钢便桥设计计算.docx
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钢便桥设计计算
Themanuscriptwasrevisedontheeveningof2021
钢便桥设计计算
某大桥装配式公路钢便桥工程专项施工方案之一
设计计算书
二〇一六年三月六日
**大桥工程专项施工方案
装配式公路钢便桥设计计算书
1、工程概况
1.1**大桥
**大桥工程位于福建省**。
**位于东溪中游，新建**大桥距离**大坝约5km。
桥梁建成后，将代替既有**成为跨越**的主要通道，往西方向可通往**和**，往东途经县道**可通往**和**市区。
**大桥桥梁中心桩号为K0+，桥跨布置为（5x35）m，起始桩号：
K0+009，终止桩号:
K0+196，桥梁全长187m。
本桥平面位于直线上，纵断面纵坡%。
上部横断面采用4片预应力混凝土后张T梁布置，先简支后连续结构，梁墩正交，梁高。
桥梁单幅布置，宽度为8m，双向二车道，横断面布置1m（人行道）+7m（行车道）+1m（人行道）。
桥面铺装采用12cmC50防水混凝土。
该桥桥墩采用双柱式桥墩，柱径，中间设置柱间系梁，墩上接高的盖梁，桥墩基础采用钻孔桩，直径为；两侧桥台均采用U型台，扩大基础，两侧桥台各设一道D160型伸缩缝。
桥梁于人行道处设置单侧路灯，以方便居民和车辆的夜间通行。
桥梁设计洪水频率按百年一遇进行设计，并考虑以后水库扩容后库水位提升对桥梁的影响。
根据《***大桥防洪影响评价报告》，**大坝百年一遇水位为，按水面坡降换算到桥址处为，水库扩容后库水位提升，因此百年一遇设计水位为，本设计梁底最低高程。
桥梁详细情况参见附件1:
**大桥桥型布置图。
1.2钢便桥
为克服河流障碍，完成和安大桥基础和墩身工程施工作业，必须修建施工临时便桥，根据桥梁工程建设管理规定，编制该专项报告。
2、编制依据
1）《**大桥工程一阶段施工图设计文件》，**交通勘测设计院。
2015年9月。
2）《**大桥工程施工招标文件》
3）《**大桥工程施工投标文件》
4）《HNJ5253GJB（9m）的砼搅拌运输车技术资料》，海诺集团。
5）《321装配式公路钢桥使用手册》；
3、参照规范
1）《公路桥涵施工技术规范》，JTG/TF50-2011；
2）《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015；
3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG62-2004）；
4）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
5）《钢结构设计规范》GB50017-2003；
6）《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61-2005；
4、分析软件
CsiBridge版
5、便桥计算
5.1主要结构参数
5.1.1跨度
受插打钢管桩基础履带吊车吊臂限制，便桥跨度采用9m。
5.1.2便桥标高
根据**管理处提供库区水位调洪资料，确定桥面标高为常水位高程，采用。
桥下净空设定为3m，则梁底高程确定为。
5.1.3桥长
根据桥跨布置，桥长为180m。
5.1.4结构体系
便桥采用9m连续梁结构，由装配式公路钢桥拼装，基础采用φ630*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6榀贝雷架，间距++++，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+705mm，横梁上铺设由[25槽钢和钢板焊接空心方钢，槽向向上，间距300mm，在桥面槽钢上焊制φ12mm带肋短钢筋作为防滑设施。
5.1.5设计荷载
根据施工阶段可能出现的荷载，设计采用以下荷载条件计算：
1）混凝土运输车车辆荷载（以下简称"车辆荷载"）
根据《HNJ5253GJB（9m3）的砼搅拌运输车技术资料》，其荷载布置如图。
1跨内仅布置1台。
图混凝土运输车车辆荷载
2）履带吊荷载（以下简称"履带荷载"）
架梁时采用55t履带吊，吊重按15t考虑，1跨内仅布置1台。
参考SCC550C55t履带吊技术资料，其荷载布置如图如下：
图55t履带吊荷载
5.1.6材料
1）桁架
桁架采用16Mnq，fs=310Mpa;fv=180Mpa;fce=400Mpa。
2）销子
材料为30CrMnTi，直径为，重3kg。
3）弦杆螺栓
规格为M36×110，材料为16Mn，重８kg，容许抗剪力为150kN，容许拉力为80kN。
4）外购材料
钢板和型钢采用Q345B钢。
5）钢弹性模量
Es＝×105MPa；
5.2桥面计算
5.2.1桥面板
纵梁采用C25a加焊10mm钢板形成箱型结构，其计算简图为4跨连续梁。
C25a主要参数如下:
5.2.2轮压强度计算
表
轮压强度计算
序号
车辆类型
项目
变量
单位
计算公式
参数值
1
混凝土运输车
分布宽度
B
m
2
跨度
L
m
3
后轮轴重
P
Kn
125
4
面积分布压力
oa
kPa
[5]/[4]/[3]
5
履带吊车
履带宽度
BL
m
6
履带集度
QL
kn/m
7
履带面积集度
qa1
kPa
[6]/[5]
8
吊载不均匀系数
k1
考虑1/3着地
9
分布集度
qa
kPa
[7]*[8]
10
最不利轮压
qa
5.2.3桥面板检算
桥面板宽度250mm，厚度6mm，承受轮压1042Kpa，按2边支撑无限长（分析采用3m）单向板计算。
计算结果如下：
1）主应力
其最大主应力s11=245Mpa，满足要求。
2）挠度
最大挠度：
f=，L/f=250/=178>150。
5.3桥面纵梁检算
纵梁计算时，因不利荷载工况明确，可采用CsiBridge静力计算。
5.3.1计算简图
计算简图采用4跨等间距连续梁,模型如图
图桥面纵梁,模型图
5.3.2截面特性
图截面几何参数
5.3.3荷载
5.3.3.1恒载
程序根据材料密度自动计算。
5.3.3.2车辆荷载
车辆轮压分布宽度为，纵肋间距为，考虑2片梁共同承受，则P=125/2=。
车轮间距为，另1轮作用在邻跨。
程序通过移动荷载加载。
图车辆移动荷载参数
5.3.3.3履带荷载
履带分布宽度，长度，分配梁数n==,则所分配履带压力QL=m。
图履带移动荷载参数
5.3.4荷载组合
5.3.4.1车辆荷载组合
5.3.4.2履带荷载组合
5.3.5弯矩图
5.3.5.1车辆荷载组合
5.3.5.2履带荷载组合
5.3.6内力表
表
纵梁内力表
序号
Frame
OutputCase
StepType
V2
M3
Text
Text
Text
KN
KN-m
1
1
COMB_TRUSS
Max
0
2
1
COMB_TRUSS
Min
0
3
1
COMB_TRACK
Max
0
4
1
COMB_TRACK
Min
0
5
2
COMB_TRUSS
Max
6
2
COMB_TRUSS
Min
7
2
COMB_TRACK
Max
8
2
COMB_TRACK
Min
9
3
COMB_TRUSS
Max
10
3
COMB_TRUSS
Min
11
3
COMB_TRACK
Max
12
3
COMB_TRACK
Min
13
4
COMB_TRUSS
Max
14
4
COMB_TRUSS
Min
15
4
COMB_TRACK
Max
16
4
COMB_TRACK
Min
17
5
COMB_TRUSS
Max
18
5
COMB_TRUSS
Min
19
5
COMB_TRACK
Max
20
5
COMB_TRACK
Min
21
6
COMB_TRUSS
Max
22
6
COMB_TRUSS
Min
23
6
COMB_TRACK
Max
24
6
COMB_TRACK
Min
25
7
COMB_TRUSS
Max
26
7
COMB_TRUSS
Min
27
7
COMB_TRACK
Max
28
7
COMB_TRACK
Min
29
8
COMB_TRUSS
Max
30
8
COMB_TRUSS
Min
31
8
COMB_TRACK
Max
32
8
COMB_TRACK
Min
33
9
COMB_TRUSS
Max
34
9
COMB_TRUSS
Min
35
9
COMB_TRACK
Max
36
9
COMB_TRACK
Min
37
10
COMB_TRUSS
Max
38
10
COMB_TRUSS
Min
39
10
COMB_TRACK
Max
40
10
COMB_TRACK
Min
41
11
COMB_TRUSS
Max
42
11
COMB_TRUSS
Min
43
11
COMB_TRACK
Max
44
11
COMB_TRACK
Min
45
12
COMB_TRUSS
Max
46
12
COMB_TRUSS
Min
47
12
COMB_TRACK
Max
48
12
COMB_TRACK
Min
49
13
COMB_TRUSS
Max
50
13
COMB_TRUSS
Min
最大正弯矩:
Mmx=
最大正弯矩:
Mmn=kNm
5.3.7应力检算
1）截面特性
表
桥面纵梁几何特性
序号
部件
宽度
厚度
面积
型心高度
面积矩
自身惯矩
心心差
面积惯矩
合计惯矩
截面模量
B
T
A
yc
Ayc
I0
Hc
IA
Ix
W
1
顶板
250
10
2500
83
207500
20833
3316554
3337388
187769
2
腹板
24
78
1872
39
73008
949104
107478
1056582
3
底板
250
7
1750
4638
7146
3376795
3383941
6122
285146
977083
6800828
7777911
166990
2）截面检算
表
纵梁截面检算
序号
项目
变量
单位
计算公式
参数值
备注
1
最大弯矩
Mnx
KN/M
2
下缘截面模量
W2
mm3
166990
3
上缘截面模量
W1
MM3
187769
4
下缘应力
S2
Mpa
Mmx/W2
61
5
上缘应力
S1
Mpa
54
6
材料容许应力
[S]
Mpa
310
满足
5.3.8跨中挠度
表
纵梁跨中挠度
序号
Joint
OutputCase
StepType
U3
Text
Text
Text
m
1
3
DEAD
2
3
TRUSS
Max
3
3
TRUSS
Min
4
3
TRACK
Max
5
3
TRACK
Min
6
7
DEAD
7
7
TRUSS
Max
8
7
TRUSS
Min
9
7
TRACK
Max
10
7
TRACK
Min
11
11
DEAD
12
11
TRUSS
Max
13
11
TRUSS
Min
14
11
TRACK
Max
15
11
TRACK
Min
16
15
DEAD
17
15
TRUSS
Max
18
15
TRUSS
Min
19
15
TRACK
Max
20
15
TRACK
Min
活载作用下挠度z=，L/F=2480,满足要求。
5.3.9支座反力
表
纵梁支座反力表
序号
Joint
COMB_TRUSS
COMB_TRACK
Text
Max
Min
Max
Min
1
1
2
5
3
9
4
13
5
17
5.4横梁检算
5.4.1计算简图
横梁采用I20b,担设在装配式公路钢桥的上弦节点位置,装配式公路钢桥横向布置6片,其间距为*2++*2。
按支撑于装配式公路钢桥的弹性支塍连续梁计算。
5.4.2装配式公路钢桥弹性支承刚度
建立主桁计算模型，模型见图。
图主桁计算模型
在第1跨跨中作用1kN作用力时，其挠度为，则刚度K=1/0。
0442=22614kN/m。
5.4.3横梁模型
根据前述分析，建立横梁模型如图。
图横梁模型图
5.4.4作用荷载
5.4.4.1恒载
程序根据材料密度自动计算。
5.4.4.2车辆荷载
纵梁作用在横梁上的最大压力为，车辆轮压分布宽度为，则q==146kN/m，程序通过移动荷载加载。
5.4.4.3荷载组合
由于在纵梁计算反力时已包括荷载分项系数，在横梁分析中不在考虑。
组合如下：
5.4.5计算结果
5.4.5.1横梁弯矩包络图
5.4.5.2内力表
表
横梁单元内力
Frame
V2_KN
M3_KN-m
Text
Max
Min
Max
Min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
5.4.6截面检算
表
横梁截面检算
序号
项目
变量
单位
计算公式
参数值
备注
1
作用弯矩
M
kNm
2
截面模量
W
cm3
188
3
截面应力
σ
Mpa
M/W
111
4
材料容许应力
[σ]
MPa
310
满足
5
截面惯性矩
Ix
cm3
1880
6
剪切模量
S
mm3
100076
7
剪力
Q
Kn
36
8
剪应力
τ
MPa
QS/IB
35
9
容许剪应力
[τ]
MPa
180
满足
5.4.7挠度检算
表
各跨跨中挠度
序号
节点号
DEAD工况
TRUSS工况
COMB工况
1
3
2
5
3
8
4
11
5
14
跨挠比L/f=451>200满足要求。
5.5主桁计算
5.5.1分配系数计算
由于我们关心主桁跨中截面的内力情况，故本计算书仅计算跨中主梁的分配系数。
5.5.1.11号梁分配系数
表
号梁分配系数
梁号
Joint
U3
系数影响线
轮压值
Text
m
1
2
2
4
3
6
4
10
5
12
6
15
合计
5.5.1.22号梁分配系数
表
号梁分配系数
梁号
Joint
U3
系数影响线
轮压值
Text
m
1
2
2
4
3
6
4
10
5
12
6
15
合计
5.5.1.33号梁分配系数
表
号梁分配系数
梁号
Joint
U3
系数影响线
轮压值
Text
m
1
2
2
4
3
6
4
10
5
12
6
15
合计
因此，最大分配梁号为1号梁。
5.5.2计算模型
贝雷架按4*9m为一联计算，采用平面杆系结构建模，桁架片之间采用梁端释放自由度模拟铰接，贝雷架的荷载由分配横梁传递，程序采用车辆荷载折减方式考虑分配系数。
5.5.3截面特性
5.5.3.1弦杆
5.5.3.2腹杆
5.5.3.3桥面纵梁
5.5.3.4连接特性
连接特性主要应用于纵梁和上弦节点的连接。
5.5.4作用荷载
5.5.4.1恒载
主桁和纵梁自重程序根据材料密度自动计算。
5.5.4.2横梁荷载
表
横梁换算节点力
序号
项目
变量
单位
计算公式
参数值
1
横梁面积
A
cm2
2
比重
ρ
Kn/m3
3
长度
L
m
6
4
单根重
g1
Kn
5
分配节点力
F
kN
5.5.4.3横梁荷载作用在主桁节点上，见图5..
车道荷载
本桥控制活载为前述的车辆荷载（TRUSS）,且每跨仅作用但辆荷载,该移动荷载采用布局线+车道+车辆荷载进行分析,车辆特性如图。
图车辆荷载
5.5.5荷载组合
5.5.6主要杆件内力及检算
5.5.6.1上弦杆
1）轴力图
2）轴力表
表
上弦杆轴力（1/2杆件）
序号
Frame
P_KN
序号
Frame
P_KN
Text
max
min
Text
max
min
1
241
49
259
2
241
50
259
3
242
51
260
4
242
52
260
5
242
53
260
6
243
54
261
7
243
55
261
8
243
56
261
9
244
57
262
10
244
58
262
11
244
59
262
12
245
60
263
13
245
61
263
14
245
62
263
15
246
63
264
16
246
64
264
17
247
65
265
18
247
66
265
19
248
67
266
20
248
68
266
21
248
69
266
22
249
70
267
23
249
71
267
24
249
72
267
25
250
73
268
26
250
74
268
27
250
75
268
28
251
76
269
29
251
77
269
30
251
78
269
31
252
79
270
32
252
80
270
33
253
81
271
34
253
82
271
35
254
83
272
36
254
84
272
37
254
85
272
38
255
86
273
39
255
87
273
40
255
88
273
41
256
89
274
42
256
90
274
43
256
91
274
44
257
92
275
45
257
93
275
46
257
94
275
47
258
95
276
48
258
96
276
Nmax=115kN
Nmin=-96kN
3）弦杆检算
表
横梁截面检算
序号
项目
变量
单位
计算公式
参数值
备注
1
1C10面积
A1
CM2
2
1C10面积
A2
CM2
3
材料容许应力
[σ]
MPa
310
4
杆件容许拉力
[Nt]
KN
790
5
计算拉力
Nt
KN
115
满足
6
C10x轴截面惯性矩
IX1
CM4
7
2C10x轴截面惯性矩
Ix2
cm4
8
绕x轴回转半径
RX
CM
SQRT（IX/A）
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