栈桥计算书.docx

1、栈桥计算书栈桥计算书 目 录 三、设计参数 2 四、计算内容 2 五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力 2 1、贝雷片截面特性 2 2、贝雷梁桥几何特征 2 3、桁架容许内力表 3 六、施工栈桥计算 3 1、设计荷载 3 1.1、50t 履带吊机 3 1.2、30t 重载汽车 4 1.3、贝雷片自重 4 1.4、砼桥面板自重 4 1.5、汽车制动力及冲击荷载 4 1.6、风荷载 4 1.7、水流压力 5 2、砼面板计算 5 2.1、荷载计算 5 2.2、内力计算 5 2.3、配筋计算 5 2.4、抗剪计算 6 3、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算)6 3.1、荷载组合 6 3.2

2、、结构及边界条件模拟 7 3.3、荷载工况组合 7 3.4、贝雷桁架内力计算 8 3.5、分配梁计算 9 3.6、钢管桩反力计算 10 3.7、钢管桩强度及稳定性计算 11 4、钢管桩基础计算 12 4.1、单桩荷载 12 4.2、钢管桩外形尺寸 12 4.3、钢管桩容许承载力计算公式 12 4.4、钢管桩计算 12 5、施工栈桥主栈桥整体稳定性分析 14 6、变宽段分配梁计算 14 6.1、分配 F3梁计算 15 6.2、分配 F2梁计算 16 7、6m 宽支栈桥计算 17 7.1、砼面板计算 17 7.2、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算)17 7.3、钢管桩基础计算 2

3、2 7.4、支栈桥整体稳定性分析 22 三、设计参数三、设计参数 1、设计行车速度：15km/h 2、设计荷载：300kN 重载汽车；500kN履带吊机+200kN吊重 3、栈桥桥宽：0.45m(施工用管线槽、栏杆)+8.0m(行车道)+0.45m(施工用管线槽、栏杆)=8.9m 4、正常使用风力：6级风，相应风速 14m/s 最大抵抗风力：12 级风，相应风速 40m/s 5、设计最高水位：+17.500m 四、计算内容四、计算内容 栈桥砼桥面板、贝雷桁架、分配梁、钢管桩内力计算及其基础承载力、栈桥整体稳定性。五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力五、贝雷梁几何特性及桁架容许内力 1、贝雷片截面特

4、性、贝雷片截面特性 杆件名 材 料 桥断面型式 横断面积（cm2）理论容许承载力（kN）弦杆 16Mn 10 2 12.7 560 竖杆 16Mn I8 9.52 210 斜杆 16Mn I8 9.52 171.5 2、贝雷梁桥几何特征、贝雷梁桥几何特征 结构构造 W（cm3）I（cm4）单排单层 不加强 3578.5 250497.2 加强 7699.1 577434.4 双排单层 不加强 7157.1 500994.4 加强 15398.3 1154868.8 三排单层 不加强 10735.6 751491.6 加强 23097.4 1732303.2 注：表中数值为半边桥之值，全桥时应乘

5、以 2 3、桁架容许内力表、桁架容许内力表 桥型 不加强桥梁 加强桥梁 容许内力 单排 双排 三排 单排 双排 三排 单层 单层 单层 单层 单层 单层 弯矩（kN m）788.2 1576.4 2246.4 1687.5 3375 4809.4 剪力（kN）245.2 490.5 698.9 245.2 490.5 698.9 六、施工栈桥计算六、施工栈桥计算 1、设计荷载、设计荷载 1.1、50t 履带吊机履带吊机 吊机自重 G1=500kN,最大吊重 G2=200kN 履带吊机自重 500.00（kN）最大吊重 200.00（kN）履带尺寸 长 4.660（m）宽 0.760（m）履带中

6、心间距 2.54(3.54)（m）履带吊机空载地基压应力 70.59（kN/m2）履带吊机最大吊重最大平均地基压应力 148.24（kN/m2）1.2、30t 重载汽车重载汽车 一辆汽车总重力 前轴荷载（kN）中轴荷载（kN）后轴荷载（kN）300 60 120 120 轴距（m）前轮轮距（m）后轮轮距（m）车轮着地宽度（m）41.4 1.8 1.8 0.3（前）0.6(中后)1.3、贝雷片自重、贝雷片自重 单片贝雷梁自重 3.1kN，横断面布置 8 排，单跨长度 L=12m 1.4、砼桥面板自重、砼桥面板自重 主栈桥桥面板宽 8m，每延米桥面板自重：0.2 8 25=40 kN/m 支栈桥桥

7、面板宽 6m，每延米桥面板自重：0.2 6 25=30 kN/m 1.5、汽车制动力及冲击荷载、汽车制动力及冲击荷载 汽车制动力：300 0.1=30 kN 汽车荷载冲击系数：=15/(37.5+L)=15/(37.5+12)=0.30 1.6、风荷载、风荷载 横向风压计算：WK1K2K3K4W0，式中 W0=V2/1600 V=14m/s（风速，风力 6 级）V=40m/s（风速，风力 12 级）W0=0.12（kN/m2 基本风压，6级风）W0=1.00（kN/m2 基本风压，12级风）K1=1.0（设计风速频率转换系数）K2=1.3（风载体形系数，桁架）K3=1.0 （风压高度变化系数）

8、K4=1.0 （地形、地理条件系数）W=K1K2K3K4W0=1.0 1.3 1.0 1.0 0.12=0.16 kN/m2(6 级风)=1.0 1.3 1.0 1.0 1=1.30 kN/m2(12 级风)作用在单跨桁架上的横向风荷载：迎风面积 S=12 1.7 0.4=8.16 m3（桁架，受风荷载面积系数 0.4）作用于桁架的风荷载 F=W S=0.16 8.16=1.31 kN（6级风）=1.30 8.16=10.61 kN（12级风）1.7、水流压力、水流压力 施工栈桥位于湖泊中，基本无流速，水流压力忽略不计 2、砼面板计算、砼面板计算 2.1、荷载计算、荷载计算 汽车后轮单个轮压荷

9、载：F1=120/2=60 kN 履带吊机偏载着地压力：F2=(500+200)0.75=525 kN 2.2、内力计算、内力计算 汽车单个后轮作用于栈桥桥面中心时桥面板承受最大弯矩：Mmax=F1l/4-(F1/a)a2/8=60 1.5/4-60/0.4 0.42/8=19.5 kN m 混凝土桥面板承受最大剪力：Qmax=F1=60 kN 2.3、配筋计算、配筋计算 混凝土桥面板有效宽度：a=a1+l/3=200+1500/3=700 mm 混凝土桥面板高度：h=200 mm 受拉钢筋到受拉区混凝土边缘距离：as=18 mm 受压钢筋到受压区混凝土边缘距离：as=18 mm 混凝土桥面板

10、有效高度 h0=200-18=182 mm 混凝土选用 C30，fc=14.3N/2,ft=1.43N/2，1=1,b1=0.8 钢筋选用 HRB335 级钢，fy=fy=300N/2，b=0.550 单筋矩形截面在纵向受拉钢筋达到充分发挥作用或不出现超筋破坏所能承受的最大弯矩设计值：=1 14.3 700 1822 0.55(1-0.5 0.55)10-6=132.21 kN m 混凝土桥面板设计弯矩 Md=19.5kN m Mu,max，按单筋矩形截面求配筋：需要的钢筋面积：1 14.3 700/300 182-(1822-2 19.5/1/14.3/700)1/2=368.31 mm2

11、取钢筋直径16mm，实际取用钢筋数量：3根 实际配筋面积 Aa=162/43=603.19 mm2 构造最少配筋 As,min=0.00215 700 200=301 mm2 Aa 2.4、抗剪计算、抗剪计算 混凝土桥面板截面剪力：V=0.7hftah0=0.711.43(200+200)182/1000=72.87 kNQmax=60 kN 混凝土桥面无需进行箍筋和弯起钢筋配置。3、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算采用有限元程序计算)3.1、荷载组合、荷载组合 50t 履带吊机与汽车可同时在同一跨栈桥上行使，栈桥荷载按履带吊机偏载、两辆汽车会

12、车、履带吊机和一辆汽车在同一跨栈桥上，三种荷载进行分析，取对栈桥产生最不利荷载进行受力计算。荷载组合 1：履带吊机偏载(竖向荷载)均布荷载(恒载)：40 kN/m 均布荷载(活载)：700 0.75/4.66=112.67 kN/m 荷载组合 2：两辆汽车会车(竖向荷载、两车道)均布荷载(恒载)：40 kN/m 集中荷载(活载)：120 1.3 2=312 kN(中、后轴轴重)两车道 60 1.3 2=156 kN(前轴轴重)两车道 荷载组合 3：履带吊机和一辆汽车 均布荷载(恒载)：40 kN/m 均布荷载(活载)：700 0.75/4.66=112.67 kN/m 集中荷载(活载)：120

13、 1.3=156 kN(中、后轴轴重)60 1.3=78 kN(前轴轴重)3.2、结构及边界条件模拟、结构及边界条件模拟 建模结构为三跨连续梁进行计算，栈桥各个结构构件采用梁单元模拟，分配梁与贝雷梁主桁采用铰接，分配梁与钢管桩采用铰接；钢管桩底按铰结考虑，荷载按实际计算值加载。计算模型 3.3、荷载工况组合、荷载工况组合 工况 1：结构自重+吊机在跨中偏载(侧向)吊重+风荷载(风速 14m/s,风力 6 级)工况 2：结构自重+吊机在墩顶一侧偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s,风力 6 级)工况 3：结构自重+吊机在连续墩中间墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s，风力 6 级)工况

14、 4：结构自重+吊机在连续墩边墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s 风力 6级)工况 5：结构自重+吊机在制动墩边墩墩顶偏载(侧向)+风荷载(风速 14m/s 风力 6级)工况 6：结构自重+汽车荷载(双向车道,相邻跨不得同时出现车辆,按集中力加载)+风荷载(风速 14m/s,风力 6级)工况 7：结构自重+吊机偏载(侧向)+汽车荷载(一辆汽车，按集中力加载，相邻跨不得同时出现车辆,)+风荷载(风速 14m/s,风力 6 级)工况 8：结构自重+风荷载(风速 40m/s,风力 12级)3.4、贝雷桁架内力计算、贝雷桁架内力计算 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 1 作用下贝雷梁弯矩

15、最大，在工况 2作用下贝雷梁剪力最大。贝雷梁最不利弯矩图（kN m）贝雷梁最不利剪力图（kN）贝雷梁最大弯矩 Mmax=482.4 kN m 788.2 kN m 贝雷梁最大剪力 Qmax=183.3 kN 245.2 kN 3.5、分配梁计算、分配梁计算 3.5.1、分配梁 F1计算 分配梁 F1采用 2I32b，截面特性如下：型号 A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sx b(cm)2I32b 146.9 23242 1452.6 27.1 2.3 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 3 作用下分配梁 F1弯矩最大，在工况 4作用下分配梁 F1剪力最大。分配梁 F1最不利弯矩图

16、（kN m）分配梁 F1最不利剪力图(kN)分配梁 F1弯矩 Mmax=152.6kN m，剪力 Qmax=353.2kN =M/W=152.6/1452.6103=105.05 MPa 170MPa =QmaxS/Ib=329.7/(27.12.3)10=52.90 MPa 100MPa 3.5.2、分配梁 F2计算 分配梁 F2采用 2HN450 200，截面特性如下：型号 A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sx b(cm)2HN450 200 194.82 67400 3000 39.8 1.8 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 5 作用下分配梁 F2的弯矩和剪力最大。分

17、配梁 F2最不利弯矩图（kN m）分配梁 F2最不利剪力图（kN）分配梁 F2弯矩 Mmax=418.9kN m，剪力 Qmax=373.5kN =M/W=418.9/3000103=139.63 MPa 170 MPa =QmaxS/Ib=373.5/(39.81.8)10=52.14 MPa 100 MPa 3.6、钢管桩反力计算、钢管桩反力计算 钢管桩采用 6008mm 钢管，其截面特性如下：规格 每米重量 截面积 惯性矩 回转半径 截面矩（mm)(kg/m)A(cm2)I(cm4)i(cm)W(cm3)600 8 116.8 148.79 65192.0 20.9 2173.1 采用有

18、限元程序整体建模计算得出在工况 4 作用下连续墩墩底反力最大为693.5kN，在工况 5作用下制动墩墩底反力最大为 395.2kN。连续墩墩底反力图（kN）制动墩墩底反力图（kN）3.7、钢管桩强度及稳定性计算、钢管桩强度及稳定性计算 钢管桩截面积：A=(D2-(D-2d)2)/4=(6002-(600-2 8)2)/4=14878.6 mm2 钢管桩计算长度：l=10.5m；K1=连接系惯性矩/钢管桩惯性矩=4487.1/65192.0=0.069,K2=10 查表得计算长度系数：u=1.78 长细比：=ul/i=1.7810.5/20.9100=89.4 =130 轴心受压构件稳定系数：查

19、表得=0.718=N/A=693.5/0.71814878.61000=64.92 MPa 170 MPa 4、钢管桩基础计算、钢管桩基础计算 4.1、单桩荷载、单桩荷载 钢管桩连续墩最大轴向力：693.5kN，制动墩最大轴向力：395.2kN。实际单桩控制荷载：连续墩取 700kN，制动墩取 420kN。4.2、钢管桩外形尺寸钢管桩外形尺寸 钢管桩采用外径：D=600mm，壁厚 d=8mm 钢管桩采用内径：ds=(600-2 8)/1000=0.584 m 钢管桩桩底投影面积:A=D2/4/106=0.283 m2 钢管桩周长:U=D/1000=1.885 m 4.3、钢管桩容许承载力计算公

20、式、钢管桩容许承载力计算公式 钢管桩单桩容许承载力：P=(sUili+pAR)/2 敞口桩侧阻挤土效应系数 s 钢管桩内径 600 700 800 900 1000 s 1 0.93 0.87 0.82 0.77 s，侧阻挤土效应系数：1 p，桩底端闭塞效应系数：0.8s=0.8 4.4、钢管桩计算、钢管桩计算 a.取制动墩 28#桩计算，单桩承载力为P=420kN，地面标高：11.273m，桩顶标高：17.030m 土层参数表 土层代码 土层名称 土层厚度 桩侧极限摩阻力 i(kPa)桩端极限承载力 R(kPa)1 淤泥 1.393 20 0 2 淤泥质土 10.576 25 1000 3

21、卵石层 4.070 160 7000 4 残积土 1.194 60 5000 5 强风化泥质粉砂岩 4.292 160 4500 第一层淤泥层提供的桩侧极限摩阻力：sU1l1=11.885201.393=52.52 kN 桩端极限承载力：pAR=0.80.2830=0 kN 桩侧实际极限摩阻力：52.52 kN 第二层淤泥质土层提供的桩侧极限摩阻力：sU2l2=11.8852510.576=498.39 kN 桩端极限承载力：pAR=0.80.2831000=226.4 kN 钢管桩底承载力：(2 420-52.52-0)/2=393.74 kN 453.72 kN，钢管桩进入下一土层，桩侧实

22、际极限摩阻力为 453.72kN 第三层中砂层提供的桩侧极限摩阻力：sU3l3=11.885350.728=48.03 kN 桩端极限承载力：pAR=0.80.283 3000=679.2 kN 钢管桩底承载力：(2 700-62.92-453.72-226.2)/2=328.58 kN 48.03 kN，钢管桩进入下一土层，桩侧实际极限摩阻力为 48.03kN 第四层卵石层提供的桩侧极限摩阻力：sU4l4=11.8851604.649=1402.14 kN 桩端极限承载力：pAR=0.80.2837000=1584.8 kN 钢管桩底承载力：(2 700-62.92-453.72-48.03

23、-62.92-453.72-48.03)/2=135.33 kN 5，满足要求 6、变宽段分配梁计算、变宽段分配梁计算 履带吊机在变宽段上作业时，侧向最大吊重为 100kN，工况组合与主栈桥相同，采用有限元程序整体建模计算。6.1、分配、分配 F3 梁计算梁计算 分配梁 F3采用 2I32b，截面特性如下：型号 A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sx b(cm)2I32b 146.9 23242 1452.6 27.1 2.3 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 3 作用下分配梁 F3弯矩最大，在工况 4作用下分配梁 F3剪力最大。分配梁 F3最不利弯矩图（kN m）分配梁 F3

24、最不利剪力图（kN）分配梁 F3弯矩 Mmax=194.1kN m，剪力 Qmax=459.5kN =M/W=194.1/1452.6103=133.62 MPa 170MPa =QmaxS/Ib=459.5/(27.12.3)10=73.72 MPa 100MPa 6.2、分配、分配 F2 梁计算梁计算 分配梁 F2采用 2HN450 200，截面特性如下：型号 A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sx b(cm)2HN450 200 194.82 67400 3000 39.8 1.8 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 5 作用下分配梁 F2的弯矩和剪力最大。分配梁 F2最不

25、利弯矩图（kN m）分配梁 F2最不利剪力图（kN）分配梁 F2弯矩 Mmax=318.4kN m，剪力 Qmax=308.6kN =M/W=318.4/3000103=106.13 MPa 170 MPa =QmaxS/Ib=308.6/(39.81.8)10=43.76 MPa 100 MPa 7、6m 宽支栈桥计算宽支栈桥计算 7.1、砼面板计算、砼面板计算 支栈桥混凝土桥面板计算和主栈桥相同 7.2、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算、贝雷梁主桁、分配梁及钢管桩计算(采用有限元程序计算采用有限元程序计算)7.2.1、荷载组合 支栈桥荷载按履带吊机偏载、一辆汽车作用在栈桥上，两种荷载进行分析

26、，取对栈桥产生最不利荷载进行受力计算。荷载组合 1：履带吊机偏载(竖向荷载)均布荷载(恒载)：30 kN/m 均布荷载(活载)：700 0.75/4.66=112.67 kN/m 荷载组合 2：一辆汽车(竖向荷载)均布荷载(恒载)：30 kN/m 集中荷载(活载)：120 1.3=156 kN(中、后轴轴重)60 1.3=78 kN(前轴轴重)7.2.2、结构及边界条件模拟 建模结构为三跨连续梁进行计算，栈桥各个结构构件采用梁单元模拟，分配梁与贝雷梁主桁采用铰接，分配梁与钢管桩采用铰接；钢管桩底按铰结考虑，荷载按实际计算值加载。计算模型 7.2.3、贝雷梁内力计算 支栈桥贝雷梁加载工况、内力计

27、算与主栈桥相同：在工况 1 作用下贝雷梁弯矩最大，在工况 2作用下贝雷梁剪力最大。贝雷梁最不利弯矩图（kN m）贝雷梁最不利剪力图（kN）贝雷梁最大弯矩 Mmax=437.7 kN m 751 kN m 贝雷梁最大剪力 Qmax=161.6 kN 245 kN 7.2.4、分配梁计算 a.分配梁 F4计算 分配梁 F4采用 2I32b，截面特性如下：型号 A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sx b(cm)2I32b 146.9 23242 1452.6 27.1 2.3 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 3 作用下分配梁 F4弯矩最大，在工况 4作用下分配梁 F4剪力最大。分配

28、梁 F4最不利弯矩图（kN m）分配梁 F4最不利剪力图(kN)分配梁 F4弯矩 Mmax=169.1kN m，剪力 Qmax=417.8kN =M/W=169.1/1452.6103=116.41 MPa 170MPa=QmaxS/Ib=417.8/(27.12.3)10=67.03 MPa 100Mpa b.分配梁 F2计算 分配梁 F2采用 2HN450 200，截面特性如下：型号 A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)Ix：Sx b(cm)2HN450 200 194.82 67400 3000 39.8 1.8 采用有限元程序整体建模计算得出在工况 5 作用下分配梁 F2的弯矩和剪

29、力最大。分配梁 F2最不利弯矩图（kN m）分配梁 F2最不利剪力图（kN）分配梁 F2弯矩 Mmax=430.8kN m，剪力 Qmax=345.8kN =M/W=430.8/3000103=143.6 MPa 170MPa=QmaxS/Ib=345.8/(39.81.8)10=48.27 Mpa 100Mpa 7.2.5、钢管桩反力计算 采用有限元程序整体建模检算得出在工况 4 作用下连续墩墩底反力最大为739.7kN，在工况 5作用下制动墩墩底反力最大为 362.8kN。连续墩桩底反力图(kN）制动墩桩底反力图(kN）7.2.6、钢管桩反力计算 钢管桩截面积：A=(D2-(D-2d)2)/4=(6002-(600-2 8)2)/4=14878.6 mm2 钢管桩计算长度：l=10.5m；K1=连接系惯性矩/钢管桩惯性矩=4487.1/65192.0=0.069,K2=10 查表得计算长度系数：u=1.78 长细比：=ul/i=1.7810.5/20.9100=89.4 =130 轴心受压构件稳定系数：查表得=0.718=N/A=739.7/0.71814878.61000=69.24 MPa 5，满足要求 通过对施工栈桥各结构的验算，有以下主要结论：（1）栈桥各部分结构受力均满足要求。（2）栈桥钢管桩地基承载力满足要求。（3）栈桥整体稳定性满足要求。