栈桥总体布置图如图1和图2所示。
图1栈桥立面布置图
图2栈桥横断面布置图
1.1上部结构
1.1.1跨径：
栈桥标准跨径分为12m，均按连续梁设计。
1.1.2桥宽：
栈桥桥面净宽为6m。
1.1.3主梁：
栈桥主梁贝雷梁组拼，钢桥面板栈桥横桥向布置6片，详见图2
所示。
贝雷梁钢材为16Mn，贝雷梁销轴钢材为30CrMnSi。
1.1.4支撑架：
纵向主梁之间设置支撑架；
1.1.5桥面板：
采用组合型钢桥面板。
桥面面板为8mm扁豆形花纹钢板，桥面纵梁为I12.6；桥面板尺寸为：
2.0m×6.0m，桥面分配梁为I22a。
1.1.6栈桥高程：
栈桥桥面标高为+386.475m。
1.1.7设计车速：
15km/h。
1.2下部构造
1.2.1墩顶承重梁：
均采用2I40a规格，承重梁采用6m长度。
1.2.2桩基础：
采用直径529mm以上规格钢管桩，单排墩每排2根或3根，如图3所示。
图3基础布置图
2.计算依据
1）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
2）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
3）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
5）《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金等编著）人民交通出版社。
3.荷载参数
3.1基本可变荷载
3.1.1汽车荷载：
12m³砼罐车，车轮接地面积为0.2*0.5m，见图4、图5所示。
车辆限速15km/h，不计冲击作用。
图4车辆荷载的立面、平面尺寸
图5车辆荷载横向布置
3.1.270t履带吊机，自重70t，接触面积为2—5032×760mm2。
70t履带吊机限于墩顶起吊作业。
其尺寸参数见图6所示，其负荷特性表见图7所示。
图670t履带吊机外形尺寸
图770t履带吊机负荷特性表
3.2其他可变作用
3.2.2水流力：
水流流速假定为3m/s。
水流流速取3m/s，水流力为
K—水流阻力系数，桩为圆形，取0.8；
—水容重，取10kN/m³；
V—水流速度；
—重力加速度，取9.8m/s²；
A—单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积；
水流力计算时，根据钢管自由长度、钢管面积以及水流速度按公式进行计算，在此以钢管桩自由长度为8m，入水6米，水面流速为3.0m/s,河床处流速为0m/s，按Ф630×8mm钢管桩进行计算。
单桩所受水流力为：
＝11.66KN。
FW=（0.8×10×3.02×6×0.63）÷2×9.8=
流水压力合力的作用点，假定在设计水位线以下0.3倍水深处。
4.荷载组合与验算准则
4.1栈桥荷载组合
栈桥结构设计分为栈桥施工状态、工作状态和非工作状态3种状态；如表1所示。
栈桥施工状态：
栈桥在自身施工期间，以单跨栈桥通行履带吊机以及履带吊机在前端打桩时的可能出现的最不利施工荷载组合；工作状态：
栈桥在正常使用时，车辆作用与对应状态的其他可变作用的组合；非工作状态：
在恶劣的天气状态下，栈桥上不允许通行车辆与桥梁施工作业，仅承受结构自重与对应状态的其他可变作用的组合。
栈桥各状态下的计算工况表1
设计状态
工况
荷载组合
恒载
基本可变荷载
其他可变载
工作状态
Ⅰ
结构自重
12方砼罐车车辆
工作状态下的
水流力
Ⅱ
结构自重
70t履带吊机
非工作状态
Ⅲ
结构自重
--
非工作状态下的水流力
栈桥施工状态
Ⅳ
结构自重
70t履带吊机打桩作业
工作状态下的水流力
工况Ⅰ至工况Ⅱ计算上部结构的内力与应力及下部钢管桩的竖向荷载，工况Ⅲ计算下部钢管桩的横向荷载，工况Ⅳ计算栈桥在自身施工状态下上部结构的内力与应力，同时验算下部钢管桩的竖向荷载。
工况Ⅲ中，栈桥主要承受自重、水流力，而水流力主要作用于栈桥的基础部分。
以下对各种种工况进行分析。
4.2栈桥验算准则
栈桥作为一种重要的大临设施，其设计验算准则为：
在栈桥施工状态下，栈桥应满足自身施工过程的安全，但6级风以上应停止栈桥施工；在工作状态下，栈桥应满足正常车辆通行的安全性和适用性的要求，并具有良好的安全储备；在非工作状态下，栈桥停止车辆通行与桥梁施工作业，此时栈桥应能满足整体安全性的要求，允许出现局部可修复的损坏。
5.结构计算
5.1桥面系计算
钢桥面板由面板、分配梁和小纵梁组成。
其中，面板为8mm厚花纹钢板，横梁为I22a，小纵梁为I12.6a型钢。
钢桥面板布置如图8所示，其计算模型如图8所示。
图8组合钢桥面板图（单位：
mm）
采用有限元法对钢桥面板进行应力分析，12m³砼罐车单轮轴重100kN，四轮荷载直接作用在桥面板上，轮压面积为0.2m×0.5m，接触面轮压为1000kPa。
履带压力比罐车轮压小，不予计算。
图9组合钢桥面板加载
控制荷载：
12m³砼罐车作用于钢桥面板上，可分为作用于0.795m中间段工况。
上图为12m³砼罐车在0.795m段时的加载模型图，纵横梁体系桥面板受力图如图10～图12所示。
图10横梁应力图（单位：
MPa）
图11小纵梁应力图（单位：
MPa）
图12桥面板应力图（单位：
MPa）
经计算整理，桥面板受力满足要求。
其受力如下表2所示。
各荷载工况下桥面板最大应力表表2
I22a
（MPa）
I12.6a
（MPa）
8mm厚面板（MPa）
[σ]
（MPa）
位移
（mm）
备注
48.4
60.0
20.9
170.0
6.9
5.2主梁计算
采用midas/civil2010软件，建立2×12m共两跨空间计算模型。
图13栈桥计算模型
6.1.1工况Ⅰ
工况I组合：
结构自重+12m³砼罐车车辆荷载+水流荷载
12m³砼罐车车辆荷载：
按单车道布置。
考虑12m³砼罐车布置时的最不利工况，12m³砼罐车纵桥向布置于桥栈的跨中，主要用于计算贝雷片弦杆的轴力；12m³砼罐车墩顶布置，主要用于计算贝雷片的竖杆轴力。
12m³砼罐车后轴压分别为：
，
，
其车辆荷载加载图如图14和图15所示。
图1412m³砼罐车跨中加载计算模型
图1512m³砼罐车墩顶加载计算模型
其贝雷片受力图如下图16～图18所示：
图16工况I时弦杆受力最大值（单位：
kN）
图17工况I时竖杆受力最大值（单位：
kN）
图18工况I时斜杆受力最大值（单位：
kN）
经计算整理，栈桥贝雷片结构受力如表3所示：
工况Ⅰ时贝雷片受力表表3
杆件名
材料
桥断面型式
内力值（kN）
理论容许承载值（kN）
位移值（mm）
弦杆
16Mn
][10
176.2
560
-7.9
竖杆
16Mn
I8
124.7
210
斜杆
16Mn
I8
61.9
171.5
栈桥结构受力满足要求。
此工况下，当车辆荷载作用于栈桥钢管桩桩顶时，其桩顶反力值较布置于跨中时大，通过计算得墩顶最大竖向反力值：
13.3t
6.1.2工况Ⅳ
工况Ⅳ组合：
结构自重+70t履带吊机自重及吊重+水流荷载
70t履带吊机起吊作业时，吊重设计容许值为20t。
其两侧压力为：
其加载模型图如下图所示：
图1970t履带吊机墩顶侧吊加载图（单位：
kPa）
图2070t履带吊机跨中侧吊加载图（单位：
kPa）
其贝雷片各杆件的受力图如图21～图23所示：
图21工况Ⅳ弦杆受力最大值（单位：
kN）
图22工况Ⅳ竖杆受力最大值（单位：
kN）
图23工况Ⅳ斜杆受力最大值（单位：
kN）
经计算整理，栈桥贝雷片结构受力如表4所示：
工况Ⅳ时贝雷片受力表表4
杆件名
材料
截面型式
内力值（MPa）
理论容许承载（kN）
位移值（mm）
弦杆
16Mn
][10
368.9
560
-16.6
竖杆
16Mn
I8
187.0
210
斜杆
16Mn
I8
96.6
171.5
70t履带吊跨中或墩顶作业时，栈桥主梁结构受力均满足要求。
此时，墩顶最大反力值：
48.2t。
6.1.7结论
综上所述，各工况下栈桥的竖向弹性变形与非弹性变形之和最大值为16.6mm，其变形小于L/400，满足要求。
对以上各工况下贝雷片的受力进行比较可知，70t履带吊机荷载组合为主梁控制荷载。
履带吊跨中作业时，弦杆受力最大；70t履带吊机走行墩墩顶作业时，贝雷片竖杆受力最大，斜杆受力最大。
杆件受力均满足要求。
栈桥各工况下，单桩最大轴力为48.2t.
在整体稳定性分析时，栈桥横断面按本设计布置横向支撑架时，其一阶屈曲系数为11，其整体稳定良好。
图24栈桥整体稳定分析图（单位：
MPa）
5.3栏杆计算
作用于栏杆立柱顶上的水平推力标准值为：
0.75kN/m；钢桥面板栈桥栏杆立柱间距为1.5m，故立柱最大受力为：
，栏杆立柱高为1.1m，其抗弯模量为：
，立柱应力为：
；
作用于栏杆扶手上的竖向力标准值为：
1.0kN/m。
两立柱之间最大距离为1.5m，其弯矩为：
，栏杆扶手的应力为：
上述计算表明，选取I12.6a作为栏杆立柱，直径48mm×3mm小钢管作为栏杆扶手的截面，是适合的。
5.4承重梁计算
分配梁截面为2I40a，当70T履带吊通行时，承重梁受力最大，其最大正应力为81.1MPa，对应位置分配梁最大剪应力为57.3MPa，如图25所示。
图25承重梁组合应力图（单位：
MPa）
按《钢结构设计规范》第4.1.4条计算分配梁组合应力，其组合应力
分配梁受力满足要求。
5.5桩基础计算
5.5.1桩基反力计算
A、竖向力计算
通过上述计算得知，非制动墩桩基竖向最大轴力为48.2t。
B、水平力计算（详见3.2其他可变荷载）
5.5.2钢管桩计算
最小钢管桩型号为529×7mm，钢管自由长度为8m。
图26水流力产生的弯矩
钢管桩回转半径为18.457cm
长细比：
。
按照b类截面，稳定系数：
。
钢管桩其受力满足要求。
5.5.3承载能力计算
钢管桩承载力按钢管桩入土深度最浅处，即河床高程最低处地质情况分析。
桩下的土体为：
细沙，厚度1.5m,桩周极限摩阻为50kPa；砾石，厚度为1.7m,桩周极限摩阻为140kPa；淤泥质土，厚度为2.1m,桩周极限摩阻为50kPa，粉质粘土，厚度为8.4m,桩周极限摩阻为60kPa。
根据公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）公式5.3.3-3，计算单桩长18米，最浅处入土10米，承载力为：
（不考虑桩端摩阻力）
=631.2kN
大于桩基竖向最大轴力为482kN，因此承载力满足要求。
根据竖向最大轴力482KN，钢管桩需打入粉土层2.7m方能满足承载力要求，则最短单根桩长度为8+1.5+1.7+2.1+2.7=16m。
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