浅水区水上钢栈桥结构受力计算书.docx

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浅水区水上钢栈桥结构受力计算书

浅水区水上钢栈桥结构受力计算书

南通港洋口港区陆岛通道

黄海大桥工程SG-1合同段项目部

浅水区水上钢栈桥结构受力

计算书

计算：

复核：

审核：

审批：

编制时间：

栈桥计算书

一、工程概况

拟建黄海大桥是洋口港区开发建设的四大系统之一——陆岛通道的控制性工程，施工图设计桥梁建设总长度10050m，位于浅水区长度为6090m、标准跨径30m的组合箱梁直线桥，及位于深水区直线段长2960m、曲线段长1000m、标准跨径40m的组合箱梁桥构成。

本合同段浅水区桥梁基础工程量大，施工工期紧、要求栈桥能覆盖整个浅水区引桥。

以便减少水位对本工程下部结构施工的干扰和限制。

水上栈桥不仅承担大量的交通运输任务，而且还承担着浅水区各个桥墩下部构造施工操作平台的任务，变水上施工为陆上施工，同时也是人员撤离的通道。

栈桥沿浅水区桥梁左侧布置，长6096m、标准宽7m，栈桥在每个桥墩处设置500×1500cm支平台，以满足桥墩施工时设备的布置和错车需要。

栈桥轴线离主桥轴线距离为13.5m，栈桥标高为9.6m，每隔约1.5km设倒车平台一座。

二、栈桥设计

1、栈桥承载力满足：

80t履带吊在桥面行走、在桩位顶部起吊15t重量；30t砼罐车错车；汽超－20、汽挂－120单列通行设计。

2、调头平台的宽度设置满足车辆调头的要求；

3、栈桥的平面位置不妨碍钻孔桩、承台和墩身施工要求和满足整个浅水区施工期间的作业要求；

4、栈桥的基本跨度位15m，栈桥标高按10年一遇潮水位设计，栈桥长度6096m；

5、栈桥每隔约1500m设置一道调头平台，平台宽5m，长30m。

6、栈桥上砼罐车的设计行走速度为10km/h。

三、结构形式

栈桥结构自上而下依次为：

满铺δ10花纹钢板桥面；I16纵向分配梁，布置间距35cm；I32b横向分配梁，布置间距1.5m，长度为7.5m；纵梁选用3组“321”军用贝雷梁，两侧贝雷片主梁为双排单层，中间贝雷片主梁为单层三排；2I56a下横梁，长为7.2m；Φ800×8mm钢管桩，桩间距为6m。

栈桥两侧设栏杆，在栏杆外布置同水、通电管道。

栈桥前端码头结构形式从上到下依次为：

满铺δ10花纹钢板面层；Ⅰ16纵向分配梁，间距0.35m；Ⅰ36a横向分配梁，间距1.5m；纵梁选用“321”贝雷梁7组、每组2片；下横梁采用2I56a；桥墩采用桩基排架，钢管桩为Φ800×8mm、间距为6m,桩长根据河床承载力变化而变化。

四、设计条件

1.1水文气象条件

1.1.1设计潮水位

设计高水位：

6.89m（高潮累积频率10％）。

设计低水位：

0.81m（低潮累积频率90％）。

1.1.2设计流速

水流流速：

1.5m/s

1.1.3风

全年主导风向为SE向，频率9.7%左右，最大风速为32.6m/s。

1.2地质条件

设计地质条件见《南通洋口港区陆岛通道工程5km浅水引桥段工程地质勘查报告》。

五、设计荷载

1、上部结构恒重（7.5米宽计算）

⑴δ10钢板：

7.5×1×0.01×7.85×10=5.888KN/m

⑵I16纵向分配梁:

5KN/m

⑶I32a横向分配梁:

2.6KN/m

⑷贝雷梁:

1KN/m

⑸2I56a下横梁:

15.9KN/根

2、活荷载

a、30t砼罐车（需在栈桥上错车）、汽超－20、挂－120。

b、800kN履带吊:

自重750kN+吊重150kN，在栈桥上空载行走，定点（钢管桩附近）进行起吊作业（见栈桥支平台平面布置图）。

c、施工荷载及人群荷载：

4KN/m2

d、500kN履带吊：

自重500KN，需要在栈桥和栈桥支平台指定位置（靠近钢管桩附近）空载错车（见栈桥支平台平面布置图）。

e、500KN履带吊在栈桥支平台指定位置吊重150KN作业（见栈桥支平台平面布置图）。

履带着地面积812×6385mm

履带中心距4200m

空载时履带最大接地比压0.076Mpa

整机重量为75t

⑶施工荷载及人群荷载：

4KN/m2

考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距不小于15米，即一跨内同方向最多只布置一辆重车，施工荷载及人群荷载与活荷载不参加组合。

3、各构件规格及其几何性质如下

3.1、桩：

φ800×8

A＝1.99×10-2m2I＝1.56×10-3m4W＝3.9×10-3m3

3.2、下横梁：

2I56

A＝2.7×10-2m2I＝13.2×10-4m4W＝4.68×10-3m3

3.3、横向分配梁：

I32a横向分配梁间距1500mm

A＝6.7×10-3m2I＝1.1×10-4m4W＝6.92×10-3m3

3.4、纵向分配次梁：

I16纵向分配梁间距350mm

A＝2.61×10-3m2I＝1.13×10-5m4W＝1.41×10-4m3

3.5、面板：

t=10mm

六、结构各构件强度验算

1、面板计算

1）有效板宽bc计算：

故有效板宽bc=0.48m，由于b/l2，故按两边简支单向板计算。

2）恒载计算

面板自重：

q1=0.480.0178.5=0.377kN/m

3）活载计算

a、汽超－20q2=70/（0.60.2）0.2=117kN/m

b、汽挂－120q3=75/1=75kN/m

c、30t砼车q4=60/（0.60.2）0.2=100kN/m

d、80t履带吊q5=0.181030.48=86.4kN/m

4）荷载组合

由上述计算可知，面板按汽超－20控制

q=q1+q2=0.377+100=117.4kN/m

5）强度验算

M=1/8ql2=1/8117.40.352=1.44kNm

W=bh2/6=0.480.012/6=8.010-6m3

σmax＝M/W

＝1.44106/8.0103＝180Mpa<σ＝1.4[σ]=1.4145=200Mpa

所以钢面板满足要求。

2、I16纵向分配次梁

1）恒载计算

面板自重：

q1=0.350.0178.5=0.275kN/m

I16自重：

q2=0.205kN/m

2）活载计算

a、30t砼车p1=60/0.60.35=35kN

b、汽超－20q2=70/0.60.35=41kN

c、汽挂－120q3=75/10.35=26.3kN

d、80t履带吊q4=0.181030.35=63kN/m

3）荷载组合

q=q1+q2=0.275+0.205=0.48kN/m

q’=q1+q2+q3=0.275+0.205+63=63.48kN/m

p=p1=41kN

4）强度验算

汽超－20砼车

M=1/4pl+1/8ql2=1/4411.5+1/80.482.02=15.62kNm

80t履带吊

M=1/8q’l2=1/863.481.52=31.74kNm

由上述计算可知，I16纵梁按80t履带吊控制。

考虑面板参与次梁承担荷载作用，抵抗矩计算如下：

计算翼缘宽度bf'=b+12hf'=6+1210=126mm

σmax＝M/W＝31.74106/205103

＝155Mpa<[σ]＝160Mpa

所以I16纵梁满足要求。

3、I32横向分配梁

汽挂－120有两个车轮作用在I32横向分配梁的跨中时弯矩为最不利，不考虑I16的分布作用，计算示意图如下。

Mmax=1/4×140×2.55=89.25kN.m

汽挂－120有三个车轮作用在I32横梁时，剪力最大：

Qmax=300kN

σmax＝M/W＝89.25106/692103

＝129Mpa<[σ]＝160Mpa

τmax=Q/A=30103/6.7102=44.8Mpa<[τ]＝85Mpa

4、贝雷梁内力计算

计算跨径为L计=15m（按简支计算）。

〈1〉弯矩M:

a、汽车－超20级重车会车，通过分析轴力如下图布置时产生的弯矩最大：

Mmax=（0.25×80+90×15/4+90×6.1/2）×1.97

=1245kN.m

b、履带-80布置在跨中时，两侧贝雷片所承受的荷载弯矩最多。

履带-80履带接触桥面长度为5.5m，近似按集中荷载计算:

Mmax=76.8×5.5/2×4.75+76.8×5.5×5.5/8=1293.6kN.m

C、挂-120时，如下图布置时弯矩最大：

Mmax=75×2.8×9.8=2058kN.m

〈2〉对支点剪力Q:

a、汽车－20重车行驶临近支点会车时剪力最大：

Qmax=（70+70×13.6/15+60×6.6/15+60×5.2/15+30×2.2/15）

×1.97=365kN

b、履带-80+150kN前方临近支点时:

Qmax=12.25/15×478.5=391kN

c、挂-120临近支点时

Qmax2=210×（1+13.8/15+9.8/15+8.6/15）=661kN

通过上述计算，栈桥纵梁设置3道贝雷片，两侧为单层双排，中间为单层三排。

5、2I56a下横梁内力

汽挂－120车轮作用在横梁正上方的栈桥中央（横桥向）时，下横梁受力最大。

Pmax=600kN

Mmax=0.25×6000×6=900kN.m

Wx=4684cm3

σ=Mmax/Wx=900×103/4684=192.3MPa<[σ]=215MPa

6、单桩最大承载力

a、汽超-20会车时，如下布置时单桩最承受力最大：

P=335.07+80.53=415.6kN

b、履带-80+吊重150kN时如下布置最不利：

P=408.75×（1+1.8/6）=531.4kN

C、挂-120时最不利位置如下图所示：

P=771.9kN

上部恒组合为:

180kN

按单桩承载力950kN计算

（1）、钢管立柱计算λ

σ=P/A=47.3MPa<[σ]=215MPa

由于钢管桩的细长比较小，不考虑折减系数。

（2）、钢管桩入土深度：

根椐经验考虑冲刷1米。

据P=（UΣqfiLi+qRA）/1.65

950＝{π×0.8×55Li+1.12×[200+2.1×15×（Li-3）]}/1.65

Li=11.3m

取L=12.3m