栈桥受力验算.docx
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栈桥受力验算
钢栈桥及钻孔平台
受力验算书
年月日
XX桥钢栈桥及钻孔平台受力验算
一、钢栈桥及平台的搭设规模及结构形式
钢栈桥长度为200m，宽度为8m，沿平行于道路设计中心线方向下游修建，然后沿垂直于主桥纵线方向修建桩基施工平台。
栈桥两侧设栏杆，上部结构采用型钢结构。
纵梁选用“321”型贝雷架，栈桥主要由钢管桩、贝雷梁和型钢分配梁组成。
自下而上依次为Φ630mm×8mm钢管桩三排，横向间距为4m，纵向间距12m，深入土层18m；三拼I40b工字钢下横梁，长为9m；纵梁选用“321”军用贝雷梁10排（间距0.9m），每跨跨度详见附图，20*20cm方木满铺，其中每隔3米铺9m长20b工字钢，栈桥共设置两个行车道，每行车道按罐车轮距（按1.86米计算）铺两行3mm压花钢板。
中间12m设计开启桥。
施工平台结构形式与标准段一样。
自下而上依次为Φ630mm×8mm钢管桩，三排横向间距为4m，纵向间距7.5m-10.5m；三拼I40b工字钢下横梁，长为9m；纵梁选用“321”军用贝雷梁8排，20*20cm方木满铺，其中每隔1米铺9m长20b工字钢。
二、受力验算
（一）计算参数取值
1、钢材密度取7.85t/m³，钢材弹性模量E=2.1x105Mpa，泊松比取0.3。
木材弹性模量E=9x103Mpa。
2、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值=205Mpa，抗剪强度设计值τ
=120Mpa；321贝雷片允许弯矩[M0]=975KN.m，容许剪力为245KN。
3、主要计算构件的截面特性
主要计算构件截面特性表
构件
截面积A（cm2）
惯性矩Ix（cm4）
截面模量Wx（cm3）
回转半径r（cm）
钢管桩
156.3
75612.4
2400.4
21.99
I40b
94.07
22781
1139
I20b
39.55
2502
250.2
贝雷桁片
250500
3340
（二）栈桥
栈桥在施工及使用期间存在以下几种工况：
第一种工况：
搭设栈桥时，已搭设完成的栈桥上承受1台80吨履带吊吊7吨振动锤，重117吨；
第二种工况：
浇筑水中墩基础及下部结构式，栈桥上走行满载砼总重为38吨的罐车；
第三种工况：
箱梁架设时，栈桥上走行运有90吨重箱梁的平板运输车，车与梁总重130吨；
第四种工况：
架设钢箱梁时，80吨履带吊通过栈桥走行至吊梁平台（另设）进行吊梁作业（吊车不在栈桥上进行吊梁作业）。
虽然第三种工况总荷载最大，但因为箱梁分段长度均在15m以上，加上运梁车长度，第三种工况的荷载其实分配在2跨栈桥上。
因此，栈桥的最不利工况为第一种工况，栈桥承受最不利荷载为1台80吨履带吊吊7吨振动锤，重117吨。
1、贝雷梁：
栈桥贝雷梁最不利受力情况为1台80吨履带吊位于跨中位置时，此时贝雷梁承受的总荷载如下：
每跨贝雷梁自重：
G1=270*40+40*9*4=12240kg=12.24t；
每跨贝雷梁上方木及20b工字钢重量：
G2=0.2*8*12*500+31.1*9*4=10719.6
kg=10.72t；
其上的压条、压花钢板、栏杆等按每跨1.2吨计算；
栈桥自重线荷载q=（12.24+10.72+1.2）/12=2.01t/m=20.1KN/m;
按单跨简支梁计算，自重引起的跨中弯矩M1=0.125ql2=0.125*20.1*122=
361.8KN·m。
计算简图如下：
80t履带吊加振动锤重117t，履带接地长度6m，则线荷载q=117/6=19.5t/m
=195KN/m;计算简图如下，即图中a=3m，c=6m，l=12m，q=195KN/m：
考虑到荷载在贝雷梁上的分配不均，取分配系数为0.8。
履带吊引起的跨中弯矩M2=2632.5KN·m;
则跨中总弯矩M=M1+M2=361.8+2632.5=2994.3KN·m；
单排贝雷梁截面模量W=3340cm3，故M/W=2994.3*103/（3340*10）=89.6N/mm2≤205MPa*0.8=164MPa。
挠度：
自重引起的挠度f1=1.1mm；
履带吊引起的挠度：
f2=7.1mm；
则跨中总挠度f=f1+f2=8.2mm<[12000/500]*0.8=24mm*0.8=19.2mm。
剪力：
321贝雷片单片容许剪力为245KN，则栈桥贝雷片总允许剪力Vmax=245
*10*0.8=2450KN*0.8=1960KN。
支座处剪力最大，剪力V=705.6KN2、方木
80t履带吊履带宽度80cm，方木跨度为90cm（贝雷梁排距90cm），可以按全跨均布线荷载考虑。
每根方木须承受荷载Q=1170/（2*30）=19.5KN，线荷载q=19.5/0.9=21.7KN/m，按单跨简支梁计算，则跨中弯矩M=0.125ql2=2.19KN·m，20*20cm方木截面模量W=203/6=1333.3cm3，M/W=1.64N/mm2<11N/mm2；
挠度：
I=204/12=1.333*104cm4，f=1.302*q*l4/（100EI）=1.302*21.7*9004/（100*9×103*1.333*108）=0.2mm<[900/500]=1.8mm。
剪力：
20*20cm方木最大允许剪力Vmax=200mm*200mm*1.7N/mm2=68000N=68KN，实际承受剪力V=0.5ql=0.5*21.7*0.9=9.8KN3、分配横梁
分配横梁最不利情况为吊车位于钢管桩顶时，此时最大弯矩出现在中墩支座处，横梁自重、贝雷梁及桥面方木重量G1=2.22*9+24.2*12=310.38KN；
履带吊重量G2=1170KN；
横梁总荷载G=310.38+1170=1480.4KN；
则横梁线荷载q=1480.4/8=185.0KN/m；按双跨简支梁计算：
此时中墩支座处横梁弯矩M=0.125ql2=0.125*185.0*42=370KN·m，
M/W=370*103/（1139.0*3）=108.3MPa≤205MPa。
挠度：
跨中挠度f=0.521*q*l4/（100EI）=0.521*185.0*40004/（100
*2.1*105*22781*104*3）=1.8mm<[4000/500]=8mm。
剪力：
实际最大剪力在中间钢管桩顶，V=0.625ql=0.625*185.0*4=462.5
KN，则横梁剪应力τ=462.5*103/（94*3*102）=16.4MPa<τ=120Mpa。
4、钢管桩
承载能力：
钢管桩打入深度18m；
钢管桩承载能力容许值按以下公式计算：
Ra=1/2*u*a（L*q）
式中，Ra——单桩轴向受压承载力容许值（KN）；
u——钢管桩周边长度（m）；
L——钢管桩的入土深度（m）；
q——土单位面积的动摩阻力（KPa）；
a——桩侧摩阻力影响系数，取1.0；
则单桩承载力容许值：
Ra=0.5×（0.63×3.14）×1.0×（34×5.7+46×1.1+48×5.3+50×3.7+56×1.4+54×0.8）=796.6KN;
按照地质勘察报告中Q6孔数据，如下：
地层编号
地层名称
层底标高（m）
层厚（m）
桩侧土的摩阻力标准值（KPa）
⑥1
粉质粘土
-11.30
5.7
34
⑦
粉质粘土
-12.40
1.1
46
⑧1
粉质粘土
-17.70
5.3
48
⑨1
粉质粘土
-21.40
3.7
50
⑨2
粉砂
-22.80
1.4
56
⑨3
粉质粘土
-26.90
4.1
54
钢管桩自重28KN，钢管桩承受的最大荷载F=462.5+28=490.5KNKN，满足要求。
压杆稳定：
便桥车辆荷载的制动力。
车辆行驶速度要求不大于10km/h，同时制动力可经栈桥上部结构分配,计算中不考虑便桥梁部与桩顶的摩擦力,故对制动力在验算中不做考虑。
河道的水流对桩身冲击力，采用公式:
F=KrAv2/2g
K=0.8，r为水的容重9.8KN/m3，V=2.0m/s。
F1=0.8*9.8*0.99*8.2*2.02/（2*9.8）=13.0KN
（河道水流冲击力）作用于水深1/3处（标高-1.23m）。
取:
计算水面高程+1.5m,河床标高-6.7m,水深8.2m,河道流速取2.0m/s。
河道漂浮物如冰块对桩身的撞击力。
采用公式F=Wv/gt
F2=500*9.8*2.0/9.8*1=1KN（漂浮物撞击力）作用于水面。
取计算水面高程+1.5m,河道流速取2.0m/s，河道漂浮物的撞击力计算中取漂浮物重量500kg。
便桥施工及使用阶段,应对河道中较大的漂浮物体采取必要的拦截措施,以保证便桥的安全。
尤其注意防止较大（100cm*100cm*50cm以上）冰棱的撞击。
因为钢管桩打设时不是理论上的完全竖直状态，所以取钢管桩存在1%的倾斜度时，钢管的弯矩M0=604.3*（1%*L）=490.5*（0.01*12.46）=61.1KN·m,L为桩顶至钢管桩反弯点的长度，本次计算取桩顶至有效嵌固深度位置的长度，即L=1+8.2+3.26=12.46m。
水流产生的弯矩M1=13*（8.2*2/3+3.26）=13*8.7=113.1KN·m；
漂流物产生的弯矩M2=1*（8.2+3.26）=11.46KN·m；
则此状态下钢管桩承受的偏心弯矩M=61.1+113.1+11.46=185.7KN·m。
钢结构设计规范5.2.2条对压弯构件稳定性的验算公式如下：
其中单桩实际最大荷载N=490.5kN；
φx——轴心受压杆件稳定系数，按细长比λ=L/i=12470/220=56.7，查表得φ=0.829。
L取钢管桩顶至钢管桩在河床中的有效嵌固深度位置的长度。
钢管桩顶标高取为2.5m，河床面标高最底为-6.71m，有效嵌固深度值为：
2（d+1）=2×（0.63+1）=3.26m，则L=2.5+6.71+3.26=12.47m。
A-立杆截面积：
φ630*8mm钢管为156.3cm2；βmx=1.0；Mx=185.7KN·m；
γx=1.15；W=2400.4cm3；N'ex=3.142*2.1*105*156.3*102/（1.1*56.72）=9151.2KN。
=490.5*103/（0.829*156.3*102）+1.0*185.7*106/{1.15
*2400.4*103*[1-0.8*（490.5/9151.2）]}=108.1N/mm2≤f=190MPa。
故单桩稳定性符合要求。
5、移动荷载影响线
以80吨履带吊吊7吨振动锤作为栈桥纵梁承受的移动荷载，做出当吊车重心位于不同位置时栈桥纵梁跨中位置弯矩Mc的影响线如下：
由上述栈桥跨中弯矩Mc影响线图可以得出，当履带吊重心位于跨中位置时，纵梁承受弯矩最大，为2994.3KN•m，弯矩最大位置为跨中。
因此，本计算书将1台80吨履带吊吊7吨振动锤位于跨中位置时做为栈桥贝雷梁最不利受力情况是符合实际的。
以80吨履带吊吊7吨振动锤作为栈桥面板（20*20cm方木）承受的移动荷载，做出当吊车履带中线位于方木不同位置时面板跨中位置弯矩Mc的影响线如下：
由上述面板跨中弯矩Mc影响线图可以得出，当履带吊履带中心线位于跨中位置时，面板承受弯矩最大，为2.19KN•m，弯矩最大位置为跨中。
因此，本计算书将履带吊履带中心线位于跨中位置时做为面板最不利受力情况是符合实际的。
（三）钻孔平台
钻孔平台承受最不利荷载为1台80吨履带吊吊7吨振动锤，自重117吨。
1、贝雷梁
钻孔平台最大跨径10.5m，此处仍按12m计算，计算结果偏安全。
最大弯矩M=2994.3KN·m，单排贝雷梁截面模量W=3340cm3，故M/W=2994.3
*103/（3340*8）=112.1N/mm2≤205MPa。
挠度：
自重引起的挠度f1=1.302*q*l4/（100EI）=1.302*20.1*120004/（100
*2.1*105*250500*104*8）=1.38mm；
履带吊引起的挠度：
f2=8.88mm；
则跨中总挠度f=f1+f2=10.26mm<[12000/500]=24mm。
剪力：
321贝雷片单片容许剪力为245KN，则栈桥贝雷片总允许剪力Vmax=245
*8=1960KN。
支座处剪力最大，剪力V=705.6KN2、方木
80t履带吊履带宽度80cm，方木跨度为200cm，每根方木须承受荷载Q=1170/（2*30）=19.5KN，线荷载q=19.5/0.8=24.4KN/m，按单跨简支梁计算，计算简图如下，其a=0.6m，c=0.8m，l=2.0m，q=24.4KN/m：
履带吊引起的跨中弯矩M=7.8KN·m;20*20cm方木截面模量W=203/6=1333.3
cm3，M/W=5.9N/mm2<11N/mm2；
20*20cm方木惯性矩I=a4/12=204/12=1.333*104cm4，履带吊引起的挠度：
f=2.5mm<[2000/500]=4.0mm
剪力：
20*20cm方木最大允许剪力Vmax=200mm*200mm*1.7N/mm2=68000N=68KN，实际承受剪力V=0.5Q=0.5*19.5=9.8KN3、分配横梁
分配横梁受力优于栈桥，不再进行验算。
4、钢管桩
钢管桩承受荷载与栈桥相同，不再进行验算。
（四）开启栈桥
开启栈桥关闭时，承受荷载与12m跨标准段栈桥相同，不再进行验算。
1、提升门架贝雷梁
开启栈桥开启时，栈桥部分重量G=30.2吨=302KN，由4个卷扬机提升，卷扬机自重取10KN，则贝雷梁在每个卷扬机位置荷载P=302/4+10=85.5KN，计算简图如下，其中a=1.5m，l=12m，P=85.5KN：
最大弯矩M=Pa=85.5*1.5=128.3KN·m，单排贝雷梁截面模量W=3340cm3，故M/W=128.3*103/（3340*2）=19.2N/mm2≤205MPa。
最大挠度f=2.1mm<[15000/500]=30mm
剪力：
321贝雷片单片容许剪力为245KN，则栈桥贝雷片总允许剪力Vmax=245
*2=490KN。
卷扬机处剪力最大，剪力V=85.5KN2、门架贝雷梁下双拼40b工字钢
贝雷梁重量为35.6KN，工字钢跨中集中荷载P=（35.6+85.5*2）/4=51.7KN。
最大弯矩M=Pl/4=51.7*2/4=25.9KN·m,M/W=25.9*103/2280=11.4MPa≤205MPa。
最大挠度f=Pl3/（48EI）=0.1mm<[2000/500]=4mm。
剪力：
允许剪力Vmax=94.07*102*2*120=2257.7KN。
支座处剪力最大，剪力V=51.7/2=25.9KN3、提升门架立柱
开启部分重量由16根立柱分担，门架上40b工字钢总重23.6KN，每根立柱荷载P=（302+10*4+35.6*2+23.6）/16=27.3KN偏心受力：
河道的水流对桩身冲击力F1=13.0KN，（河道水流冲击力）作用于水深1/3处（标高-1.23m）。
河道漂浮物如冰块对桩身的撞击力F2=1KN（漂浮物撞击力）作用于水面。
因为钢管桩打设时不是理论上的完全竖直状态，所以取钢管桩存在1%的倾斜度时，钢管的弯矩M0=65.5*（1%*L）=70*（0.01*21.46）=14.1KN·m,L为桩顶至钢管桩反弯点的长度，本次计算取桩顶至有效嵌固深度位置的长度，即L=10+8.2+3.26=21.46m。
水流产生的弯矩M1=13*（8.2*2/3+3.26）=13*8.7=113.1KN·m；
漂流物产生的弯矩M2=1*（8.2+3.26）=11.46KN·m；
则此状态下钢管桩承受的偏心弯矩M=14.1+113.1+11.46=138.7KN·m。
钢结构设计规范5.2.2条对压弯构件稳定性的验算公式如下：
其中单桩实际最大荷载N=32.8kN；
φx——轴心受压杆件稳定系数，按细长比λ=L/i=21470/220=97.6，查表得φ=0.603。
L取钢管桩顶至钢管桩在河床中的有效嵌固深度位置的长度。
钢管顶标高取为11.5m，河床面标高最底为-6.71m，有效嵌固深度值为：
2（d+1）=2×（0.63+1）=3.26m，则L=11.5+6.71+3.26=21.47m。
A-立杆截面积：
φ630*8mm钢管为156.3cm2；βmx=1.0；Mx=138.7KN·m；
γx=1.15；W=2400.4cm3；N'ex=3.142*2.1*105*156.3*102/（1.1*97.62）=3088.5KN。
=32.8*103/（0.603*156.3*102）+1.0*138.7*106/{1.15
*2400.4*103*[1-0.8*（32.8/3088.5）]}=54.2N/mm2≤f=190MPa。
故单桩稳定性符合要求。
计算结果表明，本钢栈桥及钻孔作业平台的钢管桩基础、贝雷梁、工字钢、方木的布距及结构形式均可满足结构及其施工应力要求，整体结构的稳定性好，能够保障施工作业安全。
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