大旺大桥栈桥及水中平台.docx

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大旺大桥栈桥及水中平台

大旺大桥AB两座扩建桥栈桥及水中平台

设计计算书

二0一0年九月

大旺桥栈桥及水中平台设计方案及计算书

一、钢栈桥及水中平台设计概述

根据施工需要,由大桥东西侧两岸分别需搭设四座钢栈桥,桥宽设计为6m，跨度5.7m，总长大约200m。

栈桥桥墩采用φ529×8mm螺旋焊钢管，设计为单排双柱式，两柱中心距为4.5m。

钢管打入持力层中，承载力不小于60t。

钢管顶部开口设一道主梁，采用2I32b，将两根钢管桩横向之间用槽钢剪力撑连接起来。

其上均匀布设纵向次梁，采用I32b，间距50cm。

上部铺设10mm厚钢板形成桥面。

为保证安全，桥两侧设置栏杆，纵向通长布置（在平台处开口）。

钢栈桥按通行55t重车荷载进行设计验算。

大旺桥扩建AB座水中墩位于河水中，需在上述墩位处搭设水中平台作为桩基施工及下部结构施工时使用。

每个墩位平台尺寸共为16m*16m，并与便桥相连接。

平台根据使用功能分为两个部分，一为桩基作业平台，在桩基施工完毕后予以拆除，另一部分为辅助作业平台，直到下部结构和墩身盖梁全部施工完毕后再予以拆除。

平台桩也采用φ529×8mm螺旋焊钢管，纵横向布置间距为4.55m，沿纵横桥向在桩顶布置2I32b作为主梁，其上按照50cm间距均匀布置次梁。

其上铺设10mm厚钢板作为作业面。

平台上考虑上重车，按通行55t汽车荷载进行设计验算。

二、便桥及平台各构件力学性能

1、I32b工字钢

2、φ529×8mm钢管

上述型钢及钢管材料均采用Q235，弹性模量E=2.1×105MPa，其容许应力：

对于临时结构，容许应力可以乘以1.3的提高系数，即

三、主要荷载取值

1、选取550kN重车检算，车辆荷载立面及平面尺寸见下图。

前轴重力为30kN，中轴重力为2x120kN,后轴重力为2x140kN，轴距为3+1.4+7+1.4m，轮距1.8m，前轮着地宽度及长度为0.3x0.2m，中、后轮着地宽度及长度为0.6x0.2m。

2、平台上桩机工作时最大荷载为250kN，未超过上述重车荷载，因此仍以重车荷载对平台进行验算。

四、钢栈桥计算

（一）、桥面钢板

考虑到车轮荷载作用面积较钢板来说较小，且桥面板与其下的分配梁均焊接固定，可按四边固定板进行计算，计算荷载按后轮荷载施加并按均布荷载布置。

1、受力简图

根据其受力情况,其受力简图如下：

2、荷载分析

后轮着地面积0.6x0.2m，其荷载为70kN。

因钢板自重荷载所占比例较小,计算时忽略不计。

q=583.33kN/m2。

钢板所受汽车荷载

=42.93kN；其中a=0.368，b=0.2

3、受力计算

，则：

，查表得：

计算

钢板中心处最大变形为：

，查表得

则计算得

=0.12mm。

变形很小，不会影响行车。

实际上桥面钢板下纵向次梁I32b间距50cm，因后轮作用宽度为60cm，故不管车轮在哪个位置，车轮荷载都将将直接作用于工字钢上，因钢板刚度较小，故钢板直接分配的荷载较小，也可以不用核算。

（二）、纵向次梁I32b计算

1、受力简图

根据受力情况，偏于安全按简支梁计算，其受力简图如下：

2、荷载分析

（1）、桥面钢板及纵向次梁自重q1=1.2x（0.392+0.577）=1.16kN/m；

（2）、汽车后轮单侧轮载至少由2根工字钢来承担，则单根工字钢所受汽车荷载P=1.2x35=42kN。

3、受力计算

经计算，最大弯矩值Mmax=35kN·m；最大剪力值Qmax=65.7kN。

则：

均在容许应力范围内，安全。

经计算，跨中挠度很小，约1.5mm。

（三）、横向次梁2I32b

1、受力简图

根据受力情况，其受力简图如下：

2、荷载分析

（1）、上部结构自重q1=1.2x6.971=8.37kN/m；

（2）、P值由纵向次梁I32按下图最不利布置时计算，就是其中支点反力。

经计算可得中支点反力为130kN

3、受力计算

经计算，最大弯矩值Mmax=203kN·m；最大剪力值Qmax=223kN。

则：

均在容许应力范围内，安全。

经计算，跨中挠度很小，不到1mm，可以忽略不计。

（四）、钢管桩受力计算

当车轮在桥面上作用位置如下图时，单侧钢管桩的受力将是最大的。

计算结构是A支点分担总荷载的73%，B支点分担总荷载的27%。

参照前面的计算图示，单侧钢管桩最大受力为：

（1.2x520x0.73x0.838+10.5x12）=508kN。

上式中0.838为纵向布载时的承担系数。

下面对钢管桩的核算将统一按单桩荷载P=600kN进行。

钢栈桥钢管桩采用φ529x8mm螺旋焊管。

分两种情况进行检算：

（1）、最大荷载时，同时考虑施工偏心的影响

钢栈桥钢管桩顶标高按+52.0m，钢管桩按入土2m处为嵌固端，河床面标高按+38.7m计算，偏于保守，不考虑连接撑的影响。

则钢管桩计算长度l0=1.0x15.3=15.3m，

其长细比

1530/18.42=83，查表得

=0.667，

考虑施工因素，取安全系数K=2，则单根钢管桩的允许承载力为：

/K=0.667×130.88×102×182/1000/2=794kN

[P]>P,说明钢管本身的强度满足要求。

在钢管桩打设中，要求采用60kW以上的震动锤打设，其承载力不小于600kN。

因钢栈桥设计为排桩形式，同一排只有两根桩，则桩顶横梁与钢管桩的偏心理论上可消除。

（2）、验算洪水对钢管桩的影响

取顺水流方向一排钢架进行计算，其受力简图如下所示：

图中集中荷载为钢管柱所受竖向力，因洪水期间钢栈桥不通行，故P仅取自重，P=150kN。

水流冲击力按下述公式进行计算：

K为形状系数，取为0.8。

A为阻水面积,A=15x0.529=7.935m2。

g为重力加速度，g=9.81m/s2。

v为水的流速，v=2m/s。

流水压力为三角形分布，其荷载集度

=0，

=1.73kN/m，流水压力F的作用点为设计水位线以下0.3倍水深处。

经计算，钢管桩受力情况为：

Nmax=207.7kN，Qmax=50kN，Mmax=122.7kN·m。

其中轴力最大值和弯矩最大值发生在同一根钢管桩上，据此验算：

=23.8+73=97MPa<182MPa，满足要求。

五、水中钢平台计算

（一）、平台面钢板

平台钢板采用10mm厚钢板，板下平台次梁布置间距50cm，与栈桥同，但重车行驶方向不同。

钢板也同样按双向固定板进行计算。

1、受力简图

根据其受力情况,其受力简图如下：

2、荷载分析

后轮着地面积0.6x0.2m，其荷载为70kN。

因钢板自重荷载所占比例较小,计算时忽略不计。

汽车荷载

=70kN；其中a=0.6，b=0.384

q=303.82kN/m2。

3、受力计算

，则：

，查表得：

计算

钢板中心处最大变形为：

，查表得

则计算得

=0.8mm。

变形很小，不会影响行车。

（二）、次梁I32b计算

1、受力简图

平台次梁跨度为4.5m，以车轮横跨度方向按简支梁进行检算。

（1）车轮横跨度方向时，弯矩最大时的受力简图：

（2）剪力最大时受力简图

2、荷载分析

（1）、桥面板及横梁自重q1=1.2x（0.785x0.5+0.577）=1.16kN/m；

（2）、后轮4个轮载可由4根工字钢承担，则上述图示汽车荷载由2根工字钢来承担，则单根工字钢承担的荷载为：

P=1.2x70/2=42kN。

3、受力计算

按上述

（1）图，当车轮荷载距支座A点距离为1.1m时，其弯矩最大，计算最大弯矩值Mmax=74.2kN·m。

按上述

（2）图计算最大剪力值Qmax=72kN。

则：

均在容许应力范围内，安全。

经计算，跨中挠度f=1mm。

（三）、主梁2I32b计算

1、受力简图

根据受力情况，偏于安全，按简支梁计算，

（1）弯矩最大时受力简图如下：

（2）剪力最大时受力简图如下：

2、荷载分析

（1）、平台钢板、次梁、主梁自重q1=1.2x（5.77+3.925+1.731）=13.7kN/m；

（2）、汽车荷载：

P=1.2x280/2.0=168kN/m。

3、受力计算

经计算，其最大弯矩值Mmax=382.99kN·m。

在

（2）图中计算最大剪力值为Qmax=272kN。

均在容许应力范围内，安全。

经计算，跨中挠度f=1.25cm。

刚度满足要求。

（四）、平台钢管桩计算

平台钢管桩受力比钢栈桥钢管桩受力还要小一些，从前面的计算可以看出能够满足施工期间的受力需要，因此这里就不再计算了，可参照前面关于钢栈桥钢管桩的计算。