栈桥计算书上报.docx

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栈桥计算书上报

目录

第一章栈桥施工计算说明

一、设计依据

二、主要技术标准

三、技术规范

四、主要材料

五、设计要点

六、结构计算内容

七、使用注意事项

第二章栈桥结构计算书

一、工程概况

二、设计参数

三、横向分配梁槽钢[25b计算

四、贝雷桁计算

五、桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算

六、钢管桩竖向承载力计算、扩大基础承载力计算

七、栈桥的纵向稳定性验算。

八、栈桥抗9级风稳定性验算。

第一章栈桥施工计算说明

一、设计依据

本栈桥使用“321”装配式钢桥（上承式）。

用φ630×8mm钢管作为桩基础，满足栈桥的使用功能要求。

二、主要技术标准

1、栈桥用途：

满足厦门高集海堤开口改造工程项目施工期间社会车辆的自行车、摩托车及人行通行，使用寿命为至工程结束。

2、设计单跨标准跨径9m和12m交替，桥面净宽5m，与岸线连接的道路宽度5m。

（部分施工过程中需行走履带吊，桥面设计单跨标准跨径按9m，桥面净宽按6m，与岸线连接的道路宽度6m。

）

3、设计行车速度：

20km/小时，

4、设计荷载：

人群荷载：

5KN/m2，（

500KN履带吊车）、

水管及电缆等荷载：

2KN/m（挂在靠下游侧的贝雷桁架上）

5、桥面标高：

+7.0~+9.8m（水上段+7.0m，陆上段从+7.0m过渡到+9.8m），栈桥二头与施工便道连接。

6、设计风速:

:

41.5m/s（由设计图纸提供）

7、“321”装配式钢桥使用,4排单层型（上承式）贝雷片。

三、技术规范

1、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89。

2、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ025-86。

3、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）。

4、中华人民共和国交通部战备办《装备式公路钢桥使用手册》（交通部战备办发布，1998年6月）。

5、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。

四、主要材料

1、“321”装配式钢桥及附件

采用国产321”装配式钢桥及附件，其技术标准应符合交通部编制《装配式公路钢桥制造及检验、验收办法》的有关规定。

贝雷桁架几何特性及桁架容许内力

（1）桁架单元杆件性能

杆件名

材料

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）几何特性

几何特性

结构构造

Wx（cm3）

Ix（cm4）

EI（KN.m2）

单排单层

不加强

3578.5

250497.2

526044.12

加强

7699.1

577434.4

1212612.24

双排单层

不加强

7157.1

500994.4

1052088.24

加强

15398.3

1154868.8

2425224.48

三排单层

不加强

10735.6

751491.6

1578132.36

加强

23097.4

1732303.2

3637836.72

双排双层

不加强

14817.9

2148588.8

4512036.48

加强

30641.7

4596255.2

9652135.92

三排双层

不加强

22226.8

3222883.2

6768054.72

加强

45962.6

6894390

14478219

（3）桁架容许内力表

桥型

容许内力

不加强桥梁

单排单层

双排单层

三排单层

双排双层

三排双层

弯矩（KN.m）

788.2

1576.4

2246.4

3265.4

4653.2

剪力（KN）

245.2

490.5

698.9

490.5

698.9

桥型

容许内力

加强桥梁

单排单层

双排单层

三排单层

双排双层

三排双层

弯矩（KN.m）

1687.5

3375

4809.4

6750

9618.8

剪力（KN）

245.2

490.5

698.9

490.5

698.9

2、钢材

钢管桩采用Q235A钢板卷制，其技术标准应符合国家标准（GB699-65）的有关规定。

型钢应符合国家标准（GB2101-80）的有关规定。

钢材容许应力及弹性模量

按JTJ025-86标准（page4页表1.2.5）

A3钢（Q235）：

弯曲应力[σw]=145MPa

剪应力[τ]=85MPa

轴向应力[σ]=140MPa

弹性模量E=2.1*105MPa

16Mn钢：

弯曲应力[σw]=210MPa

剪应力[τ]=120MPa

轴向应力[σ]=200MPa

弹性模量E=2.1*105MPa

五、设计要点

本桥计算按12米跨径简支梁计算和5跨（各12米跨径）连续梁计算。

设计单跨标准跨径12m。

本桥水上基础为打入式钢管桩，非制动墩每个支点设2根φ630×8mm钢管桩（单排），制动墩每个支点设4根φ630×8mm钢管桩（双排），单桩允许承载力[P]（计算时按壁厚7mm计算，以确保安全）计算：

取φ630×8mm螺旋焊钢管材料进行验算，壁厚按δ=7mm进行计算，其钢管截面特性如下：

A=137.005cm2

I=66494.922cm4

i＝22.027cm

W=2110.95cm3

M＝90.61Kg/m

单根φ630mm，δ=7mm钢管截面承受的允许压力[N]

[N]＝（A×[σ]）

＝137.005×10-4×140×103＝1918kN

由于钢管墩为压杆，要考虑压弯失稳，故进行稳定性校核

按两端铰支计算钢管稳定容许应力，该处钢管最大自由长度为L＝10.0m（从河床面起至钢管墩顶止）。

按照路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力：

[σ]ω＝φ[σ]＝0.810*140＝113.4MPa

式中：

φ——压杆稳定系数；

λ＝νL/i＝1×10/0.22027=45.40＜80；

ν——压杆的长度系数，该处取ν＝1；

L——压杆的自由长度，该处L=10.0m；

i——压杆对轴的惯性半径，该处i＝0.22027；

[σ]——压杆材料的容许应力，钢管＝140MPa。

查《钢结构设计规范》得，φ＝0.810。

单根钢管的稳定容许压力：

[P]＝[σ]ω·A＝113.4×1.37005×101＝1553.64kN

式中：

[σ]ω——钢管的稳定容许应力（由上式求得）；

A——钢管壁的横截面面积（直径0.630m，壁厚0.007m）

故单根钢管稳定允许承载力[P]=1553.64kN，所以后续检算钢管的竖向荷载必须小于[P]＝1553.64kN。

六、结构计算内容

结构计算书中，第一种情况：

荷载按满布人群荷载为5KN/m2，水管及电缆等荷载：

2KN/m（挂在靠左侧的贝雷桁架上）；第二种情况：

500KN履带吊车荷载。

按最不利情况进行布载和荷载组合，

按单跨标准跨径12m计算如下内容：

1、钢板计算

2、横向槽钢[25计算

3、贝雷桁计算

4、桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算。

5、钢管桩竖向承载力计算、扩大基础承载力计算。

6、栈桥的纵向稳定性验算。

7、栈桥抗9级风稳定性验算。

七、使用注意事项

严禁车辆超载、超速工作和行驶，不得在桥面上随意堆放材料及重物。

大于9级风时栈桥停止使用，过后必须对栈桥作全面检查后方可恢复工作。

栈桥使用期必须经常检查栈桥状况，如有异常情况，必须查明原因，经处理后方可继续使用。

严禁外来荷载碰撞栈桥，严禁在栈桥上进行船舶系缆。

第二章栈桥结构计算书

一工程概况

厦门高集海堤计划于2010年10月28日进行开口改造，工期22个月。

海堤全线共有两处开口工程，一处位于集美端，开口长60米，建一座60米的中桥，另一处位于高崎端，开口长800米，建一座长1000米的特大桥，跨径布置为3*30+2*（3*50）+4*50+（70+120+70）+3*50m=1000米的桥梁，对应墩号为0#~19#桥台。

伴随本次开口改造工程，还将对海堤全线进行断面改造，将现状单向2车道改造为双向4车道。

施工期间，为保障交通安全，需封闭高集海堤主车道，沿海堤行驶的机动车均需绕行周边其他道路。

通过交通组织措施，确保摩托车、自行车和行人在海堤上安全通行。

在开口段搭设钢便桥，头尾顺接既有铁路加宽路基，方便进出岛方向自行车、摩托车及行人通行。

钢栈桥立面图

人行栈桥横断面图

二、设计参数

1、荷载

⑴.恒载（每跨）：

行车道板厚（厚1.0厘米的钢板）：

5×78.5=392.5㎏/m=3.93KN/m

[25桥面横向（60cm间距）：

21×31.4＝659.4㎏/m=6.6KN/m

贝雷桁架自重：

（270+80）/3=0.116t/m=1.16KN/m

2I36b横垫梁5×2×65.66＝656.6kg=6.57KN/m

2I36b纵垫梁2.1×2×65.66＝275.8kg=2.76KN

⑵.活载：

贝雷桁架：

其为国家规定尺寸制造，每片桁架为1.5×3.0m，重270Kg。

弦杆由2[10组成，内侧的斜杆腹杆系由I8组成，钢材为16Mn钢，最大拉压弯应力为273Mpa，剪应力为156Mpa。

支撑架重40Kg。

单片贝雷桁架容许弯距为788.2KN.m，剪力为245.2KN。

三、10mm钢板验算

（第一种情况按自行车、摩托车行人荷载计算）

本栈桥设计仅供行人及非机动车行驶，既最大荷载及为满布荷载5KN/m2。

刚板底部横向槽钢按照中对中80cm间距布置。

10mm刚板：

[σw]=145MPa、E=2.1×105MPa、δ=0.010m

1、荷载

（1）、人群荷载：

q1=5KN/m2

（2）、钢板自重：

q3=0.785×5=3.93KN/m

2、强度验算

（1）计算模式：

按5跨连续梁计算（《路桥施工计算手册》P765页）

钢板受力计算简图

（2）截面特性：

A=b×h=1×0.01=0.01m2

W=bh2/6=1×0.012÷6=1.67×10-5m3

I=bh3/12=1.0×0.013÷12=0.83×10-7m4

（3）强度验算：

M支=0.105ql2=0.105×（5+3.93）×0.552=0.28KN.m

σmax=M支/W=0.28÷（1.67×10-5）=16.7Mpa<[σw]=145MPa

满足要求。

3、刚度验算

fmax=0.664ql4/100EI

=0.664×8.93×0.554÷（100×2.1×105×0.83×10-7）

=0.0003m<[f]=0.8/400=0.002m

满足要求。

（第二种情况施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）

钢板在50T履带吊的均布荷载作用下受力最大，履带的着地宽度及长度为0.76×4.66m，吊机工作时吊重120×1.3＝156KN（吊重冲击系数μ取0.3）。

钢板底部横向槽钢按照中对中30cm间距布置。

10mm钢板：

[σw]=145MPa、E=2.1×105MPa、δ=0.010m

1、荷载

（1）、履带吊荷载：

q1=（156+500）/（2×0.76×4.66）=92.61KN/m

（2）、钢板自重：

q3=7.85KN/m

2、强度验算

（1）计算模式：

按5跨连续梁计算（《路桥施工计算手册》P765页）

钢板受力计算简图

（2）截面特性：

A=b×h=1×0.01=0.01m2

W=bh2/6=1×0.012÷6=1.67×10-5m3

I=bh3/12=1.0×0.013÷12=0.83×10-7m4

（3）强度验算：

M支=0.105ql2=0.105×（92.61×0.76+7.85）×0.12=0.08KN.m

σmax=M支/W=0.08÷（1.67×10-5）=4.7Mpa<[σw]=145MPa

满足要求。

3、刚度验算

fmax=0.664ql4/100EI

=0.664×78.23×0.14÷（100×2.1×105×0.83×10-7）

=0.0021m<[f]=0.3/400=0.0075m

满足要求。

四、槽钢[25横梁检算

（第一种情况按自行车、摩托车行人荷载计算）

桥面板由厚1cm钢板铺成，桥面板底由横向槽钢[25b（21根间距60cm）间铺而成，荷载按满布人群荷载验算槽钢[25的抗弯和抗剪强度。

一根[25受到的均布荷载为q1＝5+0.785×0.6=5.47KN/m，槽钢[25b自重为q2＝0.314KN/m

按5跨连续梁计算：

图一

用结构力学求解器计算程序计算得：

（1）弯距：

Mmax=1.50KN.m

（2）剪力：

Qmax=6.07KN

（3）截面应力

σ=M/W=1.5×106/（282×103）=5.32MPa＜145MPa

τ=Q/A=6.07×103/（39.9×102）=1.52MPa＜85MPa

满足规范要求

（第二种情况施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）

桥面板由厚1cm钢板铺成，桥面板底由横向槽钢[25（16根间距60cm）间铺而成，荷载按500KN履带吊机（QUY50A）作业时分别验算槽钢[25的抗弯和抗剪强度。

一根[25受到的均布荷载为q1＝0.785×0.6×6+0.314×=4.71KN.m

500KN履带吊机（QUY50A）计算：

计算500KN履带吊机（QUY50A）时：

按8根槽钢[25上的荷载为满布计算，履带的着地宽度及长度为0.76×4.66m，吊机工作时吊重120×1.3＝156KN（吊重冲击系数μ取0.3），吊机自重500KN，作用在一根槽钢[25上的线荷载为：

q2＝P1/（2×4.66×0.76）=92.61KN/m

履带吊按规定路线行走，验算[25b的最不利位置为履带吊履带压在贝雷片中间

图一

用结构力学求解器计算程序计算得：

（1）弯距：

Mmax=16.35KN.m

（2）剪力：

Qmax=49.54KN

（3）截面应力

σ=M/W=16.35×106/（282×103）=57.9MPa＜145MPa

τ=Q/A=52.84×103/（39.9×102）=13.24MPa＜85MPa

满足规范要求

5、贝雷桁纵向抗弯、抗剪检算

（第一种情况按自行车、摩托车行人荷载计算）

（一）纵向抗弯计算

按满布人去荷载计算：

（考虑人群以及非机动车为动荷载，取放大系数1.3）：

P1=（5×1.3+0.785）×5×12/21=20.81KN

q1=（270+80）×10×2/1000/3=2.33KN/m

图二

用结构力学求解器计算程序计算得：

Mmax＝666.24KN.m<[M]=1576.4KN

Qmax=211.68KN<[Q]=490.9KN

满足规范要求。

（二）纵向抗剪计算

按满布人群荷载计算：

（考虑人群以及非机动车为动荷载，取放大系数1.3）：

P1=（5×1.3+0.785）×5×12/21=20.81KN

q1=（270+80）×10×2/1000/3=2.33KN/m

图三

用结构力学求解器计算程序计算得：

Qmax＝200.44KN<[Q]=490.5KN

抗剪能力满足要求。

（第二种情况施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）

（一）纵向抗弯计算

按500KN履带吊机（QUY50A）计算：

①横向计算：

500KN履带吊机（QUY50A）横向履带中距为3.54m，横向最不利工作位置如图所示，[注：

500KN履带吊机（QUY50A）工作时按指定路线行走]。

每一联内仅用一辆500KN吊机，布载为：

吊机工作时吊重量限120KN，重物冲击系数为1.3。

车辆总荷载为P1=500+120×1.3＝656KN.其履带着地长度为4.66m，每条履带荷载为（考虑履带吊行车为动荷载，取放大系数1.3）：

P1=（0.314×6×16+0.785×9×6）/（2×8）=4.53KN

P2=1.3×（656/2/8+4.53）=59.15KN

q1=（270+80）×10×2/1000/3=2.33KN/m

图二

用结构力学求解器计算程序计算得：

Mmax＝1008.77KN.m<[M]=1576.4KN

Qmax=344.69KN<[Q]=490.9KN

满足规范要求。

（二）纵向抗剪计算

按500KN履带吊机（QUY50A）计算：

500KN履带吊机（QUY50A）横向作用如图所示，纵向作用在桩顶时，贝雷桁有最大剪力，履带吊机以及钢板槽钢荷载为

P1=（0.314×6×16+0.785×9×6）/（2×8）=4.53KN

P2=1.3×（656/2/8+4.53）=59.15KN

自重及上部恒载荷载为q1=2.33KN/m，如图所示。

图三

用结构力学求解器计算程序计算得：

Qmax＝308.28KN<[Q]=490.5KN

抗剪能力满足要求。

6、桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算

（第一种情况按自行车、摩托车行人荷载计算）

工字钢分配梁的荷载有静荷载（桥面板、[25b分配梁、贝雷桁和工字钢横梁I36b。

动荷载有：

人群荷载

荷载P1=211.68/2=105.8KN，

q1=0.656×2=1.31KN/m

图四

用结构力学求解器计算程序计算得：

P1=105.8KN

按图四的受力图用结构力学求解器计算程序计算得：

荷载：

PM=107.77KNPN=107.11KN

Mmax=48.27KN.m

Qmax=107.77KN

弯曲应力：

σ=Mmax/W=48.27×106/（2×920800）=26.21MPa＜145MPa

剪应力：

τ=Qmax/A=107.77×103/（2×8364）=6.44MPa＜85MPa

满足规范要求。

（第二种情况施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）

工字钢分配梁的荷载有静荷载（桥面板、[25b分配梁、贝雷桁和工字钢横梁I36b。

动荷载有：

500KN履带吊机（QUY50A）

按50t履带吊计算：

当50t履带吊机荷载在纵栈桥向作用在桥面中间且在纵桥向作用在分配梁顶时，25b分配梁跨中有最大弯距。

荷载P1=344.69/2=172.3KN，

q1=0.656×2=1.31KN/m

图四

用结构力学求解器计算程序计算得：

P1=172.3KN

按图四的受力图用结构力学求解器计算程序计算得：

荷载：

PL=425.95KN,PM=69.26KPN=169.95KN

最大弯距在跨中：

Mmax=78.78KN.m

Qmax=425.95KN

弯曲应力：

σ=Mmax/W=78.78×106/（2×920800）=42.77MPa＜145MPa

剪应力：

τ=Qmax/A=425.95×103/（2×8364）=25.46MPa＜85MPa

满足规范要求。

7、钢管桩设计：

（第一种情况按自行车、摩托车、行人荷载计算）

（1）钢管桩的竖向荷载计算：

有以上计算可知，居中行走时中部在单排钢管桩中心线时，单排钢管桩中间的钢管桩受力最大：

RL=107.77KN

钢管桩等自重计算：

钢管桩顶面标高为+4.18m，暂按入土8m计算，地质钻孔为准进行计算，由设计图纸中所附地质勘察资料可知，河床面为0.2m，钢管桩为直径630mm的标准螺旋焊接管，则钢管桩自重为

W=11.98×1.23=14.7KN

钢管桩受力P=107.7+14.7=122.4N

（2）钢管桩的竖向承载力计算

本栈桥所有桩基均支撑在中砂、卵石层上，按摩擦桩计算其容许承载力。

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）中的沉桩的承载力容许值公式，则桩的容许承载力为：

（5.3.3-3）

式中：

——单桩轴向受压承载力容许值（kN），桩身自重与置换土重（当自重记入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；

——桩身周长（m）；

——土的层数；

——承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；

——与

对应的各土层与桩侧摩阻力标准值（kPa）,宜采用单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按规范给定值选用；

——桩端处土的承载力标准值（kPa），宜采用单桩试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按规范给定值选用；

、

——分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数对于锤击、静压沉桩其值均取为1.0。

按8米计算：

=（1.978×L×20+7.86×10-3×20）/2

=122.4kpa

则L=6.18m

=（1.978×L×20+7.86×10-3×20）/2

=165kpa

则L=8.34m

即打桩时须根据地质情况入土深度必须大于5.98―8.14m才能满足设计要求。

（第二种情况施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）

按18米计算：

=（1.978×L×20+7.86×10-3×20）/2

=454.18kpa

则L=22.9m

即打桩时须根据地质情况入土深度必须大于22.7m才能满足设计要求。

钢筋砼扩大基础验算：

支在钢筋砼扩大基础上,扩大基础长×宽×高=450×150×40cm,底层配Φ16钢筋,钢筋间距

20cm，钢管高度按5m计算。

P1=P2=107.7+5×0.89×1.2=113.04KN

钢筋砼扩大基础受力简图

钢筋砼扩大基础下为抛石层，结构层按300cm计算,扩散角45°

S=（4.5+0.8）×（1.5+0.8）=12.19m²

地基应力:

根据挡土墙现状地基承载力试验:

[σ]≥150KN/m²=150Kpa

满足规范要求

8、栈桥纵向稳定性验算（按简支梁计算）

栈桥的纵向水平推力来自车辆荷载的制动力，按规范规定，制动力为荷载长度内一行汽车总重量的10%，但不小于一辆重车荷载的30%。

当一联（4跨）上每跨布设一辆500kN的重车时，制动力为：

P=（4×500）×10%=200kN

根据JTJ021-89第2、3、9条，对排架式墩台所受的制动力应按墩台的刚度分配。

（钢管桩φ630×8mm，实际按壁厚7mm计算，按最不利位置即第一种典型地质且单排桩进行计算）

桩顶制动力计算

墩每根桩的刚度为：

EI=E×3.14（0.6304－0.6234）/64=3.378×10-4Em4

墩每根桩的分配的制动力为：

P1=200/（3×4＋2×3）=11.1KN

用m法计算墩桩身最大弯矩

桩基础变形系数:

α=5√mb1/EI

查JTGD063-2007表P.0.2-1，当地质为中砂时，m=10000～20000KN/m4，计算时取m=15000KN/m4

b1=kkf（1.5d+0.5）=1×0.9（1.5×0.63＋0.5）=1.30m

E=2.1×108KN/m2

则α=[（15000×1.30）