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栈桥计算书
宣城市宣狸路改建工程L4标
北山河大桥
临时栈桥计算书
安徽省公路桥梁工程公司
2010年12月30日
栈桥计算书
1概述
1.1设计说明
本工程项目位于宣城市狸路改建工程第四合同段。
拟建栈桥长约132km，桥面宽4.0m，跨越北山河桥。
拟建栈桥结构形式为4排单层贝雷桁架，桁架间距0.9m，标准跨径为12m，通航孔位置设置15m跨径；桥面系为厚度为6mm钢板与间距为24cm的工12.6焊接而成的组合桥面板；横向分配梁为I22，间距为0.75m；基础采用φ529×7mm和φ630×8mm钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20号槽钢连接成整体；墩顶横梁采用2工40a。
栈桥布置结构形式如下图1。
图1栈桥一般构造图（单位：
cm）
1.2设计依据
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
2）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
4）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）
5）《海港水文规范》（JTJ213-98）
6）大桥图纸
1.3技术标准
1）设计控制荷载：
120吨重箱梁运输车辆（考虑车辆自重及安全系数）；50T履带吊+15T吊重（考虑冲击系数），按85T吨计。
2）设计使用寿命：
2年；
3）设计行车速度10km/h。
2荷载布置
2.1上部结构恒重（4米宽计算）
（1）钢便桥面层：
8mm厚钢板，单位面积重62.8kg/m2，则4.08kN/m。
（2）I12.6单位重14.21kg/m，则0.14kN/m，间距0.24m。
（3）I22a单位重33.05kg/m，则0.33kN/m，1.98KN/根，最大间距0.75m。
（4）纵向主梁：
横向4排321型贝雷梁，4.4KN/m；
（5）桩顶分配主梁：
2I40a，单位重67.56kg/m,则1.35kN/m。
2.2车辆荷载
1）箱梁运输车辆荷载（轮着地宽度和长度为0.5m×0.2m）
图2箱梁现场运输图片
根据箱梁运输车辆设计，考虑本项目箱梁特点，按重120吨箱梁荷载进行车辆轴重计算。
图3运梁车荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：
kN；尺寸单位：
m）
主要指标
单位
履带-50
车辆重力
kN
500
履带数或车轴数
个
2
各条履带压力或每个车轴重力
kN
56kN/m
履带着地长度或纵向轴距
m
4.5
每个车轴的车轮组数目
组
-
履带或车轮横向中距
m
2.5
履带宽度或每对车轮着地宽和长
m
0.7
图4、50T履带吊主要技术指标
3）施工荷载及人群荷载：
4kN/m2
3上部结构内力计算
3.1桥面系
由于本项目栈桥桥面系采用框架结构，面板加强肋采用间距为24cm的I12.6焊接成整体，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算，仅对面板主加强肋进行验算，其荷载分析如下：
1）自重均布荷载：
5.1kN/m，本计算中可忽略不计。
2）施工及人群荷载：
不考虑与梁车同时作用。
3）轮压：
最大轴重为300kN，每轴2组车轮，则单组车轮荷载为150kN，车轮着地宽度和长度为0.5m×0.2m，单组车轮作用在2根I12.6上，则单根I12.6受到的荷载为：
q1=1/2×150kN/0.2m=375kN/m。
图5运梁车行驶在桥面上的运行图
面板主加强肋下的横向分配梁I2间距为75cm，则单边车轮布置在跨中时弯距最大计算模型如下：
图6受力模型
图7计算结果（Qmax=37.54kN，Mmax=8.2kN.m）
履带荷载属均布荷载，85t分布作用在4.0m长的区域，对桥面工字钢的作用比轮式荷载小，不予计算。
选用I12.6,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：
Wx=49cm3,A=14.33cm2,Ix/Sx=8.68（Ix=245cm4，Sx=28.2cm3），b=0.45cm。
σ=M/Wx=8.2kN·m/49cm3×103=167.3MPa<1.3[σ]=1.3×145＝188.5MPa
τ=QS/Ib=37.54*10/14.33/0.45=58.2Mpa<1.3[τ]=1.3×85＝110.5Mpa
（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：
对于临时结构有[σ]＝145×1.3＝188.5Mpa）
考虑计算中忽略了面板的分配作用，综合考虑该结构设计满足强度要求。
3.2I22a横向分配梁内力计算
车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。
荷载分析：
1）自重均布荷载：
5.1kN/m×0.75m/4m+0.142kN/m＝1.1kN/m
2）施工及人群荷载：
不考虑与梁车同时作用
3）梁车轮压：
根据第3.1节对面板加强肋的计算知，该计算模型中节点反力即为运梁车作用于横向分配梁上的轮压荷载，其节点反力结果如下图：
图8面板加强肋节点反力结果
考虑结构物自重，建立计算模型：
图9计算模型
图10计算结果（Qmax＝44.4kN，Mmax=18.02kN.m）
85t履带轮压：
履带吊接地长度为4.5m，I22a布置间距为0.75m，则履带吊同时作用在6根I22a上，单根I22a的履带轮压为850÷6＝141.67kN小于运梁车单轴300kN同时作用在单根I22a上，不予计算。
选用I22,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：
则A=42.1cm2,W=310cm3，I/S=18.9cm（I=3400cm4，S=174.9cm3），b=0.75cm
σ=M/W=18.02kN·m/310cm3×103=58.1MPa>1.3[σ]=1.3×145＝188.5MPa
τ=QS/Ib=44.4*10//18.9/0.75=31.3MPa>1.3[τ]=1.3×85＝110.5MPa
根据上述计算结果知,采用I22结构做分配梁，其强度将满足施工要求。
3.3贝雷梁内力计算
3.3.1梁车荷载分析：
1）自重均布荷载：
q1=5.1kN/m+1.98kN/0.75m＋4.4kN/m=12.14kN/m；
2）施工及人群荷载:
不考虑与车辆同时作用；
3）本项目箱梁长度为30m，栈桥最大设计跨径为15m（通航孔），选择12*2+15+12*2米跨径进行分析，考虑运梁车在栈桥上的行驶路径，单跨贝雷梁受力最不利的情况为梁车一端行驶到跨中和跨端位置，据此，利用SAP2000建立受力模型如下：
工况一、
图11受力模型
图12弯矩图（Mmax=1448.11kN.m）
图13剪力图（Qmax=580.01kN）
图14节点反力图（Nmax=580.01kN）
工况二、
图15弯矩图（Mmax=1346.62kN.m）
图16剪力图（Qmax=490.85kN）
图17节点反力图（Nmax=786.83kN）
3.3.2履带吊施工阶段荷载
单跨贝雷梁受力最不利的情况为50T履带吊车行驶到跨中位置和跨端作业，50T履带吊车作业荷载85T×10/4.5m=188.9kN/m。
据此，利用SAP2000建立受力模型如下：
工况三
图18、受力模型
图19弯矩图（Mmax=1804kN.m）
图20剪力图（Qmax=395.84kN）
图21、（Nmax=700.4kN）
工况四
图22、受力模型
图23弯矩图（Mmax=909.38kN.m）
图24剪力图（Qmax=839.44kN）
图25、（Nmax=988.67kN）
经过上述分析知，贝雷梁最大弯矩Mmax2=1804kN.m，最大剪力Qmax2=909.38kN。
纵向主梁选用4排单层贝雷架，则贝雷梁
容许弯矩[M]=788.2×4=3152.8kN.m，
容许剪力[Q]=245.2×4＝980.8kN。
Mmax=1804kN.m<[M]=3152.8kN.m
Qmax=909.38kN<[Q]＝980.8kN，满足强度要求。
3.4承重梁一内力分析
承重梁一作为栈桥结构的主要承重结构，是栈桥结构稳定安全的生命线，采用的型材为2I40a。
根据第3.3节对贝雷梁的计算分析，得到最大节点反力为988.67kN，主纵梁为4排单层贝雷，则单排贝雷对承重梁一的作用力为988.67/4=247.2kN。
下面对最不利情况下，承重梁一的内力情况进行建模分析。
图26计算模型
图27计算结果（Qmax＝494.4kN，Mmax=247.2kN.m）
根据上述建立有限元模型进行分析可知，取最大荷载Mmax=247.2kN·m，Qmax=494.4kN进行桩顶承重梁的截面设计。
Wx=Mmax/[σ]=247.2kN·m/145Mpa=1705cm3
A=Qmax/[τ]=494.4kN/85Mpa=58.2cm2
选用2I40a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：
W=2×1085.7cm3=2171.4cm3,
A=2×86.07=172.14cm2,
I/S=34.4（I=21714cm4，S=631.2cm3），
b=1.05×2＝2.1cm，下面对其强度进行验算：
σ=M/W=247.2kN·m/2171.4cm3×103=113MPa<1.3[σ]
τ=QS/Ib=494.4*10//34.4/2.1=68.4MPa<1.3[τ]
满足强度要求。
3.5承重梁二内力分析
承重梁二采用3m长2I40a，根据第3.4节的计算，承重梁二所承受的承重梁一传递的最不利荷载为483.34kN，作用在跨中，跨径为1.8m。
图28计算模型
图29计算结果（Qmax＝241.67kN，Mmax=217.5kN.m）
根据上述建立有限元模型进行分析可知，取最大荷载均小于承重梁一，故满足强度要求。
4钢管桩承载力
本栈桥结构基础采用单排3根钢管桩桩基础，桩顶最大承载力为运梁车行驶到桩顶时，最大荷载为约329.56kN。
考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料。
施工中，理论设计值作为钢管桩施工的参考，施工选用DZJ-45振动锤进行施打钢管桩，实际入土深度结合现场实际地质情况确定。
DZJ-45振动锤性能参数见下表。
电机功率
（kW）
偏心力矩
N·m
振动频率
激振力
kN
机重
kg
允许拔桩力
KN
45
0～206
1200
338
4100
180
4.1钢管桩理论入土深度计算：
根据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：
式中：
Qd—单桩垂直极限承载力设计值（kN）；
—单桩垂直承载力分项系数，取1.45；
U—桩身截面周长（m），本处为630mm*8mm钢管桩取1.979m，529mm*8mm钢管桩取1.662；
—单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa）；
—桩身穿过第i层土的长度（m）；
—单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；
A—桩身截面面积；
地质情况统计如下：
岩土编号
土层名称
地基土容许承载力（kPa）
桩周土极限摩力
（kPa）
顶面
（m）
底面高程
（m）
层厚（m）
1
素填土
2-1
粉质黏土
85～110（取100）
35～45（取40）
5.55
4.55
1
2-2
淤泥质粉质黏土
50～70（取60）
15～25（取20）
4.55
-12.65
17.2
8-1
强风化砾岩
280
90
-12.65
-15.15
2.5
8-2
中风化砾岩
-15.15
-23.65
8.5
根据上述验算可知单桩最大承受荷载约483.34kN。
现假设桩底打入2-2土层LXm,带入上述计算公式中（因端部摩阻力很小，计算时不予考虑），则有：
（单排桩）329.56kN＝1/1.45×1.979×（40×1+20×LX）求解得：
LX＝10.1m。
由计算可知，钢管桩打入淤泥质粉质黏土10米。
桩底标高为-5.45m，桩顶标高为+10.85m,则单根桩总长为16.3m。
（双排桩）247.17kN＝1/1.45×1.662×（40×1+20×LX）求解得：
LX1＝8.7m。
（单根桩长度计算长度为13m）
4.2钢管桩稳定性计算
水深3m，按3m冲刷深度考虑，则可假定钢管桩悬臂固结点在-11.45m处，桩顶标高取+10.85m，钢管悬臂长度为22.3m。
4.2.1单根钢管桩流水压力计算
单根桩流水压力计算：
Fw=kAγv2/（2g）
式中：
Fw――流水压力标准值（kN）；
k――形状系数（钢管取0.8）；
A――阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；
γ――水的重力密度（kN/m3）；
v――设计流速（2m/s）；
g――重力加速度（9.81m/s2）。
Fw=kAγv2/（2g）＝0.8×（0.529×15）×10×22÷2÷9.81＝12.9kN
4.3钢管桩强度分析：
根据上述计算结果，现对钢管桩基础进行建模分析：
图31、计算模型
图32、轴向力结果（422.18kN）图33、变形图（fmax=0.0487m）
图34剪力图（Qmax=331.93kN）图35弯矩图（Mmax=121.6kN.m）
Φ630×8mm钢管桩Wx=4800.785cm3，A=156.326cm2。
回转半径rx=21.992cm
长细比λ=l0/rx=2230/21.992=101
查《钢结构设计规范》附表17得稳定系数ψ=0.549
根据上述计算，钢管桩在压弯共同作用下，最大应力为：
<1.3
，满足要求；
钢管桩挠度
，满足要求。
4.4使用阶段钢管桩间剪刀撑和平撑强度验算
钢管桩间剪刀撑和平撑均设计为[20a，经上述建模分析知，[20a各杆件中最不利杆件为水平撑杆，其最大弯矩M=4.3kN.m，最大剪力为5.1kN；轴向力最大杆件为斜撑杆，最大轴力为53.4kN。
[20a的界面参数为：
W=178.04cm3,A=28.83cm2,
I/S=13.47（I=1753.3cm4，S=130.12cm3），b=0.7cm。
σ=M/W=4.3kN.m/178.04cm3=24.1MPa<[σ]=140×1.3=182Mpa；
<[τ]=85×1.3=110Mpa；
；满足强度要求。
5计算结论
经分析计算，栈桥各主要受力构件强度和刚度均满足受力要求。
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