钢便桥设计计算.docx

钢便桥设计计算.docx

《钢便桥设计计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢便桥设计计算.docx（62页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

钢便桥设计计算

某大桥装配式公路钢便桥工程专项施工方案之一

设计计算书

二〇一六年三月六日

**大桥工程专项施工方案

装配式公路钢便桥设计计算书

1、工程概况

1.1**大桥

**大桥工程位于福建省**。

**位于东溪中游，新建**大桥距离**大坝约5km。

桥梁建成后，将代替既有**成为跨越**的主要通道，往西方向可通往**和**，往东途经县道**可通往**和**市区。

**大桥桥梁中心桩号为K0+102.5，桥跨布置为（5x35）m，起始桩号：

K0+009，终止桩号:

K0+196，桥梁全长187m。

本桥平面位于直线上，纵断面纵坡1.4%。

上部横断面采用4片预应力混凝土后张T梁布置，先简支后连续结构，梁墩正交，梁高2.3m。

桥梁单幅布置，宽度为8m，双向二车道，横断面布置1m（人行道）+7m（行车道）+1m（人行道）。

桥面铺装采用12cmC50防水混凝土。

该桥桥墩采用双柱式桥墩，柱径1.6m，中间设置柱间系梁，墩上接1.6m高的盖梁，桥墩基础采用钻孔桩，直径为1.8m；两侧桥台均采用U型台，扩大基础，两侧桥台各设一道D160型伸缩缝。

桥梁于人行道处设置单侧路灯，以方便居民和车辆的夜间通行。

桥梁设计洪水频率按百年一遇进行设计，并考虑以后水库扩容后库水位提升对桥梁的影响。

根据《***大桥防洪影响评价报告》，**大坝百年一遇水位为98.66m，按水面坡降换算到桥址处为98.78m，水库扩容后库水位提升1.02m，因此百年一遇设计水位为99.80m，本设计梁底最低高程104.39m。

桥梁详细情况参见附件1:

**大桥桥型布置图。

1.2钢便桥

为克服河流障碍，完成和安大桥基础和墩身工程施工作业，必须修建施工临时便桥，根据桥梁工程建设管理规定，编制该专项报告。

2、编制依据

1）《**大桥工程一阶段施工图设计文件》，**交通勘测设计院。

2015年9月。

2）《**大桥工程施工招标文件》

3）《**大桥工程施工投标文件》

4）《HNJ5253GJB（9m）的砼搅拌运输车技术资料》，海诺集团。

5）《321装配式公路钢桥使用手册》；

3、参照规范

1）《公路桥涵施工技术规范》，JTG/TF50-2011；

2）《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015；

3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG62-2004）；

4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

5）《钢结构设计规范》GB50017-2003；

6）《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005；

4、分析软件

CsiBridge17.2版

5、便桥计算

5.1主要结构参数

5.1.1跨度

受插打钢管桩基础履带吊车吊臂限制，便桥跨度采用9m。

5.1.2便桥标高

根据**管理处提供库区水位调洪资料，确定桥面标高为常水位高程，采用91.5m。

桥下净空设定为3m，则梁底高程确定为94.5m。

5.1.3桥长

根据桥跨布置，桥长为180m。

5.1.4结构体系

便桥采用9m连续梁结构，由装配式公路钢桥拼装，基础采用φ630*10钢管桩基础，每墩位设置六根钢管，桩顶安装2I32b作为横梁，梁部采用6榀贝雷架，间距0.9+0.9+1.2+0.9+0.9m，贝雷梁上横向安装I20b横梁，横梁位于贝雷架节点位置，间距705+705+705+705mm，横梁上铺设由[25槽钢和钢板焊接空心方钢，槽向向上，间距300mm，在桥面槽钢上焊制φ12mm带肋短钢筋作为防滑设施。

5.1.5设计荷载

根据施工阶段可能出现的荷载，设计采用以下荷载条件计算：

1）混凝土运输车车辆荷载（以下简称"车辆荷载"）

根据《HNJ5253GJB（9m³）的砼搅拌运输车技术资料》，其荷载布置如图5.1.4。

1跨内仅布置1台。

图5.1.4-1混凝土运输车车辆荷载

2）履带吊荷载（以下简称"履带荷载"）

架梁时采用55t履带吊，吊重按15t考虑，1跨内仅布置1台。

参考SCC550C55t履带吊技术资料，其荷载布置如图如下：

图5.1.4-255t履带吊荷载

5.1.6材料

1）桁架

桁架采用16Mnq，fs=310Mpa;fv=180Mpa;fce=400Mpa。

2）销子

材料为30CrMnTi，直径为49.5mm，重3kg。

3）弦杆螺栓

规格为M36×110，材料为16Mn，重８kg，容许抗剪力为150kN，容许拉力为80kN。

4）外购材料

钢板和型钢采用Q345B钢。

5）钢弹性模量

Es＝2.06×105MPa；

5.2桥面计算

5.2.1桥面板

纵梁采用C25a加焊10mm钢板形成箱型结构，其计算简图为4跨连续梁。

C25a主要参数如下:

5.2.2轮压强度计算

表5.2.1

轮压强度计算

序号

车辆类型

项目

变量

单位

计算公式

参数值

1

混凝土运输车

分布宽度

B

m

0.6

2

跨度

L

m

0.2

3

后轮轴重

P

Kn

125

4

面积分布压力

oa

kPa

[5]/[4]/[3]

1041.667

5

履带吊车

履带宽度

BL

m

0.700

6

履带集度

QL

kn/m

72.000

7

履带面积集度

qa1

kPa

[6]/[5]

102.857

8

吊载不均匀系数

k1

考虑1/3着地

3.000

9

分布集度

qa

kPa

[7]*[8]

308.571

10

最不利轮压

qa

1042.000

5.2.3桥面板检算

桥面板宽度250mm，厚度6mm，承受轮压1042Kpa，按2边支撑无限长（分析采用3m）单向板计算。

计算结果如下：

1）主应力

其最大主应力s11=245Mpa，满足要求。

2）挠度

最大挠度：

f=1.4mm，L/f=250/1.4=178>150。

5.3桥面纵梁检算

纵梁计算时，因不利荷载工况明确，可采用CsiBridge静力计算。

5.3.1计算简图

计算简图采用4跨等间距连续梁,模型如图5.3.1

图5.3.1桥面纵梁,模型图

5.3.2截面特性

图5.3.2截面几何参数

5.3.3荷载

5.3.3.1恒载

程序根据材料密度自动计算。

5.3.3.2车辆荷载

车辆轮压分布宽度为0.6m，纵肋间距为0.30m，考虑2片梁共同承受，则P=125/2=62.5kN。

车轮间距为1.35m，另1轮作用在邻跨。

程序通过移动荷载加载。

图5.3.3.2车辆移动荷载参数

5.3.3.3履带荷载

履带分布宽度0.7m，长度4.5m，分配梁数n=0.7/0.3=2.333,则所分配履带压力QL=34.286kN/m。

图5.3.3.3履带移动荷载参数

5.3.4荷载组合

5.3.4.1车辆荷载组合

5.3.4.2履带荷载组合

5.3.5弯矩图

5.3.5.1车辆荷载组合

5.3.5.2履带荷载组合

5.3.6内力表

表5.3.6

纵梁内力表

序号　

Frame

OutputCase

StepType

V2

M3

Text

Text

Text

KN

KN-m

1

1

COMB_TRUSS

Max

5.642

0

2

1

COMB_TRUSS

Min

-46.53

0

3

1

COMB_TRACK

Max

1.32

0

4

1

COMB_TRACK

Min

-5.423

0

5

2

COMB_TRUSS

Max

5.739

8.1924

6

2

COMB_TRUSS

Min

-46.433

-1.0029

7

2

COMB_TRACK

Max

1.417

0.9472

8

2

COMB_TRACK

Min

-5.326

-0.2413

9

3

COMB_TRUSS

Max

42.35

10.1975

10

3

COMB_TRUSS

Min

-12.011

-2.0228

11

3

COMB_TRACK

Max

4.1

1.4

12

3

COMB_TRACK

Min

-1.047

-0.4996

13

4

COMB_TRUSS

Max

42.447

6.3767

14

4

COMB_TRUSS

Min

-11.915

-3.0599

15

4

COMB_TRACK

Max

4.197

1.1201

16

4

COMB_TRACK

Min

-0.95

-0.7751

17

5

COMB_TRUSS

Max

8.432

1.0341

18

5

COMB_TRUSS

Min

-73.114

-5.1831

19

5

COMB_TRACK

Max

1.603

0.1942

20

5

COMB_TRACK

Min

-18.904

-2.3474

21

6

COMB_TRUSS

Max

15.034

5.9292

22

6

COMB_TRUSS

Min

-35.343

-3.944

23

6

COMB_TRACK

Max

2.843

1.0942

24

6

COMB_TRACK

Min

-6.415

-0.6926

25

7

COMB_TRUSS

Max

15.131

8.3444

26

7

COMB_TRUSS

Min

-35.246

-3.919

27

7

COMB_TRACK

Max

2.94

1.7536

28

7

COMB_TRACK

Min

-6.318

-0.7396

29

8

COMB_TRUSS

Max

54.25

5.2935

30

8

COMB_TRUSS

Min

-8.843

-3.9219

31

8

COMB_TRACK

Max

12.222

0.9645

32

8

COMB_TRACK

Min

-1.869

-0.8038

33

9

COMB_TRUSS

Max

8.747

1.1197

34

9

COMB_TRUSS

Min

-54.352

-5.0474

35

9

COMB_TRACK

Max

2.311

0.4431

36

9

COMB_TRACK

Min

-12.32

-2.1243

37

10

COMB_TRUSS

Max

8.844

5.2943

38

10

COMB_TRUSS

Min

-54.255

-3.9219

39

10

COMB_TRACK

Max

2.408

0.9031

40

10

COMB_TRACK

Min

-12.223

-0.8374

41

11

COMB_TRUSS

Max

35.242

8.3432

42

11

COMB_TRUSS

Min

-15.135

-3.919

43

11

COMB_TRACK

Max

6.856

1.7188

44

11

COMB_TRACK

Min

-2.941

-0.8948

45

12

COMB_TRUSS

Max

35.339

5.9308

46

12

COMB_TRUSS

Min

-15.038

-3.9443

47

12

COMB_TRACK

Max

6.953

1.0864

48

12

COMB_TRACK

Min

-2.844

-0.9695

49

13

COMB_TRUSS

Max

1.273

1.0341

50

13

COMB_TRUSS

Min

-76.503

-5.1835

最大正弯矩:

Mmx=10.1975kNm

最大正弯矩:

Mmn=-5.1831kNm

5.3.7应力检算

1）截面特性

表5.3.7

桥面纵梁几何特性

序号

部件

宽度

厚度

面积

型心高度

面积矩

自身惯矩

心心差

面积惯矩

合计惯矩

截面模量

B

T

A

yc

Ayc

I0

Hc

IA

Ix

W

1

顶板

250

10

2500

83

207500

20833

36.423

3316554

3337388

187769

2

腹板

24

78

1872

39

73008

949104

-7.577

107478

1056582

3

底板

250

7

1750

2.65

4638

7146

-43.927

3376795

3383941

6122

46.58

285146

977083

6800828

7777911

166990

2）截面检算

表5.3.7-2

纵梁截面检算

序号

项目

变量

单位

计算公式

参数值

备注

1

最大弯矩

Mnx

KN/M

10.1975

2

下缘截面模量

W2

mm3

166990

3

上缘截面模量

W1

MM3

187769

4

下缘应力

S2

Mpa

Mmx/W2

61

5

上缘应力

S1

Mpa

54

6

材料容许应力

[S]

Mpa

310

满足

5.3.8跨中挠度

表5.3.8

纵梁跨中挠度

序号

Joint

OutputCase

StepType

U3

Text

Text

Text

m

1

3

DEAD

-6.53E-07

2

3

TRUSS

Max

5.90E-05

3

3

TRUSS

Min

-2.69E-04

4

3

TRACK

Max

1.50E-05

5

3

TRACK

Min

-4.00E-05

6

7

DEAD

-3.07E-07

7

7

TRUSS

Max

1.13E-04

8

7

TRUSS

Min

-2.16E-04

9

7

TRACK

Max

2.10E-05

10

7

TRACK

Min

-4.90E-05

11

11

DEAD

-3.07E-07

12

11

TRUSS

Max

1.13E-04

13

11

TRUSS

Min

-2.16E-04

14

11

TRACK

Max

2.60E-05

15

11

TRACK

Min

-4.80E-05

16

15

DEAD

-6.53E-07

17

15

TRUSS

Max

5.90E-05

18

15

TRUSS

Min

-2.69E-04

19

15

TRACK

Max

1.50E-05

20

15

TRACK

Min

-6.00E-05

活载作用下挠度z=0.3mm，L/F=2480,满足要求。

5.3.9支座反力

表5.3.9

纵梁支座反力表

序号

Joint

COMB_TRUSS

COMB_TRACK

Text

Max

Min

Max

Min

1

1

46.53

-5.642

5.423

-1.32

2

5

84.359

-9.705

35.964

-1.684

3

9

87.866

-10.523

38.175

-4.084

4

13

84.361

-9.705

39.749

-1.684

5

17

87.652

-5.641

15.685

-1.294

5.4横梁检算

5.4.1计算简图

横梁采用I20b,担设在装配式公路钢桥的上弦节点位置,装配式公路钢桥横向布置6片,其间距为0.9*2+1.2+0.9*2。

按支撑于装配式公路钢桥的弹性支塍连续梁计算。

5.4.2装配式公路钢桥弹性支承刚度

建立主桁计算模型，模型见图5.4.2。

图5.4.2主桁计算模型

在第1跨跨中作用1kN作用力时，其挠度为4.422E-5m，则刚度K=1/0。

0442=22614kN/m。

5.4.3横梁模型

根据前述分析，建立横梁模型如图5.4.3。

图5.4.3横梁模型图

5.4.4作用荷载

5.4.4.1恒载

程序根据材料密度自动计算。

5.4.4.2车辆荷载

纵梁作用在横梁上的最大压力为87.866kN，车辆轮压分布宽度为0.6m，则q=87.866/0.6=146kN/m，程序通过移动荷载加载。

5.4.4.3荷载组合

由于在纵梁计算反力时已包括荷载分项系数，在横梁分析中不在考虑。

组合如下：

5.4.5计算结果

5.4.5.1横梁弯矩包络图

5.4.5.2内力表

表5.4.5.2

横梁单元内力

Frame

V2_KN

M3_KN-m

Text

Max

Min

Max

Min

1

-0.164

-87.764

-0.0493

-26.3293

2

26.75

-6.51

12.0159

-22.9529

3

13.385

-44.986

6.7269

-19.6319

4

19.803

-29.527

13.7999

-12.1687

5

15.994

-54.606

12.196

-5.176

6

36.068

-11.726

13.2325

-3.9231

7

35.999

-11.794

20.9264

-3.2372

8

31.201

-31.201

20.9264

-3.2372

9

36.095

-11.698

11.3626

-4.239

10

15.994

-54.606

12.196

-5.176

11

19.803

-29.527

13.7999

-12.1687

12

13.385

-44.986

6.7269

-19.6319

13

26.709

-6.551

16.0253

-21.8397

14

26.75

-6.51

12.0159

-22.9529

15

-0.164

-87.764

-0.0493

-26.3293

5.4.6截面检算

表5.2.1

横梁截面检算

序号

项目

变量

单位

计算公式

参数值

备注

1

作用弯矩

M

kNm

20.9264

2

截面模量

W

cm3

188

3

截面应力

σ

Mpa

M/W

111

4

材料容许应力

[σ]

MPa

310

满足

5

截面惯性矩

Ix

cm3

1880

6

剪切模量

S

mm3

100076

7

剪力

Q

Kn

36

8

剪应力

τ

MPa

QS/IB

35

9

容许剪应力

[τ]

MPa

180

满足

5.4.7挠度检算

表5.4.7

各跨跨中挠度

序号

节点号

DEAD工况

TRUSS工况

COMB工况

1

3

-1.200E-05

-2.632E-03

-2.644E-03

2

5

-1.200E-05

-2.396E-03

-2.408E-03

3

8

-1.300E-05

-2.661E-03

-2.674E-03

4

11

-1.200E-05

-2.396E-03

-2.408E-03

5

14

-1.200E-05

-2.632E-03

-2.644E-03

跨挠比L/f=451>200满足要求。

5.5主桁计算

5.5.1分配系数计算

由于我们关心主桁跨中截面的内力情况，故本计算书仅计算跨中主梁的分配系数。

5.5.1.11号梁分配系数

表5.5.1.1

1号梁分配系数

梁号

Joint

U3

系数影响线

轮压值

Text

m

1

2

-3.800E-05

0.858

0.429

2

4

-9.711E-06

0.219

0.110

3

6

1.311E-06

-0.030

4

10

1.844E-06

-0.042

5

12

5.080E-07

-0.011

6

15

-2.358E-07

0.005

合计

-4.428E-05

0.539

5.5.1.22号梁分配系数

表5.5.1.2

2号梁分配系数

梁号

Joint

U3

系数影响线

轮压值

Text

m

1

2

-9.711E-06

0.218

2

4

-2.300E-05

0.516

0.258

3

6

-1.200E-05

0.269

4

10

-1.049E-06

0.024

0.042

5

12

7.012E-07

-0.016

6

15

5.080E-07

-0.011

合计

-4.455E-05

0.301

5.5.1.33号梁分配系数

表5.5.1.3

3号梁分配系数

梁号

Joint

U3

系数影响线

轮压值

Text

m

1

2

1.311E-06

-0.029

2

4

-1.200E-05

0.269

3

6

-2.500E-05

0.561

0.281

4

10

-9.658E-06

0.217

5

12

-1.049E-06

0.024

0.044

6

15

1.844E-06

-0.041

合计

-4.455E-05

0.325

因此，最大分配梁号为1号梁。

5.5.2计算模型

贝雷架按4*9m为一联计算，采用平面杆系结构建模，桁架片之间采用梁端释放自由度模拟铰接，贝雷架的荷载由分配横梁传递，程序采用车辆荷载折减方式考虑分配系数。

5.5.3截面特性

5.5.3.1弦杆

5.5.3.2腹杆

5.5.3.3桥面纵梁

5.5.3.4连接特性

连接特性主要应用于纵梁和上弦节点的连接。

5.5.4作用荷载

5.5.4.1恒载

主桁和纵梁自重程序根据材料密度自动计算。

5.5.4.2横梁荷载