栈桥复核计算书1031.docx

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栈桥复核计算书1031

1.工程概况1

2.计算复核依据3

3.计算荷载及工况组合3

3.1基本计算参数3

3.2计算荷载3

3.3荷载组合5

4.栈桥上部结构复核5

4.1桥面板复核5

4.1.1面板强度复核5

4.1.2面板刚度复核6

4.2桥面板纵肋板复核6

4.2.1纵肋强度复核6

4.2.1纵肋刚度复核8

4.3横向分配梁复核8

4.3.1横向分配梁强度复核8

4.2.1横向分配梁刚度复核10

4.4贝雷复核10

4.4.1贝雷布置10

4.4.2横向分布系数计算10

4.4.3计算模型12

4.4.4复核计算结果13

4.5桩顶I45横梁复核16

4.6错车平台复核17

4.6.1错车平台布置17

4.6.2横向分配梁验算17

4.6.3贝雷验算18

5.基础承载力验算21

5.1钢管桩受力计算21

5.2钢管桩承载能力验算21

5.3钢管桩强度计算22

5.4钢管桩受压整体稳定计算22

6.复核意见22

1.工程概况

神定河栈桥全长243.4m，共有3联，桥跨布置为〔12+（15+3）×3+15〕+〔（15+3）×2+15+15+12〕+12×7，在栈桥中间设置36米长的错车平台。

标准桥宽：

5.0m，加宽段8.5m。

栈桥上部结构主分配梁为6排贝雷梁，贝雷梁之间采用花架交叉连接。

次分配梁采用I25a，以60cm间距布置，固定于贝雷梁上部。

次分配梁上部布置I12.6做为面板纵肋，间距20cm。

采用δ12mm厚花纹钢板做为面板，面板与纵肋焊接固定，增强整体稳定性。

基础采用φ820mm×10mm钢管桩桩基墩柱，每排墩布置2根，间距3.5m，加宽段每排墩布置3根，间距3.5m。

钢管间设I25a横联，并设置[20槽钢交叉斜撑。

桩顶横梁为2I45b的工字钢。

图1-1神定河栈桥总体布置图

图1-2神定河栈桥标准断面图

图1-3神定河栈桥错车平台断面图

2.计算复核依据

1、《装配式公路钢桥多用途使用手册》；

2、《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004；

3、《钢结构设计规范》GBJ1750017-2003；

4、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86；

5、《路桥施工计算手册》；

6、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007；

7、《土木工程施工机械实用手册》；

8、其他设计文件。

3.计算荷载及工况组合

3.1基本计算参数

（1）材料强度设计值：

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003第3.4.1条规定及《路桥施工计算手册》，各材料的强度设计值如下所示：

Q235材料

轴向应力

（

）：

182；

弯曲应力

（

）：

205；

剪切应力

（

）：

120。

Q345材料

轴向应力

（

）：

260；

弯曲应力

（

）：

295；

剪切应力

（

）：

170。

（2）材料弹性模量：

钢材的弹性模量E=206×103MPa。

3.2计算荷载

栈桥计算采用手算和计算机电算相结合的方式，电算程序采用SAP2000和MidasCivil2006专业结构设计软件。

根据《公路桥涵设计通用规范》，计算中考虑的各种荷载如下：

（1）钢材自重

钢材自重按78.5kN/m3计算，按每个截面的实际尺寸计算。

（2）车辆荷载

按照70t散装水泥罐车或50t履带吊+20t吊重考虑，一跨内同方向最多只布置一辆重车，不考虑满载散装水泥罐车和空载散装水泥罐车错车。

图3-170t散装水泥罐车构造图（载重轴轴载为280kN,前轮为140kN）

图3-250t履带吊构造图

（3）施工人员及机具荷载

栈桥比较窄，车辆行走时可忽略人员及施工机具的影响。

3.3荷载组合

（1）钢结构自重，分项系数1.1；

（2）汽车荷载，分项系数1.4；

因此荷载组合：

1.1×钢材自重＋1.4×车辆荷载。

4.栈桥上部结构复核

4.1桥面板复核

桥面板采用1.2cm花纹钢板，底部按照20cm间距布置I12.6做为面板纵肋。

4.1.1面板强度复核

当荷载为70t散装水泥罐车作用于桥面板时为最不利，取单位厘米宽度板条按简支梁计算。

计算跨径为：

20-7.4=12.6cm；

弹性模量：

E=206×105N/cm2；

单位宽度板条横截面积：

A=1.2×1=1.2cm2；

截面惯性矩：

I=1.2×1.2×1.2×1/12=0.14cm4；

抗弯模量：

W=1.2×1.2×1/6=0.24cm3；

单位厘米宽度板条上的线荷载标准值

q1=0.0785×1.2=0.094N/cm

轮胎接地面积为30cm×20cm，单个轮载作用于单位板条上的线荷载标准值

q2=70×103/30/20×1=116.67N/cm。

荷载组合为：

1.1×钢材自重荷载+1.4×车辆荷载

自重荷载产生的弯矩值：

M1=0.094×12.6×12.6/8=1.87N.cm

车辆荷载产生的弯矩值：

M2=116.67×12.6×12.6/8=2315.32N.cm

组合弯矩值：

M=1.1×M1+1.4×M2=3243.5N.cm

故弯应力：

σ=M/W=3243.5/0.24=13514.58N/cm2=135.15MPa＜[σ]=205Mpa，满足设计要求。

自重荷载产生的剪力值：

Q1=0.094×12.6/2=0.59N

车辆荷载产生的剪力值：

Q2=116.67×12.6/2=735.02N

组合剪力值：

Q=1.1×Q1+1.4×Q2=1029.68N

故剪应力：

τ=Q/A=1029.68/1.2=858.06N/cm2=8.58MPa＜[σ]=120Mpa，满足设计要求。

4.1.2面板刚度复核

=5×116.67×12.64/（384×206×105×0.14）

=1327.6×10-5cm=0.133mm＜126/400=0.315mm，满足设计要求。

4.2桥面板纵肋板复核

面板纵肋I12.6，横桥向按20cm间距布置，底部横向分配梁纵桥向每隔0.6m布置一道。

罐车后轮双轮胎着地宽度0.6m，履带宽度0.76m，共有3根I12.6承受荷载，罐车前轮着地宽度0.3m，只有一根I12.6承受荷载，因单个轮的荷载均为70kN，因此取单根纵肋分析计算。

4.2.1纵肋强度复核

计算跨径为：

0.6m跨径的单跨简支梁或者8跨连续梁；

弹性模量：

E=206×103MPa；

横截面积：

A=1.8×10-3m2；

截面惯性矩：

I=4.88×10-6m4,I/S=11；

抗弯模量：

W=7.746×10-5m3；

恒载标准值：

q1=14.21×10/1000+78.5×0.012×0.6=0.71kN/m

70t罐车单侧前轮轮载：

70kN，荷载由1根纵肋承受。

50t履带吊单侧履带荷载：

q2=700/2/4.76=74.5kN/m

荷载组合为：

1.1×钢材自重荷载+1.4×车辆荷载

自重荷载产生的弯矩值（按简支梁简化计算）：

M1=0.71×0.6×0.6/8=0.03kN.m

汽车荷载产生的弯矩值：

图4.2-170t散装水泥罐车前轮加载简图

M汽=70×0.6/4=10.5kN.m

图4.2-250t履带吊加载简图

图4.2-350t履带吊加载计算弯矩图

由上图计算结果可知：

M汽=10.5kN.m＞M履=2.32kN.m，取M汽组合。

组合弯矩值：

M=1.1×M1+1.4×M2=14.74kN.m

故弯应力：

σ=M/W=14.74/7.746×10-5=190.29MPa＜[σ]=205Mpa，满足设计要求。

自重荷载产生的剪力值（中支点剪力）：

Q1=0.71×0.6=0.43kN

车辆荷载产生的剪力值：

罐车一个轮在支点Q汽=70kN

履带吊中支点剪力Q履=74.5×0.6/3=14.9kN

Q汽＞Q履,取Q汽=70kN参与荷载组合。

组合剪力值：

Q=1.1×Q1+1.4×Q2=98.47kN

故剪应力：

τ=98.47/（11×0.84×10-4）=106.57MPa＜[σ]=120Mpa，满足设计要求。

4.2.1纵肋刚度复核

图4.2-470t散装水泥罐车作用下纵肋变形图

图4.2-550t履带吊作用下纵肋变形图

由上图变形结果可知，最大变形值f=0.69mm＜600/400=1.5mm，满足设计要求。

4.3横向分配梁复核

I25分配梁长5.5m支撑在贝雷顶面，沿纵桥向每隔0.6m布置一道。

4.3.1横向分配梁强度复核

1）、恒载

将纵桥向0.6m长度的桥面板和I12.6纵向分配梁转换成横桥向每延米的荷载集度：

q1=78.5×0.012×0.6+5×14.21×0.6×10/1000=0.99kN/m

单根I25工字钢每延米自重为0.38kN/m，

则q=0.99+0.38=1.37kN/m

弯矩M=1.37×0.6×0.6/8=0.06KN.m

剪力按2跨连续梁考虑，Q=1.37×1.75=2.4KN

2）70t散装水泥罐车

当散装水泥罐车后轴一组轮子作用在I25a横向分配梁跨中位置时最不利，计算简图如下：

图4.3-170t散装水泥罐车后轴加载简图

图4.3-270t散装水泥罐车后轴计算弯矩图

弯矩计算结果如上图所示：

Mmax1=42.70kN.m

散装水泥罐车半边车轮布置在靠近支点时剪力最大：

Qmax1=140kN

3）履带-50（自重500KN加上吊重200KN）

履带吊的履带接地宽度0.76m，长度为4.7m，宽3.5m。

图4.3-350t履带吊加载简图

支点间距为3.5m，不受弯矩。

Mmax2=0kN.m

履带吊布置在支点时承受1/2荷载，即350KN。

考虑8根I25工字钢承受。

Qmax2=350/8=43.75kN

4）荷载组合：

由以上计算结果可知，70t散装水泥罐车和恒载组合工况最不利。

组合弯矩值：

M=1.1×M1+1.4×M2=59.85kN.m

故弯应力：

σ=M/W=59.85×103/402×10-6=148.88MPa＜[σ]=205Mpa，满足设计要求。

组合剪力值：

Q=1.1×Q1+1.4×Q2=198.64kN

故剪应力：

τ=Q/A=198.64×1000/（21.7×1.3×10-4）=70.41MPa＜[σ]=120Mpa，满足设计要求。

4.3.2横向分配梁刚度复核

图4.3-4横向分配梁变形图

由上图变形结果可知，最大变形值f=1.14mm＜1750/400=4.375mm，满足设计要求。

4.4贝雷复核

4.4.1贝雷布置

栈桥标准断面宽5m，横桥向布置3组合计6排贝雷，组间距为1.75m，组内两排贝雷间距0.45m。

错车平台宽8.5m，布置4组合计8排贝雷，间距为3.5+1.75+1.75m。

贝雷支撑在I45横梁上，具体布置如图1-1、1-2、1-3所示。

4.4.2横向分布系数计算

B/L=5/15=0.33＜0.5，属于窄桥，故采用偏心压力法计算跨中横向分布系数。

在支点位置采用杠杆法原理计算支点横向分布系数。

1）跨中横向分布系数计算

（1）边梁横向分布系数

贝雷横桥向布置3组，间距为a=1.75m，e=1.75,η11=1/3+1.75×1.75/（2×1.75×1.75）=0.83,η13=1/3-1.75×1.75/（2×1.75×1.75）=-0.17,绘制边梁影响线并按规范加载，如下图所示：

图4.4-1边梁横向分布系数计算简图

履带吊横向分布系数mb=（0.9-0.09）/2=0.41,

散装水泥罐车横向分布系数mz=（0.9+0.39）/2=0.65，

（2）中梁横向分布系数：

对于中间组贝雷，e=0,η11=1/3+（0/2x1.752）=0.33,η13=1/3-（0/2×1.752）=0.33,影响线为水平直线，则履带吊、散装水泥罐车横向分布系数均为0.33。

2）支点横向分布系数计算

在支点处采用杠杆法原理计算横向分布系数。

（1）边梁横向分布系数

贝雷梁按2排（间距为0.45m）作为一组考虑，横桥向布置3组，间距为1.75m，绘制边梁影响线按规范加载，如下图所示：

图4.4-2边梁横向分布系数计算简图

履带吊横向分布系数mb=（1.14-0）/2=0.57,

散装水泥罐车横向分布系数mz=（1.14+0.11）/2=0.63，

（2）中梁横向分布系数：

绘制中梁影响线并按规范要求进行横向加载，如下图所示：

图4.4-3中梁横向分布系数计算简图

履带吊横向分布系数mb=（0.14-0）/2=0.07,

散装水泥罐车横向分布系数mz=（1+0）/2=0.5

4.4.3计算模型

按照等刚度原理，采用单根工字钢模拟一组贝雷（2排，间距45cm），并用SAP2000分别建立三联多跨连续梁模型进行内力计算，如下图：

图4.4-4第一联12+（15+3）×3+15模型

图4.4-5第二联（15+3）×2+15+15+12模型

图4.4-6第三联12×7模型

连续梁模型采用移动车辆加载，车辆模型如下图所示：

图4.4-7罐车模拟数据

图4.4-8履带吊模拟数据

4.4.4复核计算结果

1）荷载组合

内力组合：

S=1.1×自重效应+1.4×车辆荷载效应。

变形组合：

f=1.0×自重效应+1.0×车辆荷载效应。

采用SAP2000计算，由于采用一组贝雷梁计算，车辆荷载效应在计算模型中已经考虑了横向分布系数。

给出的结果已按照要求进行了荷载组合。

2）贝雷梁控制参数

参考《装配式公路钢桥多用途使用手册》，单片贝雷梁的控制弯矩为[M]=788.2kN.m，剪力为[Q]=245.2kN。

3）第一联计算结果

图4.4-9罐车组合弯矩包络图

图4.4-10罐车组合剪力包络图

图4.4-11罐车组合变形图

图4.4-12履带吊组合弯矩包络图

图4.4-13履带吊组合剪力包络图

图4.4-14履带吊组合变形图

结论：

最大弯矩M=1541.69＜[M]=788.2×2=1576.4KN.m，满足设计要求。

最大剪力Q=652.26＞[Q]=[Q]=245.2×2=490.4KN，施工中对桩顶两侧各3m范围内的贝雷利用竖杆进行加强后可满足要求。

其余范围满足抗剪要求。

最大变形f=22mm＜L/400=15000/400=37.5mm，满足设计要求。

4）第二联计算结果

图4.4-15罐车组合弯矩包络图

图4.4-16罐车组合剪力包络图

图4.4-17罐车组合变形图

图4.4-18履带吊组合弯矩包络图

图4.4-19履带吊组合剪力包络图

图4.4-20履带吊组合变形图

结论：

最大弯矩M=1541.69＜[M]=788.2×2=1576.4KN.m，满足设计要求。

最大剪力Q=623.14＞[Q]=[Q]=245.2×2=490.4KN，施工中对桩顶两侧各3m范围内的贝雷利用竖杆进行加强后可满足要求。

其余范围满足抗剪要求。

最大变形f=22mm＜L/400=15000/400=37.5mm，满足设计要求。

5）第三联计算结果

图4.4-21罐车组合弯矩包络图

图4.4-22罐车组合剪力包络图

图4.4-23罐车组合变形图

图4.4-24履带吊组合弯矩包络图

图4.4-25履带吊组合剪力包络图

图4.4-26履带吊组合变形图

结论：

最大弯矩M=1249.44＜[M]=788.2×2=1576.4KN.m，满足设计要求。

最大剪力Q=607.38＞[Q]=[Q]=245.2×2=490.4KN，施工中对桩顶两侧各3m范围内的贝雷利用竖杆进行加强后可满足要求。

其余范围满足抗剪要求。

最大变形f=13mm＜L/400=12000/400=30mm，满足设计要求。

4.5桩顶I45横梁复核

2根I45下横梁共同承受上部贝雷的支点反力，如下图所示：

图4.5-1桩顶横梁布置图

当中间贝雷组承受上部70t散装水泥罐车和恒载共同作用时，下横梁的弯矩最大，F汽车=0.5×〔280+280×（13.6÷15）+140×（9.6÷15）〕=311.73kN

F=F汽车+F恒载=311.73+38.21=349.94kN

支点反力作用下的弯矩M1=349.94×3.5/4=306.2kN.m

自重弯矩：

M2=（80.07×2×10/1000）×3.5×3.5/8=2.45kN.m

M=1.4M罐车+1.1M恒载=431.38kN.m

当边梁承受70t散装水泥罐车和恒载共同作用时，I45下横梁承受的剪力最大：

Qmax=1.4×392.78+1.1×38.21+1.1×80.07×5×2×10/1000=600.73kN

强度验算：

σ=M/W

=431.38×103/（2×1433×10-6）

=150.52Mpa<[σ]=205Mpa

=600.73×103/（2×38.5×10×18）=43.43Mpa<[τ]=110Mpa

满足设计要求。

4.6错车平台复核

由于面板及纵梁与栈桥类似，故错车平台只需验算横向分配梁和贝雷。

4.6.1错车平台布置

错车平台宽处栈桥宽8.5m，布置4组合计8排贝雷，间距为3.5+1.75+1.75m，具体布置如图1-1、1-3所示，采用汽车-20重车荷载与70t水泥罐车荷载进行验算。

4.6.2横向分配梁验算

1）恒载

弯矩M=1.37×3.5×3.5/8=2.1KN.m

剪力Q=1.37×3.5/2=2.4KN

2）汽车-20级重车荷载

图4.6-1重车轴载数据图

单边轴载作用在横向分配梁跨中时弯矩最大，集中力F=120/2=60KN。

弯矩M=60×3.5/4=52.5KN.m

剪力Q=F=60KN。

荷载组合：

组合弯矩值：

M=1.1×M1+1.4×M2=75.81kN.m

故弯应力：

σ=M/W=75.81×1000/402×10-6=188.58MPa＜[σ]=205Mpa，满足设计要求。

组合剪力值：

Q=1.1×Q1+1.4×Q2=86.64kN

故剪应力：

τ=86.64×1000/（21.7×1.3×10-4）=30.7MPa＜[σ]=120Mpa，满足设计要求。

（I/S=21.7cm）

3）履带吊荷载（错车不考虑吊重）

单侧履带作用在横向分配梁跨中时弯矩最大，由于单侧履带至少由8根横向分配梁承担，则集中力F=500/2/8=31.25KN。

弯矩M=31.25×3.5/4=27.34KN.m

剪力Q=F=31.25KN。

荷载组合：

组合弯矩值：

M=1.1×M1+1.4×M2=40.59kN.m

故弯应力：

σ=M/W=40.59×103/402×10-6=100.97MPa＜[σ]=205Mpa，满足设计要求。

组合剪力值：

Q=1.1×Q1+1.4×Q2=46.39kN

故剪应力：

τ=46.39×103/（21.7×1.3×10-4）=16.44MPa＜[σ]=120Mpa，满足设计要求。

（I/S=21.7cm）

4.6.3贝雷验算

1）错车横向布置

错车平台分别考虑一辆汽车-20级重车或50t履带吊与70t散装水泥罐车错车。

横桥向最不利荷载布置如下图所示：

图4.6-2汽车-20级重车错车横桥向布置图

图4.6-3履带吊错车横桥向布置图

由上图可知，左侧第二排贝雷组分配的荷载最大，而各组贝雷布置相同，故以其为标准进行受力分析。

2）汽车-20级重车计算

采用工钢模拟左侧第二排贝雷组，按错车平台跨径建立多跨连续梁并移动加载，按照错车横向布置情况，考虑0.5倍30t汽车-20级重车和0.33倍70t散装水泥罐车的叠加效应，计算结果如下图所示：

图4.6-6计算模型

图4.6-7弯矩包络图

图4.6-8剪力包络图

图4.6-9组合位移图

结论：

最大弯矩M=1309.89＜[M]=788.2×2=1576.4KN.m，满足设计要求。

最大剪力Q=555.31＞[Q]=[Q]=245.2×2=490.4KN，施工中对桩顶两侧各3m范围内的贝雷利用竖杆进行加强后可满足要求。

其余范围满足抗剪要求。

最大变形f=18.8mm＜L/400=15000/400=37.5mm，满足设计要求。

3）50t履带吊错车计算

采用工钢模拟左侧第二排贝雷组，按错车平台跨径建立多跨连续梁并移动加载，按照错车横向布置情况，考虑0.5倍50t履带吊和0.33倍70t散装水泥罐车的叠加效应，计算结果如下：

图4.6-10计算模型

图4.6-11弯矩包络图

图4.6-12剪力包络图

图4.6-13组合位移图

结论：

最大弯矩M=1515.75＜[M]=788.2×2=1576.4KN.m，满足设计要求。

最大剪力Q=678.77＞[Q]=[Q]=245.2×2=490.4KN，施工中对桩顶两侧各3m范围内的贝雷利用竖杆进行加强。

其余范围满足抗剪要求。

最大变形f=23.42mm＜L/400=15000/400=37.5mm，满足设计要求。

5.基础承载力验算

5.1钢管桩受力计算

70t散装水泥罐车与恒载作用在一侧钢管桩时，此时该桩的承载力最大。

单桩最大承载力参考《装配式公路钢桥多用途使用手册》，计算模型如下图所示：

图6.1-1桩荷载计算简图

将s=5.4,n=2，e=1.08，a1=3.5，a2=0

A=15×15.281/2+1.1×700×（1-5.4/15/4）×（1/3+0.31）=565.39kN

计算钢管桩承受的最大荷载为565.39KN，取单根钢管桩最大轴向荷载为600KN。

5.2钢管桩承载能力验算

钢管桩承载能力容许值按以下公式计算：

[P]=0.5（UΣαiτiLi+αAσR）

式中，P——单桩轴向受压承载力容许值（KN）；

U——钢管桩周边长度（m）；

Li——钢管桩的入土深度（m）；

τi——桩周土极限摩阻力（KPa）；

αi——桩侧摩阻力影响系数，锤击桩取1.0；

根据提供的桥位附近的地质资料，覆盖层为1.5～2.8m厚淤泥质粘土，τ=20kPa，底下为全风化岩石，τ=100kPa。

钢管桩桩端承载力作为安全储备不计入承载力的计算，则单桩承载力容许值：

[P]=0.5×0.82×3.14×1.0×[20×2+100×（L-2）]≥600KN

因此可求出钢管桩入土深度L≥6.26m。

考虑4米的冲刷，取桩的入土深度为泥面以下10m。

5.3钢管桩强度计算

钢管桩最大轴向力为600KN。

钢管桩截面面积：

A=254cm2

则压应力б=600×10/254=23.6MPa≦[б]=215MPa，满足要求。

5.4钢管桩受压整体稳定计算

钢管桩长细比λ=L/r

L取钢管桩顶至钢管桩在土中的有效嵌固深度位置的长度。

有效嵌固深度值为：

10.0m，r为截面的回转半径r=28.64cm。

于是λ=1000/28.64=34.