栈桥设计指南最终版.docx
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栈桥设计指南最终版
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栈桥设计指南
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路桥华南工程有限公司技术研发部二OO八年二月
目
第1章第2章2.1
录
前言……1钢栈桥设计……3相关资料收集……3
2.2、栈桥结构设计……3第3章3.13.23.33.4钢栈桥结构验算……8设计荷载组合……8各类材料容许应力……15栈桥设计验算……16主要事项……23
附录：
设计实例……25㈠、工程概况……25㈡、结构设计……25㈢、计算过程中采用的部分参数……26㈣、设计技术参数及荷载的确定……26㈤、主栈桥结构设计与验算……27
栈桥设计指南
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第1章前言
1.1编制目的
近年来，随着公司承建的项目越来越多，各类临时结构工程也越来越多，设计工作量也越来越大。
为了减少设计工作量、提高设计水平、提高临时结构通用性和提高临时材料周转使用率，公司计划对一些常用临时结构，推行标准化设计。
为此，由公司技术研发部组织，将进行多项《设计指南》的编写。
《设计指南》由技术研发部编制，将作为全公司范围内各分项工程结构设计的依据和参考，用于指导项目常规施工方案的设计，促进常规方案的标准化和模块化，从而起到减少项目方案设计人员的设计强度的作用，达到提高临时材料周转使用率的目的。
栈桥作为一种施工通道，是为工程建设服务的一项大型临时结构，尤其在跨江、跨河甚至跨海大型桥梁建设中，在船只无法靠近的情况下，通过栈桥完成施工作业成为一项有效常用的工程措施。
栈桥具有规模大、载荷重、结构复杂等特点，目前我公司在建的项目，栈桥的临时工程量很大。
栈桥设计有一定的难度，尤其国内缺乏这方面的规范及参考书，为了给栈桥设计提供方便，减少困难，同时符合公司推行标准化设计的要求，特编写此指南。
在指南编写过程中还参考了近几年来我公司一些项目使用过及正在使用的各类栈桥，结合其各自的特点及其共同特征进行编写；指南编写本着通用性的原则，力求适用于各种环境、地质情况，并结合项目自身情况，对其栈桥设计进行指导。
《设计指南》的编写，是一项系统的，庞大的工程，本指南在编写中力求内容完善、实用、无误。
但由于编者经验较少、水平有限，在指南中有不足甚至错误之处在所难免，欢迎批评指正，并提出宝贵意见，将《设计指南》不断完善。
1.2适用范围
本指南适用于普通江、河、水塘、浅海区域的临时钢栈桥结构的设计及计算。
1
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1.3相关规范及参考资料
本指南编写过程中，主要参考以下规范及文件：
a、《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）；》b、《铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-05）；》c、《钢结构设计规范（GB50017-2003）；》d、《装配式公路钢桥使用手册》；e、《公路桥涵钢结构与木结构设计规范（JTJ025-86）；》f、《结构力学》；g、《路桥施工计算手册》；h、《公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）；》i、《海港水文规范（JTJ213-98）；》j、《港口工程荷载规范（JTJ215-98）；》k、《港口工程桩基规范（JTJ254-98）；》l、《内河航道与港口水文规范（JTJ214-2000）；》以及其它相关行业规范，设计图纸等资料。
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第2章钢栈桥设计
2.1相关资料收集
在展开进行钢栈桥结构设计前，需要收集以下资料：
1）、工程项目设计图纸；2）、沿线各种地形断面图，地层断面图、地质报告；3）、气象、水文资料；4）、栈桥的功能和修建栈桥的目的；5）、通过栈桥各种机械资料，主要为机械规格、外形尺寸、性能及轮压；6）、通过栈桥其他最大和最重构件尺寸、重量。
2.2、栈桥结构设计、栈桥结构设计2.2.1栈桥平面位置确定
栈桥平面位置的确定要结合主体工程施工方法进行全面分析，考虑因素有以下几点：
a、满足施工机械靠近施工现场，方便施工作业；b、确保施工通道畅通；c、尽量与钻孔平台相结合；d、尽量保证栈桥轴线与主桥轴线平行；e、栈桥布置应不影响水上通航，如需船舶配合作业，栈桥设置在上游侧；f、不能影响测量观测（桥梁轴线）；以上是栈桥平面布置确定时应注意的几个问题。
事实上各方面因素是相互矛盾的，都要照顾到比较困难，只能抓主要方面，照顾大局，使栈桥布置协调，方便施工。
2.2.2栈桥净空确定
栈桥标高主要根据当地最大洪水水位（潮位）考虑，桥下净空应根据计算水位或最高流冰水位加安全高度确定，并保证不会形成流冰、漂浮物阻塞；同时又要考虑施工便道及施工平台标高，并尽量与其保持一致，尽量避免设计纵坡。
在不通航的情况
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下，桥下净空不应小于表2－1规定。
如考虑通航情况时，还需考虑满足桥下船只正常通行。
非通航河流桥下最小净空表2－1
栈桥跨度确定应从安全、经济、搭设方便、满足通航、满足泄洪要求等方面考虑。
从安全角度考虑必须保证在桥梁设计洪水位以内的各级洪水及流冰、漂浮物等的安全通过；栈桥跨度从设计及制造的角度考虑，跨度设计种类越少越好，以减少设计及制造的工作量，且节约成本。
2.2.3栈桥跨径选择
栈桥跨径的选择的影响因素较多，目前较常用的跨径有9m、12m、15m、18m、24m及36m等不同等级，考虑因素主要如下：
⑴．通航因素影响，根据航道规划，预留通航孔；⑵．所用材料影响，一般型钢栈桥9～12m，贝雷栈桥15～18m；⑶．施工方式影响，如采用履带吊机悬臂施工方法，一般12～18m，受履带吊机起吊能力制约；⑷．受基础形式影响，如地基较差、基础投入大，一般尽量将跨径加大，设计时可对数种跨径经济性进行比较。
2.2.4栈桥结构确定
㈠、基础选择目前常用的临时栈桥基础可采用临时钢管桩基础或预应力管桩基础。
预应力管桩基础适用于陆地及浅水区施工，具有单桩承载力大，价格低廉，施工方便等优点，但基础不能周转使用，需要采用柴油锤插打，需要大型设备（如打桩船）。
如采用预应力混凝土管桩，可参考表2－2（或相关标准）进行选取。
预应力混凝土管桩力学性能表2－2－
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外径（mm）
壁厚（mm）
型号A
预应力钢筋
抗裂弯矩（KN·m）2328335263759912114416612515418221116420123927636745153561968984510031161
极限弯矩竖向承载力最大桩节理论重量（KN·m）设计值（KN）长度（m）（Kg/m）3445597710413514820025833218825432842224633243055255074396212381030139418052322890015924600015620425048001544049935504150153684343150370015327368225012249125011131
6φ7.16φ9.08φ10.710φ7.110φ9.012φ9.010φ9.010φ10.713φ10.713φ12.611φ9.011φ10.715φ10.715φ12.613φ9.013φ10.717φ10.717φ12.615φ10.715φ12.622φ12.627φ12.622φ10.722φ12.630φ12.640φ12.6
300
75
ABBA
400
95
ABBA
500
100125
ABBCA
550
100125
ABBCA
600
110130
ABBCAABBCAABBC
800
110
1000
130
水上钢栈桥基础较多采用钢管桩，钢管桩具有重量轻、施工方便、抵抗弯矩能力强，方便施工（可用振动锤插打）等特点，应用较为广泛。
钢管桩可通过焊接纵向、横向平联增加整体稳定性。
为了统一规格，提高钢管桩周转使用率，设计时应选择表2－3中所规定的标准材料。
基础材料选用表部位钢管桩可选规格（mm）GB-SPWSP630×8A（mm）15632
2
表2－3
4
Ix（mm）7.5612e+08
Wx（mm）2400392
3
单位重（kg/m）122.7
5
栈桥设计指南GB-SPWSP711×10GB-SPWSP820×10GB-SPWSP820×12GB-SPWSP1020×12GB-SPWSP1020×14GB-SPWSP1220×12GB-SPWSP1220×14GB-SPWSP273×6GB-SPWSP325×6桩间平联GB-SPWSP426×6GB-SPWSP426×8GB-SPWSP508×8GB-SPWSP610×8220112543430445379814422445517530165030601079131050012560151221.353e+092.088e+092.487e+094.828e+095.600e+098.310e+099.657e+094.888e+077.653e+071.746e+082.296e+083.929e+086.857e+08
路桥华南工程有限公司3806925509224060659499467291109801271362280515815034358113470972819935107787815468532248163172.8199.7239.0298.2347.2357.3416.239.547.262.182.498.6118.7
㈡、纵、横分配梁、承重梁及桥面系选择横分配梁、选用型钢作为分配梁，选用型钢或贝雷作为承重梁；桥面采用钢板或倒扣槽钢，钢板厚度为10～12mm，密排倒扣槽钢采用[20～[25a。
各类材料选用时，应该考虑通用性要求，如采用型钢时选用表2－4中所列材料：
栈桥上部结构材料选用表栈桥上部结构材料选用表部位可选规格（mm）A（mm）I56aI45a承重梁I36aI32aH600×200H500×200H450×175I45a分配梁I36aI32aI28aI25aH450×175135381024076446712135201142083411024076446712553748518341
2
表2－4Wx（mm）2342000143293387755669250026100001910000120000014329338775566925005082144013601200000
3
Ix（mm）6.558e+083.224e+081.580e+081.108e+087.820e+084.780e+082.710e+083.224e+081.580e+081.108e+087.115e+075.017e+072.710e+08
4
Iy（mm）1.366e+0708.550e+065.549e+064.590e+062.28e+072.14e+077.93e+068.550e+065.549e+064.590e+063.441e+062.804e+067.93e+06
4
Wy（mm）16455411400081603706154140043300308001140008160370615564104834530800
3
单位重（kg/m）106.380.460.052.7106.089.665.580.460.052.743.538.165.56
栈桥设计指南[25a面板[20δ＝10mmδ＝12mm349132833.359e+071.9143+071.759e+061.436e+06
路桥华南工程有限公司268728191370
2
6139651748
27.425.8
重量78.5Kg/m重量94.2Kg/m
2
承重梁选用贝雷桁架片时其力学性能如下表：
贝雷力学性能表贝雷力学性能表表2－5
贝雷允许内力表贝雷允许内力表
表2－6
各项目可根据项目当地条件及项目具体情况对栈桥结构及用材进行选定。
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第3章钢栈桥结构验算
3.1设计荷载组合3.13.1.1荷载分类
作用在栈桥上的计算荷载，主要分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载3类。
永久荷载：
经常作用在结构物上的力可变荷载：
出现几率较小的各种外力偶然荷载：
偶然发生的外力
3.13.1.2荷载组合
进行栈桥结构设计时，应根据结构特性，按下表所列荷载就其可能发生最不利组合情况进行计算。
栈桥计算荷载荷载分类序号1永久荷载234567可变荷载891011偶然荷载12汽车制动力风荷载流水压力冰压力船舶、漂浮物撞击力不与8、11同时参与组合不与8、10同时参与组合不与10、11同时参与组合荷载名称结构自重土侧压力静水压力及浮力车辆荷载汽车冲击力汽车引起的土侧压力人群荷载备注表3－1
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3.13.1.3荷载分析
㈠、栈桥自重荷载：
包括结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力；结构重力栈桥自重荷载：
标准值按下表所列常用材料的重力密度计算。
常用材料的重力密度表3－2
㈡、土侧压力：
分为静土侧压力和主动土侧压力两种；土侧压力：
⑴．静土压力的标准值可按下列公式计算ej=ξγhξ=1-sinφEj=
1ξγH2
2
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P20《公路桥涵设计通用规范》《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P21《公路桥涵设计通用规范》《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P21《公路桥涵设计通用规范》
2
4.2.3-1）4.2.3-2）4.2.3-3）
式中：
ej——任一高度h处的静土压力强度（KN/m）；ξ——压实土的静土压力系数；γ——土的重力密度（KN/m）；φ——土的内摩擦角（°）；h——填土顶面至任一点的高度（m）；H——填土顶面至基底高度（m）；Ej——高度H范围内单位宽度的静土压力标准值（KN/m）；
3
在计算倾覆和滑动稳定时，墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压力可按静土压力计算。
⑵．主动土压力标准值可按下式计算：
当土层特性无变化但有汽车荷载作用时，作用在桥台、挡土墙后的主动土压力标准值在β=0时可按下式计算：
9
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E=
1BμγH（H+2h）2
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P21《公路桥涵设计通用规范》（P21
4.2.3-4）4.2.3-5）
μ=
cos2（?
?
α）?
sin（?
+δ）sin（?
?
β）?
cos2α?
cos（α+δ）?
1+?
cos（α+δ）cos（α?
β）?
?
2
式中：
E——主动土压力标准值（KN）；μ——主动土压力系数；γ——土的重力密度（KN/m）；B——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度（m）；H——计算土层高度（m）；β——填土表面与水平面夹角，这里β=0；α——桥台或挡土墙背与竖直面夹角；δ——台背或墙背与填土间的摩擦角，可取δ=φ——土的内摩擦角（°）；h——汽车荷载的等代均布土层厚度（m）；
3
φ
2
；
主动土压力的着力点自计算土层底面算起，C=
HH+3h×。
3H+2h
图3－1主动土侧压力图
⑶．作用在柱上的土侧压力计算宽度可按下列规定采用：
Ⅰ、当li≤D时，作用在每根柱上的土压力计算宽度可按下式计算：
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《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P22《公路桥涵设计通用规范》
4.2.3-8）
图3－2柱的土侧压力计算宽度Ⅱ、当li＞D时，应根据柱的直径或宽度来考虑柱间空隙的折减。
《公（公路桥涵设计通用规范》P23《路桥涵设计通用规范》
4.2.3-10）
a、当土层特性有变化或受水位影响是，宜分层计算土的侧压力；b、土的重力密度和内摩擦角应根据调查或试验确定。
㈢、车辆荷载车辆荷载车辆荷载根据栈桥使用实际情况确定，如不能确定最大车辆荷载时采用表7汽车荷载进行设计；如确定通过最重车辆为6m3混凝土罐车和50T履带吊车时，考虑履带吊在栈桥作业时，按50T履带吊+最大吊重（或80t）进行设计。
⑴．车辆荷载的立面、平面尺寸见图3－3、图3－4，主要技术指标规定见表3－3。
车辆荷载主要技术指标表3－3
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车道荷载的立面、图3－3车道荷载的立面、平面尺寸
图3－4车辆荷载横向分布
a、履带—50级荷载的立面、平面尺寸见图5
履带—级荷载的立面、图3－5履带—50级荷载的立面、侧面尺寸
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⑷、冲击荷载汽车在栈桥行驶时限速最大20Km/h，避免栈桥上出现跳车现象，汽车冲击荷载可按汽车总重的10%计算，即1.1倍系数考虑。
⑸、汽车制动力汽车在栈桥行驶时限速最大20Km/h，禁止在桥上急刹车，汽车制动力可不予考虑。
⑹、风荷载、流水压力①、风荷载对于一般水上栈桥，可不予以考虑风荷载影响；对于位于台风多发地区桥梁，或海上桥梁施工栈桥，由于其迎风面积较大，设计时应予以考虑风荷载影响。
风荷载假定水平地垂直作用于各部分迎风面积的形心上，其标准值可按下式计算：
Fwh=k0k1k3WdAwhWd=
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P28《公路桥涵设计通用规范》
4.3.7-1）
γVd2
2g
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P29《公路桥涵设计通用规范》
4.3.7-2）
W0=
γV102
2g
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P29《公路桥涵设计通用规范》
4.3.7-3）
Vd=k2k5V10
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P29《公路桥涵设计通用规范》《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P29《公路桥涵设计通用规范》
4.3.7-4）4.3.7-5）
γ=0.012017e?
0.0001Z
式中：
Fwh——横桥向风荷载标准值（KN）；
W0——基本风压（KN/m2）；Wd——设计基准风压（KN/m2）；Awh——横向迎风面积（m2），按结构各部分的实际尺寸计算；V10——桥梁所在地区的设计基本风速（m/s），系按平坦空旷地面，离地面10m高，
重现期为100年10min平均最大风速计算确定；
Vd——高度Z处的设计基准风速（m/s）；
Z——距地面或水面的高度（m）；
γ——空气重力密度（KN/m3）；
k0——设计风速重现期换算系数，对于平台结构可取0.75，当桥梁位于台风多发地
区时，可根据实际情况适度提高k0值；
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k3——地形、地理条件系数，一般取1.0；k5——阵风风速系数，对A、B类地表k5＝1.38，对C、D类地表k5＝1.70。
A、B、
C、D地表类别对应的地表状况见表3－8；地表分类表3－4
k2——考虑地面粗糙度类别和剃度风的风速高度变化修正系数，按下表取用；
风速高度变化修正系数K2表3－5
k1——风载阻力系数，按下列规定确定：
式中：
B——宽度（m）；
H——高度（m）。
②、流水压力桥墩上流水压力标准值按下式计算：
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P33《公路桥涵设计通用规范》
4.3.8）
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K——桥墩形状系数，见表3－6桥墩形状系数表3－6
⑺、船舶或漂流物撞击力栈桥设计时常与平台、码头结合考虑，在靠近码头或平台部位需要设置防撞装置，如防撞桩等，栈桥本身结构可以不予以考虑船舶撞击力影响。
漂流物横桥向撞击力标准值按下式计算：
F=WVgT
《公路桥涵设计通用规范（公路桥涵设计通用规范》P37《公路桥涵设计通用规范》
4.4.2）
式中：
W——漂流物重力（kN），应根据河流中漂流物情况，按实际调查确定；
V——水流速度（m/s）；
T——撞击时间（s），应根据实际资料估计，在无实际资料时，可用1s；g——重力加速度（m/s2）。
3.2各类材料容许应力
根据《钢结构设计规范》，计算时Q235、Q345钢材的强度设计值取值如表3-9。
根据《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》，栈桥结构设计采用容许应力法，容如对临许应力值为极限应力值/1.5，Q235钢的容许应力=极限应力210/1.5=140Mpa，时性结构，采用1.3容许应力提高系数；栈桥结构采用Q235钢材的容许应力值如下：
轴向应力[σ]=140×1.3≈180Mpa；[σw]=145×1.3≈185Mpa；[τ]=85×1.3≈110Mpa。
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栈桥设计指南设计用钢材强度值钢材型号钢材序号12Q2353456Q3457835~5050~10027025015514540~6060~1001616~35200190
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