钢栈桥计算书.docx

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钢栈桥计算书

*********钢栈桥计算书

1编制依据

1、现场踏勘所获得的工程地质、水文地质、当地资源、交通状况及施工环境等调查资料；

2、国家及地方关于安全生产及环境保护等方面的法律法规；

3、《钢结构设计规范》GB50017-2011；

4、《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015

5、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007

6、《公路工程施工安全技术规范》（JTGF90-2015）

7、《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）

8、*********设计图纸。

2工程概况

*********位于顺昌县水南镇焕仔坑附近，跨越富屯溪。

本项目起点桩号K7+154，终点桩号K7+498.5，桥梁全长344.5m。

*********场区属于剥蚀丘陵夹冲洪积地貌，桥址区地形较起伏，起点台较坡度约15°-20°，终点台较坡度约5°-10°。

桥梁跨越富屯溪，勘查期间水深约3-9m，溪宽约180-190m。

*********桩基施工是本工程的控制工期工程，我项目部经过对富屯溪水文、地质及其现场情况的详细调查，为保证工期,加快施工进度，跨富屯溪水中主墩计划采用钢栈桥+钢平台施工方案。

*********河中墩共7组，距河岸边最近的8#墩距岸边约20m，根据富屯溪历年洪水水位，富屯溪上下游都有水电站，无通航要求，宜搭设全桥贯通栈桥。

为满足环保、水保及通航要求，我单位从2#墩~8#墩桩基基础均采取搭设钢平台施工，其余桩基基础为陆地桩基。

按照常水位115.00m，经现场实测，中间河道宽度约210米，2#墩~8#墩位置水深约1.5~5.2米。

钢栈桥计划施工长度为243m，共设置7个钢平台，因2#墩钢平台标高为121m，2#墩临近堤顶路，其标高为127m，高差悬殊较大，车辆无法两岸通行，为确保车辆的通行顺畅及在进行混凝土灌注过程中车辆的良好通行，其中在2#墩钢平台及3#墩钢平台之间搭设贯通钢平台，利于车辆的掉头及车辆的错车需要。

3钢栈桥及钢平台设计方案

3.1钢栈桥布置图

基础采用Φ529x8mm螺旋焊管，焊管顶部设双I45b工字钢横梁，横梁上设贝雷片纵梁，纵梁上铺I20a工字钢做分配梁，20#工字钢间距30cm，δ6mm钢板做面板。

钢栈桥布置图如下图。

钢栈桥横断面图

3.2钢平台布置图

基础采用Φ529x8mm螺旋焊管，焊管顶部设双I45b工字钢横梁，横梁上设贝雷片纵梁，纵梁上铺I20a工字钢做分配梁，20#工字钢间距30cm，δ6mm钢板做面板。

钻孔平台布置图

4栈桥检算

4.1设计方法

（1）采用容许应力法设计计算

（2）钢栈桥属临时结构；钢结构容许应力提高系数1.3～1.4见《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）；本方案取容许应力法计算时的最小安全储备系数K=1.0～1.25（重要构件不小于1.2）。

（3）取荷载冲击系数1.15、偏载系数1.2；

（4）弹性模量、惯性矩、截面抵抗矩、容许应力、容许扰度数值参考《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）

（5）活载按照8m³混凝土搅拌运输车（满载）可按照“汽车-20级”重车计算。

4.2桥面板承载力验算

4.2.1桥面板力学参数

I20a工字钢上分配间距30cm，净距20cm，桥面板跨径

；车辆后轴触地宽度为600mm，长度为200mm，混凝土运输车单轮宽30cm，作用面20cm，桥面板可按照均布荷载进行计算分析。

车轮作用示意图

取200mm单元宽度桥面板计算其截面特性:

桥面板计算简图

截面抵抗矩

=200×62/6=1200mm3

惯性矩

=200×6³/12=3600mm4

桥面板自重：

4.2.2强度验算

均布荷载

满足承载力要求

4.2.3刚度验算

满足刚度要求

4.3I20a工字钢分配梁承载力验算

4.3.1力学参数

8m3混凝土搅拌运输车车轮位于I20a工字钢上分配梁时，为不利荷载位置.则每根上横梁承受车辆单轮轴荷为:

桥面板和I20a工字钢自重：

I20a工字钢腹板厚度d=7mm

惯性矩

；

截面抵抗矩

；

半截面静力矩

；

分配梁计算简图

4.3.2强度验算

跨中弯矩：

支座处剪力：

满足承载力要求

满足承载力要求

4.3.3刚度验算

满足刚度要求

4.4贝雷片纵梁承载力验算

4.4.1力学参数

8m³混凝土搅拌运输车（满载）可按照“汽车-20级”重车计；考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距大于9m，即一跨内同方向桥内最多只布置一辆重车。

自重恒载：

q=6+0.373=6.373KN/m

贝雷桁片:

1KN/m（包括连接器等附属物）

截面抵抗矩

；

截面积A=146.45×10-4㎡

惯性矩I=250500cm4

弹性模量E=206GPa

贝雷片纵梁弯矩最大时计算简图

剪力最大时计算简图

4.4.2强度验算

跨中弯矩M=ql²/8+M汽=6.373×92/8+（22.2+255.6+171.6）×1.15×1.2

=684.7KN.m＜[M]=788.2KN.m满足承载力要求

根据剪力计算简图，B点出为最大剪力，根据

，得

B点最大剪力：

Q=ql/2+XB×1.15×1.2=6.373×9/2+（24+101.33+120）×1.15×1.2=367.23KN

销子采用30crmnti，插销用弹簧钢制造，容许剪应力：

。

满足承载力要求

4.4.3刚度验算

梁体变形为整体变形，由单侧6片贝雷片为一整体进行验算，可根据叠加法计算跨中挠度，I=6×250500×10-8=150.3×10-4m4

均布荷载：

由汽-20重车荷载产生的跨中挠度：

式中

为集中荷载到较近支座的距离，根据弯矩计算简图荷载布置方式，在本计算书中分别为

，

，

f1=60×103×0.74×（3×92-4×0.742）/（48×206×109×1503000×10-8）=71.95×10-6m

f2=120×103×4.26×（3×92-4×4.262）/（48×206×109×1503000×10-8）=5.86×10-4m

f3=120×103×2.86×（3×92-4×2.862）/（48×206×109×1503000×10-8）=4.856×10-4m

综上，跨中最大挠度为（考虑汽车冲击荷载）：

f=fq+（f1+f2+f3）×1.15×1.2

=0.17+（71.95+586+485.6）×10-3×1.15×1.2=1.74mm＜

=9000/600=15mm满足刚度要求

4.5I45b工字钢横梁承载力验算

4.5.1力学参数

横梁采用I45b双拼，每根长度为6m，计算跨径为4m，按简支梁进行计算，计算简图如下：

惯性矩：

I=33800cm4；

截面抵抗矩：

W=1500cm3；

截面面积：

A=111.446cm2；

理论重量g=87.485kg/m

腰厚d=13.5mm

半截面面积矩：

S=889.47cm3

4.5.2强度验算

按照钢横梁简化至3个集中荷载进行计算，

其中桥面、纵梁及工字钢恒载为

q=87.485×2×10×10-3=1.75KN/m

集中荷载

P=（6.373×9+300×1.15×1.2）/3=157.119KN

支座处最大剪力：

Q=3P/2=3×157.119/2=235.68KN

跨中最大弯矩Mmax=ql²/8+Mp=1.75×4²/8+157.119=160.619KN.m

满足承载力要求

4.5.3刚度验算

f=fq+fP=0.04+6.02=6.06mm＜[f]=4000/250=16mm满足刚度要求

4.6桥面护栏受力验算

4.6.1力学参数

护栏横杆采用φ48×3mm钢管，立柱采用I14工字钢，工字钢间距为2m。

根据《公路工程施工安全技术规程》（JTGF90-2015），防护栏杆上杆件任何部位均应能承受1KN的外力，当外力作用在立杆中间时横杆所受弯矩最大，按简支梁进行计算，计算简图如下：

当外力作用在仅靠立柱端头时钢管承受剪力最大，受力简图如下：

φ48×3mm钢管力学参数如下：

截面抵抗矩：

截面面积

I14工字钢力学参数如下：

截面抵抗矩：

截面面积

当外力作用在立杆的最顶端时，立杆受弯矩最大，计算简图如下：

4.6.2强度验算

（1）φ48×3mm钢管验算

跨中弯矩

跨中切应力：

满足承载力要求

支点处剪力：

Q=P=1KN

支点处剪应力：

满足承载力要求

（2）I14工字钢立柱验算

最大弯矩

最大切应力：

满足承载力要求

I14工字钢与桥面板焊接，对焊缝进行验算：

焊缝处弯矩：

焊缝处最大剪力为：

Q=1KN

焊缝截面惯性矩：

满足承载力要求

满足承载力要求

5桩基检算

5.1钢管桩承载力验算

根据4.5.2钢管桩受力计算，钢管桩最大荷载为P=235.68KN。

钢管桩截面面积

钢管桩按照受压构件计算

满足承载力要求

5.2桩基入土深度计算

基础采用Φ529x8mm螺旋焊管，理论重量为103.289kg/m，根据I45a工字钢横梁承载力验算中得钢管桩最大荷载P=235.68KN。

桩基长度按照最大水深5m，入土2m，高于水面4.5m计算，则桩底最大承载力为P=235.68+（5+2+4.5）×103.289×10×10-3=247.56KN

式中[Ra]—单桩轴向受压承载力容许值（KN）；

u—桩身周长（m）；

Ap—桩端截面面积（㎡）；

n—土的层数；

—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；

qik—与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa）；

qr—桩端处土的承载力容许值（kPa）；

基础采用Φ529x8mm螺旋焊管，桩基按照摩擦桩设计。

桩基周长u=π×0.529=1.661m，

桩基冲刷线以下为卵石，厚度约2~3m，则摩阻力标准值qik取170kPa。

不计桩尖承载力，则有桩基需入土深度：

L=2×247.56/（1.661×1×170）=1.75m，施工过程中桩基入土深度按照2m控制。

5.3钢管桩自身稳定性验算

钢管壁厚按8mm计算。

I＝π×0.5294（1-0.5134/0.5294）/64m4=4.441658897×10-4m4

根据《建筑桩基技术规范》，单桩稳定长度：

，

为地面以上桩长，取最大值10m，h为地面以下桩长，为2m，所以

=12m。

钢管桩身抗弯刚度：

EI=2.10×1011N/m2×4.441658897×10-4m4=932748.3684N.m2

单桩屈曲临界荷载

＞247.56kN

由以上计算可看出钢管桩满足稳定性要求。

5.4钢管桩抗倾覆性验算

当富屯溪水流量达到4000m3/s时，桥墩钢管横向位移考虑水流冲击影响，流速为2.86m/s。

流水压力：

—流水压力标准值（KN）；k—形状系数（钢管取0.8）；

A—阻水面积（

），计算至一般冲刷线处；γ—水的重力密度（kN/

）;

V—设计流速（2.86m/s）；g—重力加速度（9.8

）

5.5钢管桩水平位移验算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）,用m法计算桩顶位移及地基反力：

5.5.1桩宽和抗弯刚度

计算桩宽为

；

—桩形状换算系数，圆形端截面

；

—平行于水平力作用方向的桩间相互影响系数，单排桩

；

—钢管桩桩径，

E=210×109N/m2；I=65192cm4。

5.5.2计算桩土变形系数

非岩石地基水平向抗力系数的比例系数m=50000KN/m4；

∴α=0.871

α·h=0.871×1.75=1.52〈2米

α—桩的变形系数，h—桩入土深度

5.5.3计算桩顶处位移

因为α·h=1.68所以根据《公路桥涵地基与基础设计规范》附表6.7可有：

流水压力

桩顶水平位移

＜10mm满足要求。

6钻孔平台

考虑钢平台钢管桩规格型号、横、纵梁、桥面板及相应剪刀撑等措施与栈桥相同，且钢平台的钢管桩实际跨度小于栈桥的钢管桩跨度，钢平台受力满足要求，不再赘述。