栈桥验算书.docx

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栈桥验算书

滁河大桥便桥设计计算书

1概述

为主桥施工方便，便于主墩施工机具、材料运输及主桥上部结构系杆拱预制件运输，需修建一条通往主桥10#、11#墩的便桥，另外为保证汛期通航，便桥在通航孔位置断开。

考虑到上部结构预制件运输及主墩施工方便，北侧便桥搭设在右幅桥外侧（便于主跨上部预制构件运输），离主桥边缘有一定安全距离，便桥长度99m；南侧便桥搭设在线路中心线处（只为方便施工主墩，不运输主桥预制构件），便桥长度39m。

为便于主桥吊装及砼施工，靠近主墩位置采用两孔跨度9m和6m，宽7m的便桥，其余位置便桥宽度为4m。

1.1便桥结构形式

便桥采用钢管桩基础，贝雷片承重体系；结构形式分4m宽、7m宽段，4m宽段采用4排贝雷桁架，7m宽段采用6排单层贝雷桁架，使用135型标准贝雷花架进行横向联结；便桥纵向标准设计跨径为12m、9m及6m组合结构；桥面系[20a平铺焊接而成的组合结构；横向分配梁为I22a，间距为0.75m；4m宽便桥标准钢管桩基础采用单排4根φ325×8mm钢管桩，横向中心间距1.67m，7m宽便桥标准钢管桩基础采用单排5根φ325×8mm钢管桩，横向中心间距1.65m，为防止便桥在车辆纵向冲击荷载作用下倾覆，便桥端部6m段双排桩基础通过φ325×8mm钢管桩连成整体（详见便桥总体布置图）。

另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，墩顶横梁采用工32a。

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》（JTGD60-2004）

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》（JTJ041—2000）

5）《海港水文规范》（JTJ213-98）

1.3技术标准

1）设计桥面标高＋11.5m；

2）设计控制荷载：

栈桥运营期间施工重车荷载主要表现在8m3混凝土罐车和16T汽车吊，其中：

砼罐车自重30T+砼重20T，后轴最大单轴重按20吨计；16T汽车吊自重约23T+16T；考虑本栈桥桥位实际地理条件，其施工工艺利用50T履带吊车采用“钓鱼法”施工，50T履带吊自重50T+吊重15T,考虑车辆自重及1.3的车辆冲击系数，栈桥设计中选用85吨履带吊车荷载进行4m宽、7m宽栈桥主梁及钢管桩基础荷载验算，罐车荷载仅用于验算前面系及桥面分配梁的验算。

3）设计使用寿命：

2年；

4）河床最低高程按＋0.00m计；

5）设计行车速度10km/h。

2荷载布置

2.1上部结构恒重（4.0米宽计算）

1）面层：

槽20a，单位重22.63kg/m,0.23kN/m；

2）横向分配梁：

I22a，单位重33.05kg/m，则0.33kN/m，1.32kN/根，间距0.75m；

3）纵向主梁：

横向4排321型贝雷梁，4.3kN/m；

4）桩顶分配主梁：

I32a，单位重53kg/m,则1.06kN/m。

2.2车辆荷载

1）50吨履带吊吊车结构尺寸如图2，其单侧履带着地尺寸为0.7m×4.69m，设计验算荷载85T。

图150吨履带吊车（重力单位：

kN；尺寸单位：

m）

2）施工荷载及人群荷载：

4kN/m2。

3）罐车荷载

图2罐车荷载布置图

3上部结构内力计算

3.1桥面系

本项目栈桥桥面系采用槽20a，其荷载分析如下：

1）自重均布荷载：

0.23kN/m（面板+梁重）。

2）施工及人群荷载：

不考虑与梁车同时作用。

3）履带轮压：

单侧履带吊承受荷载为85T/2=42.5T，履带宽0.7m（压在3根槽20a上），长4.7m，单根槽20a受力为30.2kN/m，由于槽20a下面的横向分配梁间距为0.75m，其受力计算按照跨径为0.75m的连续梁进行验算。

4）罐车轮压：

最大轴重按20吨计，每组轮胎压2根槽钢，则单根槽钢受力按50kn集中力作用在跨中计算。

履带荷载计算模型如下：

图3受力模型

图4计算结果（Qmax=25.3kN，Mmax=6.29kN.m）

罐车荷载计算模型如下：

图5受力模型

图6计算结果（Qmax=45.3kN，Mmax=6.94kN.m）

选用槽20a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：

Wy=63.8cm3,A=28.83cm2,Iy/Sx=5.3cm（Iy=128cm4，Sy=24.2cm3），b=2.2cm。

σ=M/W=6.94kN·m/63.8cm3×103=108.7MPa<1.3[σ]=1.3×145＝188.5MPa

<1.3[τ]=1.3×85＝110.5MPa

（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：

对于临时结构有[σ]＝145×1.3＝188.5Mpa）

挠度

，满足要求。

根据上述计算结果知，梁体截面存在剪力和弯矩均达到最大值，因此须利用第三强度理论对该截面进行组合应力验算。

<1.3[σ]

综合考虑该结构设计满足强度要求。

3.2I22横向分配梁内力计算

履带吊车荷载：

单侧履带作用在跨中时，I22横向分配梁的弯矩最大，根据3.1节对槽20a的受力分析可以得到作用在横向分配梁上的作用力大小，槽20a受力分析模型中节点反力见图5。

图7槽20a节点反力结果（Nmax=48.36kN）

罐车荷载：

单侧罐车轮作用在跨中时，I22横向分配梁的弯矩最大，根据3.1节对槽20a的受力分析可以得到作用在横向分配梁上的作用力大小，槽20a受力分析模型中节点反力见图5。

图8槽20a节点反力结果（Nmax=56.41kN）

荷载分析：

1）I22自重均布荷载：

0.33kN/m；

2）施工及人群荷载：

不考虑与梁车同时作用；

3）履带吊车及上层结构物自重荷载：

56.41kN。

考虑结构物自重，建立计算模型：

图9计算模型

图10计算结果（Qmax＝57.4kN，Mmax=24.7kN.m）

根据上述验算可知当罐车对于桥面分配梁，当罐车作用的时候产生最大的内力Qmax＝57.4kN，Mmax=24.7kN.m。

对于I22,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：

选用I22，则A=42.1cm2,W=310cm3，I/S=18.9（I=3400cm4，S=174.9），b=0.75cm；

σ=M/W=24.7kN·m/310cm3×103=79.7MPa<1.3[σ]=1.3×145＝188.5MPa

<1.3[τ]=1.3×85＝110.5MPa

挠度

，满足要求。

根据上述计算结果知，强度满足施工要求。

3.3贝雷梁内力计算

荷载分析：

1）自重均布荷载：

q1=11.12kN/m；

2）施工及人群荷载:

不考虑与车辆同时作用；

3）本项目栈桥最大设计跨径为15m，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作业，贝雷梁承受最大弯矩，50T履带吊车作业荷载85T×10/4.7m=180.8kN/m。

据此，利用SAP2000建立受力模型如下：

图12受力模型

图13计算结果汇总（Qmax＝492.5kN，Mmax=1363kN.m）

经过上述分析知，贝雷梁最大弯矩Mmax2=1363kN.m，最大剪力Qmax2=492.5N。

纵向主梁选用4排单层贝雷架，则贝雷梁

容许弯矩[M]=788.2×4=3152.8kN.m，

容许剪力[Q]=245.2×4＝980.8kN。

Mmax=1363kN.m<[M]=3152.8kN.m；

Qmax=492.2kN<[Q]＝980.8kN，满足强度要求。

挠度

，满足要求。

3.4桩顶承重梁内力分析

承重梁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，当履带吊车在桩顶进行吊装作业时其受力最不利。

经建模分析，得到最大节点反力为952.73kN。

1）4m宽栈桥主纵梁为4排单层贝雷，则单排贝雷对承重梁的作用力为：

952.73kN/4=238.2kN，

2）7m宽栈桥主纵梁为6排单层贝雷，则单排贝雷对承重梁的作用力为：

952.73kN/6=158.8kN,

下面对最不利情况下，对承重梁的内力情况进行建模分析。

1）4m宽栈桥承重梁建模计算

图2实体模型

图3受力计算模型

图4计算结果（Qmax＝239.57kN，Mmax=68.99kN.m，f=1.12×10-3m）

2）7m宽栈桥承重梁建模计算

图5实体模型

图6受力计算模型

图7计算结果（Qmax＝159.2kN，Mmax=34.9kN.m，f=1.31×10-4m）

根据上述建立有限元模型进行分析可知，对于4m宽栈桥其下部承重梁受力最不利，最大荷载Qmax＝239.57kN，Mmax=68.99kN.m，f=1.12×10-3m进行桩顶承重梁的截面设计。

Wx=Mmax/[σ]=68.99kN·m/145Mpa=475.8cm3

A=Qmax/[τ]=239.57kN/85Mpa=28.2cm2

选用单支I32a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：

Wx=692.5cm3,A=67.12cm2,I/S=27.7（Ix=11080cm4，Sx=400.5cm3），

b=0.95cm，下面对其强度进行验算：

σ=M/W=68.99kN·m/692.5cm3×103=99.62MPa<1.3[σ]

<1.3[τ]

挠度

，满足要求。

根据上述电算结果知，在钢管桩顶截面位置剪力和弯矩均达到最大值，因此须利用第三强度理论对该截面进行组合应力验算。

<1.3[σ]，满足强度要求。

根据上述计算分析，对于承重梁可以选择工32a型工字钢，需要说明的是承重梁再桩顶处的剪应力较大，建议在该位置腹板两侧各焊接两道竖向加劲板，以加强承重梁的侧向稳定性。

4钢管桩承载力、打入深度及稳定性

根据上述计算分析知，钢管桩基础单桩承载力最大的情况出现在履带吊车在桩基础顶施工作业时，对于标准单排墩单桩最大承受荷载约239kN。

考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料，施工中选用DZJ-45振动锤进行钢管桩的施工即可满足施工要求，钢管桩入土深度通过计算确定，现场打桩时通过贯入度进行校核，每根桩均要做好打桩记录，如发现根据实际贯入度得出的钢管桩承载力与计算出入较大，需现场调整打入深度并偏于安全考虑。

钢管桩入土深度计算：

桩径325毫米，壁厚8毫米，设计单桩承载力为239KN。

取淤泥质亚粘土层桩周极限摩阻力τ=20KPa（查地质报告）

则单桩打入深度为：

πd*L*20≥1.5×239

L≥18米

实际施工中考虑到安全系数因素，钢管桩打入河床深度定为20米。

（3）钢管稳定性验算

钢管桩按两端铰接假定。

考虑到河床上部淤泥质亚粘土对桩的平面约束较小，取钢管桩的自由长度l0=1.5*l=1.5*（4+4）=12m，（钢管桩最长段河床面以上长度为4m，河床面以下取4m）。

钢管桩回转半径i=√（32.52+30.92）/4=11.2cm

惯性矩I=3.14*（16.254-15.454）/4=10009cm4

截面积A=3.14*（16.252-15.452）=79.6cm2

r=√（I/A）=11.2

λ=l0/r=12*100/11.2=107

则ψ=3000/λ2==3000/1072=0.262

稳定性验算：

σ=P/（ψ*A）=239*1000/（0.262*79.6*100）=114.6mPa〈1.3*[σ]=188Mpa

满足要求

DZJ-45振动锤性能参数见下表。

DZJ-45振动锤性能表

电机功率

（kW）

偏心力矩

N·m

振动频率

激振力

kN

机重

kg

允许拔桩力

KN

45

0～206

1200

338

4100

180

钢管桩强度分析：

对于钢管桩的分析，7m宽栈桥基础比4m宽栈桥基础更为强大和稳定，本计算分析中选择最不利的4m宽栈桥基础进行钢管桩强度分析。

根据第3.4节对桩顶承重梁的分析单桩承载力结果：

1）利用SAP2000建立计算模型

图20实体模型

图21计算模型

图22轴向力结果（N=239kN）

图23钢管内力计算结果（Q=14.1KN.m）

图23钢管内力计算结果（M=20.5KN.m）

Φ325×8mm钢管桩Wx=544.39cm3，A=79.6cm2。

根据上述计算，考虑钢管桩插打有偏差，钢管桩偏心受力，取偏心力矩为10cm，偏心弯矩为N*0.1=239*0.1=23.9KN.m。

钢管桩在压弯共同作用下，最大应力为：

σ=N/A+M/Wx=239000/（79.6*102）+（20.5+23.9）*1000/544.4=111.6MPa≤〈1.3*[σ]=188Mpa，满足要求；

钢管桩挠度

，满足要求。

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。

便桥施工安全措施及日常维护方案

一、施工安全保证措施

1、钢管桩基础施工安全措施

⑴打桩前，对作业人员进行技术交底，对桩的类型、桩长、桩径、地质条件、施工工艺和安全防范措施进行交底，提高作业人员安全防范意识。

⑵钢管桩采用直径325mm，壁厚8mm钢管，根据受力计算结果，符合承载力要求。

露出水面部分，在横向和纵向分别增设剪刀撑，采用槽钢焊接加固，以使钢管桩的承载力形成统一受力整体，增加钢管桩基础的稳定性。

⑶安装时，不得进行斜吊，在吊桩俞，在钢管桩上拴好拉绳，不得与桩锤或机架碰撞。

严禁吊桩、吊锤、回转、行走等动作同时进行。

打桩机在吊有桩和锤的情况下，操作人员不得离开岗位。

打桩前，加强对桩机的检查，⑷对机架紧固螺栓、机架稳定性、钢丝绳有无破损、制动刹车设施是否灵敏有效、供电设施是否安全正常等情况进行检查。

⑸加强设备的维护保养工作，对油路、油泵、润滑油等进行检查，保证设备的良好。

⑹打桩过程中，安排专人负责拉好曲臂上的控制绳，在意外情况下，可使用控制绳紧停锤。

⑺打桩作业时，应控制好桩位、垂直度，由测放组人员配合实施定位，作业过程中，检查桩的入土深度要满足规范和设计要求，以保证桩的承载力。

⑻停机后，应将桩锤放到最低位置，关闭燃料阀，将操作杆置于停车位置，锁定安全限位装置。

⑼水上打桩作业时，为作业人员配备救生衣等防护用品，防止溺水伤亡事故发生。

⑽为确保钢管桩承载力满足使用要求，在现场施工时根据实际贯入度推算桩的承载力，如根据贯入度推算的承载力与计算出入较大时应根据实际情况调整桩入土深度，并偏于安全考虑。

现场做好每根桩的打桩记录，以加强施工控制并便于复查。

2、贝雷梁安装安全措施

⑴便桥采用贝雷片拼装，安装前对贝雷片进行检查，不得使用有损伤、变形的贝雷片，以防止受力不均匀，从而影响整个受力系统的稳定。

⑵贝雷片在陆地拼装完成后，对贝雷片的连接螺栓牢固度进行检查，保证每个连接螺栓的紧固满足要求，以保证整体贝雷片的牢固。

⑶纵向贝雷片之间采用标准花架连接固，以使贝雷片形成受力整体，提高贝雷片支架的整体稳定性，为避免横桥向贝雷片受力不均应对贝雷片连接销逐一进行检查，销子直径小于设计1mm者不得使用。

⑷贝雷片支架安装采用履带吊牵引安装，履带吊作业前，对履带吊钢丝绳、吊钩、制动系统进行检查，确保吊车状态良好。

⑸吊车作业过程中，现场安排专人指挥协调，吊点下及悬转半径内不得站人、不得有电线等障碍物。

⑹贝雷片支架与钢管桩基础之间焊接牢固，不平的地方用铁板抄平，焊接牢固。

以保证贝雷片支架的整体稳定。

⑺安装作业前，对作业人员进行技术交底，作业过程中，加强检查，督促正确使用安全防护用品。

⑻水上作业人员配备救生衣等防护用品，防止溺水事故的发生。

3、运营期间安全及维护措施

⑴便桥搭设完毕后进行防撞防护，便桥的防护与主桥系杆支架防护一并进行，详见附图。

便桥两端设专人值班，限制上便桥车辆重量，禁止超载车辆上便桥。

⑵设置警示标志，禁止非施工人员和施工车辆通过。

⑶便桥两端各设置限速牌、限重牌、减速慢行等警示标志，要求车辆通过便桥时减速慢行，车辆通过便桥时限速10km/h，禁止超重车辆通过。

⑷便桥日常维护工作

为保证便桥正常使用及使用期间的安全，我部安排专人（专职安全员陈茂良）对便桥进行日常检查维护，检查维护内容包括：

1主要受力构件连接是否牢靠，贝雷片间连接销是否松动、脱落；

2主要受力构件是否有影响使用的变形，是否有脱焊现象；

3钢管桩是否有明显下沉或锈蚀严重的现象；

4桥面系是否损坏；

5栏杆、扶手是否牢固；

做好日常安全检查记录，安检人员发现问题及时提出书面限期整改意见，交现场生产副经理安排人员进行维护，维护完毕后将维护记录反馈给安检人员复查，形成闭合。

如发现较大安全隐患应封锁便桥，暂时停止使用，待隐患排除后再使用。

便桥设计承载力为50吨，行车速度10km/h，专职安全员负责对上便桥的车辆设备进行检查，严禁超载、超速，现场安全、管理及技术人员有权阻止超载车辆进入便桥，有权对不听劝阻着进行处罚。

⑸在桥上架设照明设施，保证通行期间桥面夜间照明。