贝雷架便桥设计计算方法.docx

贝雷架便桥设计计算方法.docx

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贝雷架便桥设计计算方法

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贝雷架便桥计算书

第1章设计计算说明

1.1设计依据

①；大桥全桥总布置图（修改初步设计）；

②《铁路桥涵施工规范》（TB10203-2002）；

③《钢结构设计规范》GB50017-2003；

④《路桥施工计算手册》；

⑤《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》；

⑥其他相关规范手册。

1.2工程概况

北大河特大桥：

位于甘肃省嘉峪关市境内，桥梁起点DK711+296.48，桥梁终点DK712+523.05，全长1076.1m。

包括7片12m空间刚构、30片32m简支箱梁、35座桥墩、2座桥台。

北大河特大桥跨越跨越一条河流。

河流水文情况：

北大河兰新铁路便桥河段采用冰沟水文站历年实测最大洪峰流量910立方米/秒。

便桥河段最大洪峰相对应最大流速为3.55米/秒。

共统计2005年——2009年水文资料。

1.3便桥设计

1.3.1主要技术参数

（1）便桥标高的确定：

便桥总长度拟定153米，共设17跨，每跨长度为9米。

墩身高度为7米。

钢管打入河床下8米。

保证在河流冲刷线以下0.5米。

验算栈桥过水能力和流速的校核，已知断面形式b=153mh=7m、底坡i

=0.5%。

粗糙n=0.03校核流量Q.

过水面积A=BH=153*7=1071M2

湿周x=B+2H=167m

水力半径R=A/x=6.41m

谢才系数C=R1/6/n=42.04m1/2/s

流量Q=AC

=3604.8m3/s>910m3/s（该河流五年内最大洪峰流量）满足要求。

（2）荷载确定

桥面荷载考虑以下三种情况：

公路一级车辆荷载；便桥使用中最重车辆9m³的混凝土运输车；便桥架设时履带吊的荷载。

与公路一级车辆荷载比较混凝土运输车的轴重和轴距都非常不利，所以将其作为计算荷载，将履带吊架梁工况作为检算荷载。

1台9m³的混凝土运输车车辆荷载的立面及平明面如下（参考车型：

海诺集团生产HNJ5253GJB（9m³））：

荷载平面图

荷载立面图

P1=6T

P2=P3=17T

合计：

40T

履带吊架梁时荷载立面及平面如下：

履带吊重50t，吊重按15t考虑。

（3）钢弹性模量Es＝2.1×105MPa；

（4）材料容许应力：

1.3.2便桥结构

便桥采用（12+12+9）*3连续梁结构，便桥基础采用φ529*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4榀贝雷架，间距450+2700+450mm，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+885mm，横梁上铺设16b槽钢，槽向向下，间距190mm，在桥面槽钢上焊制φ12mm短钢筋作为防滑设施。

第2章便桥桥面系计算

桥面系计算主要包括桥面纵向分布梁[16b及横向分配梁I20b的计算。

根据上表描述的工况，分别对其计算，以下为计算过程。

2.1混凝土运输车作用下纵向分布梁计算

2.1.1计算简图

纵向分布梁支撑在横向分配梁上，按5跨连续梁考虑，计算简图如下：

弯矩最不利位置

剪力、支点反力最不利位置

2.1.2.计算荷载

计算荷载按三种荷载组合分别计算。

⑴计算荷载：

计算荷载为9m3混凝土运输车，前轴重由8根槽钢承担，每根槽钢承担P1=60000/8=7500N，后轴重同样也由8根槽钢承担，每根槽钢承担P2=170000/8=21250N

2.1.3.结算结果

按上述图示与荷载，计算纵向分布梁结果如下：

Mmax=3.1049KN*m

Qmax=20.797KN

[16b的截面几何特性为：

I=85.3cm4W=17.5cm3

A=25.1cm2A0=10*（65-8.5*2）*2=960mm2

σmax=Mmax/W=3.1049·106/17.5·103=179.5N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=20.797·103/960=21.2N/mm2

<85N/mm2

2.1.4支点反力

R1=68.3N;R2=76.3N;R3=20930N;R4=2988N;R5=5945N;R6=-527.5N

结论：

在9m3混凝土运输车作用下，纵向分布梁采用[16b，间距19cm可满足施工要求！

2.2履带吊作用下纵向分布梁计算

2.2.1.计算简图

履带吊荷载半跨布置时，为最不利荷载，其计算简图如下：

2.2.2计算荷载

单个履带板宽度为700mm，按由4根槽钢承担考虑，履带吊按吊重25t，并考虑1.3的冲击系数与不均载系数，荷载

q=（55+15）*1.3*10000/2/4500/4=25.3N/mm

2.2.3计算结果

按上述荷载与图示，计算结果为：

Mmax=1.539KN*m

Qmax=11.61KN

[16b的截面几何特性为：

I=85.3cm4W=17.5cm3

A=25.1cm2A0=10*（65-8.5*2）*2=960mm2

σmax=Mmax/W=1.539·106/17.5·103=87.9N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=11.61·103/960=12.1N/mm2

<85N/mm2

2.2.4.支点反力

R1=406.3N;R2=-2012N;R3=12782N;R4=21328N;R5=19169N;R6=7281N

结论：

在55t履带吊吊重25t作用下，纵向分布梁采用[16b，间距19cm可满足施工要求！

2.3分配横梁的计算

2.3.1.计算简图

分配横梁按支撑于贝雷架的连续梁计算，荷载由纵向分布梁传递，其计算简图如下：

2.3.2.计算荷载

分配横梁的荷载由纵向分布梁传递，由计算结果可知，最不利荷载为履带吊作用时的荷载，P=24363N。

2.3.3.计算结果

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=25.941KN*m

Qmax=97.669KN

I20b的截面几何特性为：

I=2500cm4W=250cm3

A=39.5cm2A0=9*（200-11.4*2）=1595mm2

σmax=Mmax/W=25.941·106/250·103=103.8N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=97.669·103/1595=61.2N/mm2

<85N/mm2

⑷支点反力

R1=-74.688KNR2=142.47KNR3=-3.76KNR4=132.44KN

结论：

在最不利荷载作用下，分配横梁采用I20b，间距705*3+885mm可满足施工要求！

第3章贝雷架计算

贝雷架按12+12+9m为一联计算，采用平面杆系结构建模，上下弦杆及竖杆使用梁单元BEAM3模拟，斜腹杆使用杆单元LINK1模拟，两片桁架片之间铰接，贝雷架的荷载由分配横梁传递，为模拟移动荷载从而找出不利位置，建模时考虑与分配横梁与纵向分布梁整体建立。

3.1混凝土运输车作用下贝雷架计算

3.1.1最不利荷载位置确定

（1）计算模型

模型按12+12+9m连续梁建模，简图如下：

移动荷载计算建模简图

（2）计算荷载

由分配横梁计算结果得到，P1=43231N，P2=P3=20930N。

（3）结算结果

由计算结果得到，车头距梁端7.95米时，距梁端6.65米位置为上下弦杆最不利截面，车头距梁端12.95米时为端腹杆最不利位置，下图为截面的位移影响线图。

距梁端6.65米截面位移影响线图

距梁端11.91米截面位移影响线图

3.1.2最不利位置贝雷架计算模型

（1）计算模型

模型仍然按12+12+9m连续梁建模，荷载按上述最不利荷载位置施加，简图如下：

上下弦杆最不利荷载位置计算简图

腹杆最不利荷载位置计算简图

（2）荷载为分配横梁反力，其值与移动荷载时相同

P1=43231N,P2=P3=20930N。

3.1.3最不利荷载位置贝雷架计算结果

1、上弦杆计算

Mmax=5.35KN*m对应轴力N=343.9KN

Qmax=49.642KN

Nmax=-343.9KN

2[10的截面几何特性为：

Ix=2*198=396cm4Wx=2*39.7=79.4cm3ix=3.95cm

A=2*12.7=25.4cm2A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2

（1）强度计算：

σmax=N/A+Mmax/W=343.9*1000/2540+5.35·106/79.4·103

=202.8N/mm2<210*1.3=273Mpa

τmax=Qmax/A0=49.642·103/879.8=56.5N/mm2

<85N/mm2

（2）稳定计算：

L=705mm，ix=39.5mm，λ=705/39.5=18，查φx=0.976

βx=1.0γx=1.05

Ncr=16252507

σmax=N/（φx*A）+βxMmax/（γx*Wx）/（1-0.8*（N/Ncr））

=204.2N/mm2<210*1.3=273Mpa

2、下弦杆计算

Mmax=7.29KN*m对应轴力N=-191.76KN

Qmax=67.525KN

Nmax=344.12KN

2[10的截面几何特性为：

Ix=2*198=396cm4Wx=2*39.7=79.4cm3ix=3.95cm

A=2*12.7=25.4cm2A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2

（1）强度计算：

σmax=N/A+Mmax/W=191.76*1000/2540+7.29·106/79.4·103

=167.3N/mm2<210*1.3=273Mpa

τmax=Qmax/A0=67.525·103/879.8=76.8N/mm2

<85N/mm2

（2）稳定计算：

L=705mm，ix=39.5mm，λ=705/39.5=18，查φx=0.976

βx=1.0γx=1.05

Ncr=16252507

σmax=N/（φx*A）+βxMmax/（γx*Wx）/（1-0.8*（N/Ncr））

=168.9N/mm2<210*1.3=273Mpa

3、腹杆计算

Nmax=-213.82KN

I8的截面几何特性为：

Ix=99cm4Wx=25.8cm3ix=3.21cm

A=9.58cm2

（1）强度计算：

σmax=N/A=213.82*1000/958

=223.2N/mm2<200*1.3=260Mpa

（2）稳定计算（平面外稳定因有支撑架，可以不计算稳定）：

L=1400mm，ix=32.1mm，λx=1400/32.1=43.6，

查φy=0.885

σmax=N/（φx*A）=213.82*1000/（0.885*958）

=252.2N/mm2<200*1.3=260Mpa

结论：

在混凝土运输车荷载作用下，贝雷架各杆件强度满足要求。

3.2履带吊作用下贝雷架计算

3.1.1最不利位置贝雷架计算模型

（1）计算模型

模型按12+12+9m连续梁建模，荷载按上述最不利荷载位置施加，简图如下：

上下弦杆最不利荷载位置计算简图

腹杆最不利荷载位置计算简图

（2）最大工况荷载为履带吊插打钢护筒，履带吊自重55t，钢护筒自重及配件等按15t考虑，并考虑冲击系数与不均载系数1.3，跨中荷载分配比例（全偏载）为0.408：

0.173：

0.168：

0.251，梁端荷载分配系数（距一侧30cm）为0.508：

0：

0：

0.492

跨中布载时最不利的贝雷架分配到的荷载为：

q=（55+15）*1.3*10000/4500*0.408=82.51N/mm。

梁端布载时最不利的贝雷架分配到的荷载为：

q=（55+15）*1.3*10000/4500*0.508=102.73N/mm。

3.1.2最不利荷载位置贝雷架计算结果

1、上弦杆计算

Mmax=6.399KN*m对应轴力N=193.03KN

Qmax=71.2KN

Nmax=-523.24KN

2[10的截面几何特性为：

Ix=2*198=396cm4Wx=2*39.7=79.4cm3ix=3.95cm

A=2*12.7=25.4cm2A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2

（1）强度计算：

σwmax=N/A+Mmax/W=193.03*1000/2540+6.399·106/79.4·103

=156.6N/mm2<210*1.3=273Mpa

σmax=N/A=523.24*1000/2540

=206N/mm2<200*1.3=260Mpa

τmax=Qmax/A0=71.2·103/879.8=80.9N/mm2

<160N/mm2

（2）稳定计算：

L=705mm，ix=39.5mm，λ=705/39.5=18，查φx=0.976

βx=1.0γx=1.05

Ncr=16252507

σmax=N/（φx*A）+βxMmax/（γx*Wx）/（1-0.8*（N/Ncr））

=155N/mm2<210*1.3=273Mpa

2、下弦杆计算

Mmax=10.718KN*m对应轴力N=-272.7KN

Qmax=119.1KN

Nmax=523.36KN

2[10的截面几何特性为：

Ix=2*198=396cm4Wx=2*39.7=79.4cm3ix=3.95cm

A=2*12.7=25.4cm2A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2

（1）强度计算：

σmax=N/A+Mmax/W=272.7*1000/2540+10.718·106/79.4·103

=242.3N/mm2<210*1.3=273Mpa

τmax=Qmax/A0=119.1·103/879.8=135.3N/mm2

<160N/mm2

（2）稳定计算：

L=705mm，ix=39.5mm，λ=705/39.5=18，查φx=0.976

βx=1.0γx=1.05

Ncr=16252507

σmax=N/（φx*A）+βxMmax/（γx*Wx）/（1-0.8*（N/Ncr））

=240.2N/mm2<210*1.3=273Mpa

3、腹杆计算

Nmax=-242.32KN

I8的截面几何特性为：

Ix=99cm4Wx=25.8cm3ix=3.21cm

A=9.58cm2

（1）强度计算：

σmax=N/A=242.32*1000/958

=252.9N/mm2<200*1.3=260Mpa

（2）稳定计算（平面外稳定因有支撑架，可以不计算稳定）：

L=1400mm，ix=32.1mm，λx=1400/32.1=43.6，

查φy=0.885

σmax=N/（φx*A）=242.32*1000/（0.885*958）

=285.8N/mm2>200*1.3=260Mpa

端腹杆强度不能满足要求，需对端腹杆加强，加强方式为在工字钢横梁上设置支撑杆，支撑杆支撑到上弦杆位置，减小对端腹杆的压力。

3.1.3腹杆加强后最不利荷载位置贝雷架计算结果

1、腹杆加强示意图

2、上弦杆计算

Mmax=6.522KN*m对应轴力N=189.65KN

Qmax=72.461KN

Nmax=-520.87KN

2[10的截面几何特性为：

Ix=2*198=396cm4Wx=2*39.7=79.4cm3ix=3.95cm

A=2*12.7=25.4cm2A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2

（1）强度计算：

σwmax=N/A+Mmax/W=189.65*1000/2540+6.522·106/79.4·103

=156.8N/mm2<210*1.3=273Mpa

σmax=N/A=523.24*1000/2540

=206N/mm2<200*1.3=260Mpa

τmax=Qmax/A0=72.46·103/879.8=82.3N/mm2

<160N/mm2

（2）稳定计算：

L=705mm，ix=39.5mm，λ=705/39.5=18，查φx=0.976

βx=1.0γx=1.05

Ncr=16252507

σmax=N/（φx*A）+βxMmax/（γx*Wx）/（1-0.8*（N/Ncr））

=158.3N/mm2<210*1.3=273Mpa

3、下弦杆计算

Mmax=11.041KN*m对应轴力N=-273.2KN

Qmax=122.69KN

Nmax=521KN

2[10的截面几何特性为：

Ix=2*198=396cm4Wx=2*39.7=79.4cm3ix=3.95cm

A=2*12.7=25.4cm2A0=2*5.3*（100-8.5*2）=879.8mm2

（1）强度计算：

σmax=N/A+Mmax/W=273.2*1000/2540+11.041·106/79.4·103

=246.6N/mm2<210*1.3=273Mpa

τmax=Qmax/A0=122.69·103/879.8=139.5N/mm2

<160N/mm2

（2）稳定计算：

L=705mm，ix=39.5mm，λ=705/39.5=18，查φx=0.976

βx=1.0γx=1.05

Ncr=16252507

σmax=N/（φx*A）+βxMmax/（γx*Wx）/（1-0.8*（N/Ncr））

=243.2N/mm2<210*1.3=273Mpa

4、腹杆计算

Nmax=-158.67KN

I8的截面几何特性为：

Ix=99cm4Wx=25.8cm3ix=3.21cm

A=9.58cm2

（1）强度计算：

σmax=N/A=158.67*1000/958

=165.6N/mm2<200*1.3=260Mpa

（2）稳定计算（平面外稳定因有支撑架，可以不计算稳定）：

L=1400mm，ix=32.1mm，λx=1400/32.1=43.6，

查φy=0.885

σmax=N/（φx*A）=158.67*1000/（0.885*958）

=187.1N/mm2<200*1.3=260Mpa

端腹杆强度不能满足要求，需对端腹杆加强，加强方式为在工字钢横梁上设置支撑杆，支撑杆支撑到上弦杆位置，减小对端腹杆的压力。

结论：

在履带吊荷载作用下，贝雷架端部加强后，强度满足要求。

第4章横梁及钢管桩计算

3.1.横梁计算

3.1.1履带吊工作状态偏心15cm

1、计算简图

2、计算荷载

计算荷载考虑55t履带吊重15t工作状态下，冲击系数与不均载系数按1.3采用，q=（55+15）*1.3*10000/2/700=650N/mm

3、计算结果

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=86.63KN*m

Qmax=434KN

2I32b的截面几何特性为：

I=11620*2=23240cm4W=726*2=1452cm3

A=73.4*2=146.8cm2A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2

σmax=Mmax/W=86.63·106/1452·103=59.7N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=434·103/6670=65.1N/mm2

<85N/mm2

4、支点反力

R1=453.78KNR2=191.35KNR3=385.53KN

结论：

履带吊在偏心15cm工作状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！

3.1.2履带吊工作状态（无偏心）

1、计算简图

2、计算荷载

计算荷载取用偏心时计算荷载，q=（55+15）*1.3*10000/2/700=650N/mm

3、计算结果

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=79.76KN*m

Qmax=399.63KN

2I32b的截面几何特性为：

I=11620*2=23240cm4W=726*2=1452cm3

A=73.4*2=146.8cm2A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2

σmax=Mmax/W=79.76·106/1452·103=55N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=399.63·103/6670=59.9N/mm2

<85N/mm2

4、支点反力

R1=419.41KNR2=191.84KNR3=419.41KN

结论：

履带吊在无偏心工作状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！

3.1.3履带吊偏心60cm走行状态

1、计算简图

2、计算荷载

计算荷载考虑55t履带吊走行状态下，冲击系数按1.2采用，q=55*1.2*10000/2/700=471.4N/mm

3、计算结果

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=140.19KN*m

Qmax=317.45KN

2I32b的截面几何特性为：

I=11620*2=23240cm4W=726*2=1452cm3

A=73.4*2=146.8cm2A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2

σmax=Mmax/W=140.19·106/1452·103=96.5N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=317.45·103/6670=47.6N/mm2

<85N/mm2

4、支点反力

R1=337.22KNR2=304.16KNR3=139.24KN

结论：

履带吊在偏心60cm走行状态下，横梁采用2I32b，可满足施工要求！

3.1.4履带吊走行状态（无偏心）

1、计算简图

2、计算荷载

计算荷载取用偏心时计算荷载，q=55*1.2*10000/2/700=471.4N/mm

3、计算结果

按上述荷载与计算简图计算，计算结果为：

Mmax=127.71KN*m

Qmax=202.58KN

2I32b的截面几何特性为：

I=11620*2=23240cm4W=726*2=1452cm3

A=73.4*2=146.8cm2A0=2*11.5*（320-15*2）=6670mm2

σmax=Mmax/W=127.71·106/1452·103=88N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=202.58·103/6670=30.3N/mm2

<85N/mm2

4、支点反力

R1=222.36KNR2=335.9KNR3=222.36KN

结论：

履带吊在无偏心走行状态下