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1、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5297mm和6308mm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

2、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 （JTG D60-2004）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 （JTJ0412000）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

3、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33.05 kg/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67.56 kg/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0.5m0.2m）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

4、寸单位：m）主要指标单位履带-50车辆重力kN500履带数或车轴数个2各条履带压力或每个车轴重力kN56 kN/m履带着地长度或纵向轴距m4.5每个车轴的车轮组数目组-履带或车轮横向中距m2.5履带宽度或每对车轮着地宽和长m0.7图4、50T履带吊主要技术指标3）施工荷载及人群荷载：4kN/m23 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

5、）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0.5m0.2m，单组车轮作用在2根I12.6上，则单根I12.6受到的荷载为：q1=1/2150kN /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=

6、14.33cm2,Ix/Sx=8.68(Ix=245cm4，Sx=28.2cm3)，b=0.45cm。=M/Wx=8.2kNm /49cm3103=167.3MPa1.3=1.3145188.5 MPa=QS/Ib=37.54*10/14.33/0.45=58.2Mpa1.3=1.3145188.5 MPa=QS/Ib=44.4*10/18.9/0.75=31.3MPa1.3=1.385110.5 MPa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+1.98 kN /0.75 m4.4

7、 kN/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(

8、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85T10/4.5m=188.9 kN/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

9、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=788.24=3152.8kN.m，容许剪力Q=245.24980.8kN。Mmax=1804kN.mM= 3152.8kN.m Qmax=909.38kNQ 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

10、计算模型图27 计算结果(Qmax494.4kN，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=247.2kNm，Qmax=494.4kN进行桩顶承重梁的截面设计。Wx= Mmax/= 247.2kNm /145 Mpa=1705cm3A= Qmax/=494.4kN/85 Mpa=58.2cm2选用2I40a,查钢结构计算手册得各相关力学参数如下：W=21085.7cm3=2171.4cm3,A=286.07=172.14cm2,I/S=34.4(I=21714cm4，S=631.2cm3)，b=1.0522.1cm，下面对其强度进行验算：=M/W=2

11、47.2kNm /2171.4cm3103=113MPa1.3=QS/Ib=494.4*10/34.4/2.1=68.4MPa 1.3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(Qmax241.67kN，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329.56

12、kN。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Nm振动频率激振力kN机重kg允许拔桩力KN450206120033841001804.1 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

13、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85110（取100）3545（取40）5.554.5512-2淤泥质粉质黏土5070（取60）1525（取20）4.55-12.6517.28-1强风化砾岩28090-12.65-15.152.58-2中风化砾岩-15.15-23.658.5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

14、中（因端部摩阻力很小，计算时不予考虑），则有：（单排桩）329.56kN1/1.451.979（401+20LX）求解得：LX10.1m。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）247.17kN1/1.451.662（401+20LX）求解得：LX18.7m。（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=kAv2/(

15、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；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=kAv2/(2g) 0.8（0.52915）102229.8112.9kN4.3 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）6308mm钢管桩Wx=4800.785cm3，A=15

16、6.326cm2。回转半径rx=21.992cm长细比=l0/rx=2230/21.992=101查钢结构设计规范附表17得稳定系数=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。=M/W=4.3kN.m /178.04cm3=24.1MPa=1401.3 =182 Mpa；=851.3=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。