东洲岛钢栈桥计算书.docx

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东洲岛钢栈桥计算书

钢

栈

桥

计

算

书

衡阳市市政工程公司

二○一五年五月

东洲岛钢栈桥计算书

1钢栈桥设计概况

栈桥顶标高设定为56.0m，钢栈桥总长225m。

标准跨度为9m，设单排3根Φ630×12钢管立柱；为增强较长立柱位置桥墩刚度，每36米处设制动墩（两侧均采用双钢管柱墩，设双排钢管立柱，排距3米）。

设计桥面宽度为6.0米，最大行走荷载120吨。

经过试算得知，6片贝雷片作为栈桥主梁时，其应力不满足要求，故选用3组8片贝雷片作为主梁。

钢管横向间距2×1.95m，钢管之间设纵（横）向联接系，钢管顶上设横向双拼I45B型钢作为大横梁，大横梁上布置8片贝雷梁主纵梁，分布情况为45+45+105+90+105+45+45cm。

贝雷梁上横铺I25b横向分配梁，间距25cm。

桥面板采用10mm厚印花钢板，桥面宽6m。

2编制依据

1）衡阳市东洲岛钢栈桥工程前期设计图；

2）现场实测地形断面图；

3）《装配式公路钢桥（贝雷梁）使用手册》；

4）《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004；

5）《钢结构设计规范》GB50017-2003；

6）《混凝土结构设计规范》GB50010-2010；

7）《建筑结构设计规范》GB50009-2012；

8）《路桥施工计算手册》；

9）《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004；

10）《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007；

11）我单位已有的施工经验及参考同类钢栈桥设计资料

3．材料规格及其力学性能

本次计算采用容许应力法。

因为属于临时结构，容许应力提高1.3倍。

10mm面板、分配梁、大横梁、钢管柱、贝雷梁花架等采用Q235钢材，贝雷梁本体使用的是Q345钢。

两种钢材各性能如下：

1）材料容重：

钢材  78.5kN／m^3；

2）材料的弹性模量：

钢材  2.1×105 MPa； 

3）材料强度设计值：

Q235钢 f=140*1.3=183MPa  fv=85*1.3=110.5Mpa；

（贝雷梁）Q345钢 f=210*1.3=273MPa  fv=120*1.3=156Mpa；

4．荷载计算取值

4.1运输车辆（平半挂车）荷载

按40t挂车进行计算，车辆自重40t，车辆载重80t，前后荷载比例3:

7,纵向轴距6.78m+1.31m+1.31m，横向轮距1.8m。

程序分析时，挂车活载作为移动荷载分析，采用车道面加载。

考虑到实际情况，桥面两侧预留60cm为避让行人宽度，车道面宽度取值4.8m。

汽车限速5km/h通过，计算时只考虑一台120t挂车通行。

通行的冲击系数由程序根据设定参数自动计算考虑，在“移动荷载分析控制”中，临时钢栈桥结构基频取值1.3Hz，根据《公路工程技术标准》（JTGB012003）规定，冲击系数为u=0.04。

4.2履带吊荷载

本方案经综合比选考虑，拼装栈桥时采用QUY80A履带吊，整机（全部件）重量90t，本项目使用整机重量约74t（移动荷载）。

QUY80A履带吊单条履带尺寸：

5.37×0.85m（净尺寸），SCC1000履带吊单条履带尺寸：

6.85×0.95m（净尺寸），。

履带吊在非吊重状态、各种代表性吊重状态的接地比压计算结果如下表：

表4-1QUY80A履带吊接地比压计算表

项目

主臂与履带关系

夹角

接地

比压

纵向加载长度

加载

形式

非吊重状态

平行

0

180.9

4.808

三角形

最不利

24

190.2

4.572

三角形

垂直

90

125.1

5.370

均布

270

36.8

5.370

均布

吊重状态（吊13吨）

平行

0

192.6

5.323

三角形

最不利

24

201.6

5.083

三角形

垂直

90

52.5

5.370

均布

270

138.4

5.370

均布

4.3其他荷载

贝雷桥上人群荷载按2.5KPa取，护栏、电线、螺栓等附属荷载按实际计算考虑；

汽车制动力荷载按汽车荷载的10%考虑，《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；

整体升降温按照30℃考虑，仅用于考虑热胀冷缩带来的栈桥纵向位移，以判断伸缩缝的设置；

风荷载：

根据相关资料，衡阳地区百年一遇基本风压0.45KPa；

水流压力荷载：

根据调查，最大流速约为1.2m/s。

栈桥上无临时管线要求，不考虑荷载。

5．荷载工况分析

5.1工况组合

表5-1栈桥工况组合

永久荷载　

可变荷载

说明

荷载

自重

附属

挂车

履带吊

风压

水流

制动力

编号

标识

ZZ

FS

GC

LD

FY

SL

ZD

1

动载工况

√

√

√

√

履带吊行走

2

√

√

√

√

挂车行走

3

吊装工况

√

√

无机械上桥状态-抗倾覆

4

√

√

√

5

√

√

√

6

√

√

√

√

7

√

√

√

√

履带吊静止

8

√

√

√

挂车静止

如遇极端恶劣天气或其他不可抗力因素造成风速或者水流速度过大，栈桥禁止通行，平台上停止作业，故水平力不与水流和风荷载同时参与组合。

5.2荷载工况分析

验算构件强度：

1.0倍恒载+1.2倍活载。

6栈桥分析

采用MidasCivil2013建立模型，跨度分布为（4×9）m，横向分布8片贝雷梁，分布间距问45+45+105+90+105+45+45cm，贝雷梁上弦杆上横向铺设I25B型钢，其上再铺设厚度10mm、宽度6m的钢板，自定义总重120t平半挂车在栈桥上行走，按照城-并进行分析。

边界条件设置如下：

（1）桥面系构件连接：

桥面板与I25b工字钢横梁采用共节点连接，横梁与贝雷桁梁采用仅受压弹性连接，连接刚度按经验取值100kN/mm。

由于存在仅受压弹性连接，模型对桥面板进行三处约束，各处约束自由度分别为：

（Dx，Dy，Dz）；（Dx，Rz）；（Dz）。

（2）其余构件连接：

贝雷桁梁与2I45b双拼工字钢分配梁采用弹性连接，约束Dx、Dy、Dz，连接刚度按经验取值100kN/mm。

分配梁与钢管桩采用共节点连接。

钢管桩桩底按锚固模拟，约束Dx、Dy、Dz、Rx、Ry、Rz。

6.1受力模型

整体模型如下图。

图6-1模型三维视图

图6-2模型正面视图

图6-3模型左面视图

6.2分析结果

6.2.1平半挂车行走于栈桥上时

贝雷梁组合应力如下：

此时最大组合应力为256MPa<273MPa，满足要求。

最大剪应力=142MPa<156MPa，满足要求。

6.2.2钢管立柱反力：

从柱顶到河床以下3米最大杆长为56-（0.25+0.45+1.5）-（41-3）=15.8米。

立柱下端固结，上端自由，长细比λ=2×15.8/0.21853=144.6，查表得稳定系数φ=0.272，压应力=452/（0.272*0.02330）=71320KPa=71.3Mpa<183MPa，钢管柱稳定性满足要求。

通过查阅各种工况下结果，面板、分配梁、大横梁、剪刀撑等各受力部件应力、位移（系统最大位移为1.8mm），f=1.8mm＜[v]=l/400=22.5mm，满足要求。

7．桥台钢管柱分析

桥台下部设置四根钢管桩，防止河水冲刷桥台下部泥土，导致桥台下沉。

恒载Q1：

混凝土荷载、部分贝雷梁、工字钢和台背砂砾石

活载Q2：

取最不利位置（挂车后三轴行走在桥台上）

Q1=[（2.5+4.11]/2*4*6-1*2*6+0.5*4.11*6*2.4+0.27/2*8+0.042*2*6+1.61*4/2*

6*1.7]*10=1373.4KN

Q2=120*70%*10=840KN

每根钢管柱受力=（Q1+Q2）/4=553.4KN，下端固结，上端自由，长细比λ=2×7/0.21853=64，查表得稳定系数φ=0.897，钢管桩应力=553.4/（0.0233*0.897）/1000=26.5Mpa.

8．打入钢管桩承载力分析

经计算钢栈桥钢管柱单桩最大承载力要求不小于553kN，因地质勘测情况不明，借鉴距离东洲岛不远处的耒水河地质报告及《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007。

打入钢管桩承载力计算表如下：

地层名称

地层厚度li（m）

承载力基本容许值fao

侧阻力标准值qik

粉质粘土

11.34

150

40

粉砂

-

90

30

粗砂

2.07

250

60

圆砾

1.63

400

130

全风化泥质砂岩

-

220

60

强风化泥质砂岩

10.5

350

180

管桩外直径（m）

0.63

桩身周长u（m）

1.98

桩端截面面积Ap（m2）

0.312

第一层厚度（m）

6

第一层侧阻力标准值（kPa）

40

第一层桩侧影响系数a

0.7

第二层厚度（m）

第二层侧阻力标准值（kPa）

第二层桩侧影响系数a

第三层厚度（m）

第三层侧阻力标准值（kPa）

第三层桩侧影响系数a

第四层厚度（m）

第四层侧阻力标准值（kPa）

第四层桩侧影响系数a

持力层端阻力极限值（kPa）

800

桩端入土总深度（m）

6

桩端影响系数a

1.10

沉桩承载力容许值（kn）Quk=u∑aiqikli+arpqpkAp

607.2

河床部位5-7m处为淤泥，不提供承载力，所以钢管桩埋置深度≥7+6=13m。

9．其他分析

温度影响

考虑整体升降温30℃，单跨栈桥总伸缩量l=225000×12×10-6×30=81mm，故需在栈桥中间位置设置伸缩缝，栈桥两端锚固在桥台上，距离栈桥两端的错车带与主桥锚固。

10．总结与建议

1）贝雷梁支点处立杆控制设计，可进行加强处理，每个支点处立杆采用双[10槽钢加强；

2）钢管立柱之间的横向联系应加强，顶部附近3m内设置剪刀撑，保证其稳定性；

3）严格控制桥上车辆数目、车距、车速及载重量，严禁在桥上急刹车，车辆尽量沿中线行驶，以线路中心为基准，偏心距不得超过±0.25m，悬挂各种警示标识，配置专人值班进行控制；

4）大风等恶劣天气车辆不通行；

5）保证贝雷梁立杆、下分配梁以及钢管立柱三者中线竖向重合；

6）履带吊振动作业时，钢管与导向架分离，避免激振力传递至钢栈桥；