钢便桥计算书doc.docx

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钢便桥计算书doc

下承式钢便桥设计及验算

1、设计计算说明

1.1设计依据

《S465罗湖大桥及接线工程两阶段施工图设计》；

《K32+754.971罗湖大桥钻孔柱状图》；

《钢结构设计规范》GB50017-2003；

《路桥施工计算手册》；周永兴等

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

《公路桥涵地基基础设计规范》（JTGD63-2007）；

《装配式公路钢桥多用途使用手册》；黄绍金等

《装配式钢桥使用手册》；

《实用土木工程手册》；杨文渊

相关法律、法规、规范性文件

1.2工程概况

罗湖大桥位于嬉子湖镇南侧，桐城市与宜秀区交界处，北侧桥头位于榆树咀村，南侧桥头设于罗岭镇姥山，跨越嬉子湖通航航道，航道等级为IV级，桥长2244.5m。

罗湖特大桥跨径布置为：

4×30+5×30+5×30+5×30+5×30+5×30+5×30+5×30+

5×30+5×30+（70+115+70）+5×30+4×30+4×30+4×30m

其中主桥长255.0m，主桥上部结构为70+115+70m变截面连续箱梁结构，采用挂篮悬臂浇筑法施工；引桥共长1980m，上部结构为30米装配式预应力混凝土连续箱梁。

主桥下部结构：

主桥墩采用实体墩身接矩形承台接群桩基础，过渡墩采用双矩形墩接哑铃形承台接群桩基础；引桥下部结构：

引桥下部结构1#～48#、53#～65#桥墩采用桩柱式桥墩，均设桩顶系梁，45#～48#、53#～56#桥墩设置柱间系梁，其中1#～48#、55#～65#桥墩桩基按嵌岩桩设计，53#、54#桥墩桩基按摩擦桩设计。

66#～68#桥墩采用扩大基础接柱式桥墩。

0号桥台采用肋式轻型桥台，69号桥台采用扩基U型桥台。

根据桥梁施工需要，在罗湖大桥轴线位置18#-21#、50#-51#处分别设置90m、135m钢便桥，便桥净宽6m，桥跨均采用10*9m布置，均为‘321’贝雷钢便桥（具体布置见《罗湖大桥钢便桥施工方案图》）。

钢便桥采用Ф520*8mm钢管桩基础，桥上部选用‘321贝雷片作为主体结构。

桥面板采用C20槽钢满铺。

1.3钢便桥设计

1.3.1主要技术参数

（1）钢便桥桥面标高

为方便雨季高水位情况下本项目的整体结构施工，两处桥梁均为直线装配式桥梁，1#钢便桥顶面标高设计为+15.00m，2#钢便桥顶面标高设计为+15.00m。

（2）荷载

由于本站桥只作为通道桥使用，不在桥上进行桥梁结构作业。

故桥面荷载主要考虑以下移动荷载：

.钢便桥使用过程中最重车辆9m3的混凝土运输车的移动荷载

.110t‘360’旋挖钻移动荷载

同时，由于便桥长90m，桥跨9m，考虑到防护措施，净通行宽度为5m，故不考虑两种荷载在同一跨的情况，同时也不考虑旋挖钻与罐车前后行驶的情况（考虑到旋挖钻工作特点）；考虑到便桥迎风面积较小，故不考虑风荷载；同时钢便桥所在菜子湖水位较浅，基本无流速，练潭河水流缓慢，故水流冲击影响也不做考虑（如有意外发生，要对管桩周围补砂填土）。

混凝土运输车辆荷载的平面和里面布置如下：

参考车型：

三一重工SY5250GJB4（9m3欧Ⅲ）

图1三一重工SY5250GJB4（9m3欧Ⅲ）

三一重工SR360RC10旋挖钻参数如下：

图2三一重工SR360RC10旋挖钻

（3）荷载类型及数值

钢便桥自重

罐车荷载：

前轴60KN，后轴170KN*2

旋挖钻履带荷载：

110*1000*10N/（2*5.275m）=104.3KN/m

（注：

偏安全考虑，取5.275m为工作时履带着地计算长度）

以上荷载在验算时均在移动荷载中添加车辆，具体添加情况如下图：

图3移动荷载添加示意图

（4）钢弹性模量Es=2.1*105MPa

（5）材料许用应力：

Q235钢：

[σ]=215MPa;[τ]=125MPa

A3钢：

[σ]=210MPa;[τ]=160MPa

16Mn钢：

[σ]=273MPa;[τ]=208MPa

1.3.2便桥结构

1#、2#贝雷钢便桥分别采用（10*9m与15*9m）连续梁结构，便桥通行净宽5m。

便桥采用打入Ф520*8mm钢管桩做基础，桩顶安装双拼I25a型工字钢做主横梁，主横梁上布置2组（4排）贝雷梁（贝雷梁均设置上下加强弦杆），横向间距为0.45m+6.05m+0.45m,在贝雷梁下部孔隙处布置I40分配梁，分配梁上满铺倒扣C20槽钢，同时在其上布置5mm防滑钢板用来保护槽钢和增加行车安全,钢板上距离两侧贝雷梁0.5m处分别布置C10槽钢作为行车过程中的贝雷梁防护措施。

具体布置情况见下图：

图4贝雷钢便桥布置图

2、钢便桥建模分析

钢便桥建模分析时选取2跨9m的标准模型作为计算模型，利用MidasCivil2015有限元分析软件进行建模验算，下面结果均用最不利情况计算云图（Max值）与设计强度值比较。

主要考虑以下2个情况分析：

2.1“360”旋挖钻在便桥上行驶时

本工况下荷载组合为1.2自重+1.4旋挖钻移动荷载。

图5荷载模型及标准视图

图6荷载模型及正面视图

整体变形

图7整体变形图

C20槽钢变形

图8C20槽钢变形图

由图可知：

Z向最大变形为16.59mm,大于规范值;L/400=1410/400=3.525mm。

不过该处的位移为整体位移，相对位移需通过和下部构件的位移进行计算得到。

后面由表格统一列出，然后在和规范给定的限制进行比较。

I40工字钢分配梁变形

图9I40工字钢分配梁变形图

由图9可知：

分配梁Z向最大变形为16.59mm,大于规范规定值;L/400=6000/400=15mm，不过该处的位移为整体位移，相对位移需通过和下部构件的位移进行计算得到。

后面由表格统一列出，然后在和规范给定的限制进行比较。

贝雷梁变形

图10贝雷梁变形图

由图10可知：

贝雷梁Z向最大变形为7.26mm,即使不考虑相对位移，也小于规范规定值;L/400=9000/400=22.5mm，所以贝雷梁的变形满足要求。

I25a双拼工字钢主横梁变形

图11主横梁变形图

由图10可知：

贝雷梁Z向最大变形为1.52mm,即使不考虑相对位移，也小于规范规定值;L/400=6500/400=16.25mm，所以主横梁梁的变形满足要求。

钢管桩变形

图12钢管桩X方向变形图

图13钢管桩Y方向变形图

图14钢管桩Z方向变形图

由图12/13/14可知：

钢管桩的X方向最大位移为1.275mm;Y方向的最大位移为0.827mm。

均小于规范规定的L/150=1000/150=6.7mm，则钢管桩的变形满足要求。

另外钢管桩的Z方向的最大变形为；1.145mm，此变形为钢管的压缩变形，不作为刚度破坏的控制标准，只将其作为计算相对位移的基准。

各构件之间Z方向相对位移表（单位:

mm）

槽钢

分配梁

贝雷梁

主横梁

钢管柱

构件位移

16.29

16.59

7.26

1.52

1.145

相对位移

0

9.33

5.74

0.375

位移容许值

3.525

15

22.5

16.25

由以上表格计算得出，上部构件相对于下部构件的Z方向的变形均小于规范规定的L/400的限值，故各构件的变形均满足规范要求；

结构强度验算

图15结构整体正应力图

图16结构整体剪应力图

图17贝雷梁弦杆剪应力图

由图15/16/17可知：

最大拉应力为22.15MPa，最大压应力为44.56MPa。

均小于规范规定的A3钢及16Mn的抗拉、抗压强度设计值。

而结构整体最大剪应力为150.5MPa，出现在贝雷梁弦杆上，其对应的材料为16Mn钢，而16Mn钢的抗剪强度为208MPa，所以也满足要求。

综上所述，此工况下结构整体的强度及刚度均满足设计及施工规范要求。

此种工况下的结构支反力结果

图18结构支反力图

由图18可知，此种状态下结构最大支反力为:

468.1KN。

但最终数据值待比较之后选取。

2.2水泥罐车在便桥上行驶时

本工况下荷载组合为1.2自重+1.4水泥罐车荷载

图19荷载模型及标准视图

图20荷载模型及正面视图

C20槽钢变形

图21C20槽钢变形图

由图可知：

Z向最大变形为-14.78mm,大于规范值;L/400=1410/400=3.525mm。

不过该处的位移为整体位移，相对位移需通过和下部构件的位移进行计算得到。

后面由表格统一列出，然后在和规范给定的限制进行比较。

I40工字钢分配梁变形

图22I40工字钢分配梁变形图

由图9可知：

分配梁Z向最大变形为14.78mm,即使不考虑相对位移，也小于规范规定值;L/400=6000/400=15mm，所以主横梁的变形满足要求。

贝雷梁变形

图23I40贝雷梁变形图

由图10可知：

贝雷梁Z向最大变形为6.26mm,即使不考虑相对位移，也小于规范规定值;L/400=9000/400=22.5mm，所以贝雷梁的变形满足要求。

I25a双拼工字钢主横梁变形

图24主横梁变形图

由图10可知：

贝雷梁Z向最大变形为1.68mm,即使不考虑相对位移，也小于规范规定值;L/400=6500/400=16.25mm，所以主横梁梁的变形满足要求。

钢管桩变形

图25钢管桩X方向变形图

图26钢管桩Y方向变形图

图27钢管桩Z方向变形图

由图25/26/27可知：

钢管桩的X方向最大位移为1.75mm;Y方向的最大位移为1.29mm。

均小于规范规定的L/150=1000/150=6.7mm，则钢管桩的变形满足要求。

另外钢管桩的Z方向的最大变形为；1.35mm，此变形为钢管的压缩变形，不作为刚度破坏的控制标准，只将其作为计算相对位移的基准。

各构件之间Z方向相对位移表（单位:

mm）

槽钢

分配梁

贝雷梁

主横梁

钢管柱

构件位移

14.78

14.78

6.26

1.68

1.35

相对位移

0

8.52

4.58

0.33

位移容许值

3.525

15

22.5

16.25

由以上表格计算得出，上部构件相对于下部构件的Z方向的变形均小于规范规定的L/400的限值，故各构件的变形均满足规范要求。

结构强度验算

图28结构整体正应力图

图29结构整体剪应力图

图30贝雷梁剪应力图

由图28/29/30可知：

最大拉应力为21.8MPa，最大压应力为43.04MPa。

均小于规范规定的A3钢及16Mn的抗拉、抗压强度设计值。

而结构整体最大剪应力为144.87MPa，出现在贝雷梁弦杆上，其对应的材料为16Mn钢，而16Mn钢的抗剪强度为208MPa，所以也满足要求。

综上所述，此工况下结构整体的强度及刚度均满足设计及施工规范要求。

此种工况下的结构支反力

图30结构支反力图

由图30可知，此种状态下结构最大支反力为:

387.3KN。

但最终数据值待比较之后选取。

3、钢管桩入土深度计算

钢管桩入土深度主要依据钢管桩在两种荷载下的最大结构支反力，以上两种工况只考虑了单一荷载在钢便桥行驶的情况下，而实际工程施工中考虑到罐车顺次行驶的情况，由工况二图30可知，此时钢管桩结构支反力叠加为685.5KN，综合来看，685.5KN为本项目计算出现的最大支反力，所以以此数据计算钢管桩需要入土深度。

查阅《K32+754.971罗湖大桥钻孔柱状图》可知，钢便桥布设位置18#~21#与50#-51#处地质情况如下图：

图31K31+727.5左4m钻孔桩柱状图（适用于19#-21#）

图31K32+812.5钻孔桩柱状图（适用于50#-51#）

先按照沉桩单桩轴向受压承载力容许值计算公式对1号便桥试算：

考虑到钢管桩桩底横截面积较小，故不考虑桩端承载力。

令[R]Max=1/2*3.1416*0.52*（0.6*1.8*40+0.6*1.4*55+1.1*8.6*80）

=691.2KN>685.5KN,符合要求。

此时钢管桩需要打入全风化砂岩层8.6m深，则1号钢便桥钢管桩入土深度为:

H1=1.8+1.4+8.6=11.8m

同理计算2号便桥得：

令[R]Max=1/2*3.1416*0.52*（0.6*1*40+0.6*8*15+1.1*2.2*18+0.6*8.2*15+1.1*3.6*80+1.1*2.9*100）

=693.6KN>685.5KN,符合要求。

此时钢管桩需要打入强风化砂岩层2.9m深，则2号钢便桥钢管桩入土深度为:

H2=1+8+2.2+8.2+3.6+2.9=25.9m

所以打入钢管桩深度和承载力如下表：

地层号

2B-1

2B-2

2B-2T

2B-2

6B-1

9Y-1

9Y-2

9Y-3

桩底入岩种类

合计打入深度

承载力

备注

管桩号

m

m

m

m

m

m

m

m

m

KN

m

1-1

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

1-2

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-3

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-4

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-5

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-6

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-7

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-8

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-9

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-10

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

水中桩

1-11

1.8

1.4

8.6

全风化砂岩

11.8

691.2

2-1

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

2-2

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-3

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-4

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-5

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-6

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-7

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-8

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-9

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-10

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

水中桩

2-11

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

2-12

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

2-13

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

2-14

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

2-15

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

2-16

1

8

2.2

8.2

2

1.6

2.9

强风化砂岩

25.9

693.6

注：

考虑安全因素，水中钢管桩整体打入深度在上表的基础上加深1m。

陆地桩可按上表打入深度施工。

4、结论及注意事项

根据计算，本站桥能够满足项目施工需要。

4.1便桥施工注意事项

a、钢管桩打入时需按照设计要求达到入土深度，并且锤桩终止时钢管桩无明显沉降。

b、若不能打入至设计深度，应及时通知工程部及相关领导，分析原因后采取相应措施，可临时增加一排（2根）钢管作为加强和止推墩；

c、钢管桩平面位置偏差控制在顺桥向40mm，横桥向50mm以内，垂直度控制在1%以内；

d、钢管桩施打完成后，应立即进行钢管桩的横向连接，焊接剪刀撑及钢管平联，夜间时应提前进行照明设施的安装；

e、所有钢结构的焊接，包括钢管桩的节段焊接、型钢的焊接以及各个连接件的焊接都必须在相关质检人员的监督下进行合格检验；

f、如果收到大风等自然灾害的袭击，应尽早撤离所有施工机械和作业人员到安全区域，已经施工完成的应采取一定的措施保证安全过渡；

g、便桥起终点桥台顺接建议方式：

起终点设置混凝土端墙起终点处打钢板桩砌筑片石混凝土端墙。

h、便桥各部位之间的连接方式应严格按照施工规范要求施工。

（最好选用标准件拼装施工）

4.2便桥运行注意事项

本站桥工程使用期间，应建立健全维护便桥的相关制度，安排专人负责并做好维护记录。

a、检查贝雷片连接处的销子、定位销的松动脱落情况；

b、检查U型卡松动情况，对螺栓、螺帽脱落的部位及时安装复原；

c、检查警示灯、路灯线路及灯泡的完好情况，发现损坏的及时修复；

d、为防止漂流物碰撞便桥，在便桥上游部位插打钢管桩避免发生碰撞事故（此措施是否可行还需上报审批）

e、对便桥面板和防滑钢筋发生翘曲或损坏的部位，及时修复或更换；

f、对便桥焊缝脱落处进行加强补焊；

g、在施工过程中栏杆损坏部位及时修复，并对栏杆警示漆不明显的区段进行重新喷漆。

h、为了增加钢管桩的刚度、稳定性，采用在钢管桩内填砂。

钢管桩横向之间用剪刀撑和平联连接（水中钢管桩之间必须要设计平联及剪刀撑，陆地上钢管桩可只设置平联而不用剪刀撑），并将桩顶型钢横梁与钢管桩施焊固结成整体。

i、对栈桥维护人员、罐车司机等进行桥头错车问题的管控与教育、确保刚便桥在工程施工过程中车辆的正常通行，不拥堵。