贝雷梁栈桥及平台计算书.docx

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贝雷梁栈桥及平台计算书

仁义桂江大桥

贝雷梁栈桥及作业平台计算书

西部中大建设集团有限公司

梧州环城公路工程N02合同段工程总承包项目经理部

二O—五年十二月

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一、工程概述.

二、设计依据.

三、计算参数.

、材料参数.

、荷载参数.

、材料说明.

、验算准则.

四、栈桥计算.

、计算工况.

、建立模型.

、面板计算.

、工况一计算结果.

、工况二计算结果.

、工况三计算结果.

、工况四计算结果.

、工况五计算结果.

、入土深度计算结果

、屈曲计算.

、栈桥计算结果汇总

五、7#墩平台计算.

、建立模型.

、荷载加载.

、荷载工况.

、工况一计算.

、工况二计算.

、工况三计算.

、屈曲计算.

、7#墩平台计算结果汇总

六、8#墩平台计算.

、建立模型.

、荷载加载.

、荷载工况.

、工况一计算结果.

、工况二计算结果.

、工况三计算结果.

、屈曲计算.

、8#墩平台计算结果汇总

七、结论.

一、工程概述仁义桂江大桥位于梧州旺村水利枢纽库区，上游距离京南水利枢纽约，下游距离在建旺村水利枢纽。

全桥采用双幅分离式结构，上部构造为：

7X40mT梁+

（64+120+64m连续钢构+6X40mT梁，左幅桥梁全长,起止桩号为：

K4+-K5+右幅全长，起止桩号为：

K4+-K5+。

仁义桂江大桥为通航河流，航道等级升级为IV级，最高通航水位，最低通航

水位，百年一遇洪水，常水位，汛期一般水位H=。

按照设计文件，10年一遇的水位为，该水位也为栈桥的计算控制水位，水流流速为3m/s。

车辆通行最高水位为+，此时水流流速按照2m/s进行控制。

仁义桂江大桥左幅最低河床冲刷标高为+,覆盖层为卵石，其中岩石层标高为，

覆盖层约6m左右，仁义桂江大桥右幅最低河床冲刷标高为+,覆盖层为卵石，其中岩石层标高为，覆盖层约左右。

实际测量结果显示，由于淘沙船的作业，河道内的覆盖层发生了较大变化，大体厚度在1-5m之间。

仁义桂江大桥工程上承式贝雷梁栈桥桥面宽度为6m最大跨度为12m设计承

重为65t，而施工过程中采用25t汽车吊或50t履带吊进行施工作业，施工时应满足承载需要。

平台采用贝雷梁+分配梁的方式设置，主要施工设备为冲击钻机。

二、设计依据

1、新建梧州环城公路工程N02合同段仁义桂江大桥水文、地质资料

2、现场实际情况

3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

4、《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）

5、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2010）

6、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）

7、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）

8、《装配式公路钢桥多用途使用手册》。

9、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）。

10、《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010）

三、计算参数

、材料参数

1、采用允许应力法进行检算。

⑴、Q235B钢参数：

容许弯曲应力，容许剪应力

⑵、贝雷梁允许轴力如下表所示：

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称

材料

断面型式

断面面积（cm2）

容许承载能力

弦杆

16Mn

2[10

560kN

竖杆

16Mn

210kN

斜杆

16Mn

⑶、钢弹性模量Es=X105MPa

⑷、考虑人群、栏杆等结构，钢栈桥及平台自重按照倍选取。

⑸、各荷载组合系数均为。

州、，夹Q

、何载参数

根据本栈桥实际使用情况，桥面荷载考虑以下几种主要荷载：

1、12m3的混凝土运输车

12m3的混凝土运输车，型号为三一重工生产的SY312C-6w（LNG）具体参数如下:

整备质量

16200kg

整车外形尺寸（长X宽X高）

9950X2500X3975mm

满载总质量

47400kg

轴距

3220mm+1150mm

前轮荷载总重：

P仁8t，后轮荷载总重：

P2=o

2、50t履带吊

50t履带吊，参考三一重工SCC500E!

带起重机，自重为50t，本设计中最大吊重为20t，吊装时，考虑荷载偏载系数为。

履带吊接触面积为2—4650X760mm，50t履带吊机限于墩顶起吊作业，严禁跨中起吊。

3、25t汽车吊

25t汽车吊主要用于栈桥及平台施工，参考PY25型汽车起重机，具体参数如下：

整车外形尺寸（长X宽X高）

9200X2490X3880mm

轴距

4325mm+1350mm

4、一般车辆

一般车辆包括普通的小车、运输小材料的货车，荷载均比50t履带吊小，可不

进行检算。

5、水流力

栈桥按照10年一遇水位进行控制，Ho沪+,最大流速s计算，栈桥水位主要考虑渡洪影响，在水位达到警戒水位+时应禁止栈桥上车辆通行。

由于《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规范中没有涉及桁架受水流力计算内容，水流力计算内容参照《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010）执行。

栈桥主要水流力荷载包括钢管桩和贝雷片所受的水流力，考虑倍荷载放大系数，以平衡其它小构件所受水流力。

水流力标准值取值为：

，荷载也可以简化为倒三角形荷载，水面处水压力为，河床处水压力为0。

Cw—水流阻力系数；

—水密度，淡水取，海水取；

A—单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积；

V—水流流速，该处取3m/s,

1、主栈桥钢管水流力计算

10年一遇水位进行控制，H°%=+，最大流速s下水流力：

圆形结构，Cw=，水面处水压力为：

第二排钢管受力应进行折减，按照规范表要求进行折减系数计算。

L-钢管净距，，D-钢管直径，

查表可知折减系数：

第一排钢管水面处受力为：

第二排钢管水面处受力为：

第三排钢管水面处受力与第二排相同。

渡洪桩水流力计算与主钢管相同，渡洪桩直径为。

渡洪桩钢管水面处受力为：

此时栈桥水流力分布如下图所示：

第一排钢管水流力（KN/m）第二排钢管水流力（KN/m）渡洪钢管水流力投影（KN/m）

水位达到+时应禁止施工机械在栈桥通行，此时水流流速为2m/s,水流力为：

圆形结构，G=，水面处水压力为：

第一排钢管水面处受力为：

第二排钢管水面处受力为：

第三排钢管水面处受力与第二排相同。

此时栈桥水流力分布如下图所示：

钢管水流力图（KN/m）

2、主栈桥贝雷梁水流力计算贝雷梁为多片桁架结构，荷载取值应按照多片桁架结构进行计算。

弦杆投影面积：

斜杆投影面积：

竖杆投影面积：

单片贝雷梁挡水面积为：

单片贝雷梁整个面积为：

挡水面积系数：

，查表可得：

Cw=

12m跨贝雷梁所受水流力：

对于多排桁架结构，第二排及以后多排桁架应根据桁片位置进行折减。

折减系数如下表所示：

桁架折减系数取值表

第5排贝雷梁折减系数与第3排相同，第6排贝雷梁折减系数与第4排相同

6排贝雷梁整体荷载系数为：

12m跨贝雷梁整体所受水流力：

，将该荷载作用在钢管顶上，并平均分配，每根钢管受力为：

3、支栈桥及平台钢管水流力计算

10年一遇水位进行控制，Ho%=+，最大流速s下水流力：

支栈桥及平台钢管水流力计算与主栈桥类似，主要区别为折减系数不同。

第二排钢管受力应进行折减，按照规范表要求进行折减系数计算。

L-钢管净距，，D-钢管直径，

查表可知折减系数：

第一排钢管水面处受力为：

其它排钢管水面处受力为：

栈桥水流力分布如下图所示：

水位达到+时应禁止栈桥通行，此时水流流速为2m/s,水流力为：

第一排钢管水面处受力为：

第二排钢管水面处受力为：

第三排钢管水面处受力与第二排相同。

钢管水流力（KN/m）

4、支栈桥及平台水流力计算此时贝雷梁结构与水流作用方向平行，可以参考规范表进行计算。

矩形梁水力阻力系数：

Cw=

规范表为墩柱水流力横向影响系数。

贝雷梁横向间距：

（取小值），贝雷梁宽度为：

查表可知：

单排贝雷梁整个面积为：

单排贝雷梁所受水流力：

荷载直接作用在钢管桩顶部。

、材料说明栈桥上部结构为型钢和贝雷梁组拼结构，下部结构为钢管桩加型钢承重梁结构。

贝雷钢栈桥采用连续梁结构，栈桥宽6m栈桥钢管桩为©529x10mn钢管桩，同排布置三根，间距为，墩顶分配梁为2根工45a型钢横梁。

横向贝雷梁布置6片,间距为（m+m++m+）,贝雷梁顶分配梁为工28a,工28a间距为，工28a上顺桥向布置10mn厚桥面板。

桥头设简易桥台，台后浇筑混凝土施工便道。

为确保渡洪安全，在下游增设斜桩，以降低栈桥横向变形量，从而提高栈桥的安全度。

渡洪桩与竖直方向倾角为30°，钢管型号为©630mX12mm在第二层连接与主栈桥钢管通过©529mnX10mm（乍为连接系结构，连接系标高为水上，与下层内支撑位置对应，当覆盖层较浅（小于5m）时，应在斜桩内钻孔，并浇筑不小于4m的水下混凝土，确保形成稳定结构。

平台材料型号与栈桥相同，具体材料详见设计图纸、验算准则

栈桥及平台作为一种重要的大临设施，其设计验算准则为：

在栈桥及平台施工状态下，栈桥应满足自身施工过程的安全，但6级风以上应停止栈桥施工；

在工作状态下，栈桥应满足正常车辆通行的安全性和适用性的要求，平台应满足钻孔安全要求，并具有良好的安全储备，此时水位低于+；

在非工作状态下，当栈桥及平台水位超过或达到10年一遇的洪水位时，栈桥及平台应能满足整体安全性的要求，允许出现局部可修复的损坏。

四、栈桥计算

、计算工况

工况一：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载）、12方混凝土罐车（空载）及50t履带吊（空载50t）。

各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时，最大水位小于。

工况二：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（空载）、12方混凝土罐车（满载）及50t履带吊（空载50t），各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时，最大水位小于。

工况三：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载）、空载（仅承受栈桥自重）、50t履带吊（空载50t）。

各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式。

此时，最大水位小于。

工况四：

履带吊在墩顶侧向起吊20t，考虑履带的偏载系数，此时，最大水位小于。

工况五：

栈桥在10年一遇的水位下承受水流力作用，栈桥禁止通行。

、建立模型

选取3跨12m连续梁用midas进行整体建模计算，模型如下，当检算桩顶分配

梁与钢管桩受力时，钢管桩为主应进行适当调整，由于渡洪桩仅为渡洪需要，在工作状态和施工状态下对主栈桥受力影响不大，不进行计算。

钢管桩底部为固结结构，上下分配梁之间全部为铰接，即上层分配梁的弯矩不传递至下层分配梁。

栈桥整体模型图

、面板计算

面板按照单向板进行计算，跨度为，比较荷载，在12m3的混凝土运输车荷载下面板受力最大，，轮压面积为X,单位长度1m进行计算，钢栈桥自重按照选取，。

面板组合应力：

。

面板剪应力：

，满足要求。

、工况一计算结果工况一：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载）、12方混凝土罐车（空载）及50t履带吊（空载50t）。

各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，最大水位小于。

工况一作用下荷载的加载如下图所示：

满载罐车+空载罐车+履带吊荷载+水流力（未示）

罐车荷载履带吊荷载

工况一作用下：

贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示：

弦杆轴力图（kN）

竖杆轴力图（kN）

斜杆轴力图（kN）

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称

材料

断面型式

断面面积（cm）

容许承载力

最大轴力

弦杆

16Mn

2[10

560kN

P146kN[

竖杆

16Mn

210kN

88kN

斜杆

16Mn

69kN

由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

在工况一作用下：

贝雷梁顶部工28a应力如下图所示:

工28a组合应力图（MPa

分配梁工28a组合应力为，截面最大剪应力，最大相对变形为：

，满足要求。

工况一作用下：

钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

分配梁组合应力为，截面最大剪应力，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况一钢管桩反力图（t）

工况一钢管桩最大反力为27t，钢管桩入土深度将在后文中集中计算。

、工况二计算结果

工况二：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（空载）、12方混凝土罐车（满载）及50t履带吊（空载50t）。

各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时水位不大于+。

工况二作用下荷载的加载如下图所示：

空载罐车+满载罐车+履带吊荷载+水流力（未示）

罐车荷载

履带吊荷载

在工况二作用下：

贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示:

弦杆轴力图（kN）

竖杆轴力图（kN）

斜杆轴力图（kN）

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称

材料

断面型式

断面面积（cm）

容许承载力

最大轴力

弦杆

16Mn

2[10

560kN

P192kN]

竖杆

16Mn

210kN

90kN

斜杆

16Mn

76kN

由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

工况二作用下：

贝雷梁顶部工28a组合应力如下图所示:

工28a组合应力图（MPa

分配梁28a组合应力为，截面最大剪应力最大相对变形为：

，满足要求。

在工况二作用下：

钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

钢管桩及柱顶分配梁应力图（t）

分配梁组合应力为，截面最大剪应力，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况二钢管桩反力图（t）

工况二钢管桩最大反力为32t，钢管桩入土深度将在后文中集中计算。

、工况三计算结果

工况三：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载）、空载（仅承受栈桥自重）、50t履带吊（空载50t）。

各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时水位不大于+。

工况三作用下荷载的加载如下图所示：

满载罐车+栈桥空载+履带吊荷载+水流力（未示）

在工况三作用下：

贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示:

弦杆轴力图（kN）

竖杆轴力图（kN）

斜杆轴力图（kN）

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称

材料

断面型式

断面面积（cm）

容许承载力

最大轴力

弦杆

16Mn

2[10

560kN

P152kN1

竖杆

16Mn

210kN

71kN

斜杆

16Mn

65kN

由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

在工况三作用下：

贝雷梁顶部工28a组合应力如下图所示:

工28a组合应力图（MPa

分配梁工28a组合应力为，截面最大剪应力最大相对变形为：

，满足要求

在工况三作用下：

钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

钢管桩及柱顶分配梁应力图（MPa

分配梁组合应力为，截面最大剪应力，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况三钢管桩反力图（t）

工况三钢管桩最大反力为，钢管桩入土深度将在后文中集中计算、工况四计算结果

工况四：

履带吊在墩顶侧向起吊20t，考虑履带的偏载系数。

工况四作用下荷载的加载如下图所示：

履带吊跨中侧吊+水流力（未示）

履带吊侧吊荷载

工况四作用下：

贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示:

弦杆轴力图（kN）

竖杆轴力图（kN）

斜杆轴力图（kN）

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称

材料

断面型式

断面面积（cm）

容许承载力

最大轴力

弦杆

16Mn

2[10

560kN

P64kN1

竖杆

16Mn

210kN

148kN

斜杆

16Mn

79kN

由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

工况四作用下：

贝雷梁顶部工28a组合应力如下图所示:

工28a组合应力图（MPa

分配梁工28a组合应力为，截面最大剪应力最大相对变形为：

，满足要求

工况四作用下：

钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

分配梁组合应力为，截面最大剪应力，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况四钢管桩反力图（t）工况四钢管桩最大反力为，钢管桩入土深度将在后文中集中计算。

、工况五计算结果

工况五：

栈桥在10年一遇的水位下承受水流力作用，栈桥禁止通行工况五作用下荷载的加载如下图所示：

栈桥水流力（kN/m）工况五作用下：

钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

钢管组合应力图（单位：

MPa）

栈桥横向位移（单位：

mm）

钢管桩组合应力为，截面最大剪应力，最大横向位移为：

，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况五钢管桩反力图（t）工况五钢管桩最大反力为（斜钢管），此时钢管出现拉力，最大拉力为，钢管桩入土深度将在后文中集中计算。

、入土深度计算结果

工况一钢管桩最大反力为28t，工况二钢管桩最大反力为32t，工况三钢管桩最大反力为，工况四钢管桩最大反力为，工况五钢管桩最大反力为，最大拉力为，比较几个工况，选取工况四、工况五进行入土深度计算。

栈桥区域内河床最低河床冲刷标高为+,覆盖层为卵石，其中岩石层标高为，覆盖层约6m左右，仁义桂江大桥右幅最低河床冲刷标高为+,覆盖层为卵石，其中岩石层标高为，覆盖层约左右。

栈桥入土深度不得小于，如果小于，必须冲孔4m灌

注水下混凝土。

根据设计院地质报告，卵石土桩侧土摩阻力标准值qsk为120kPa。

工况四钢管承载力计算，钢管直径为：

，满足要求。

工况五钢管承载力计算，钢管直径为：

压力：

拉力：

，满足要求。

、屈曲计算

对栈桥进行屈曲计算，其中工况一至工况四一起进行屈曲分析，工况一至工况四分为三个模态，计算结果如下：

屈曲分析特征值

工况一至工况四最小屈曲值图

工况一至工况四最小屈曲特征值为＞3,满足要求。

工况五单独进行屈曲分析，分为三个模态，计算结果如下：

屈曲分析特征值

工况五屈曲分析图

工况五最小屈曲特征值为＞3,满足要求。

、栈桥计算结果汇总

各工况下栈桥构件计算结果汇总如下：

栈桥构件计算结果汇总表

工况名称

工28a

弦杆

竖杆

斜杆

分配梁、钢管等

组合应力

剪应力

轴力

组合应力

剪应力

工况一

实际值

50MPa

20MPa

146kN

88kN

69kN

允许值

145MPa

85MPa

560kN

210kN

145MPa

85MPa

工况二

实际值

50Mn

20MPa

192kN

90kN

76kN

允许值

145MPa

85MPa

560kN

210kN

145MPa

85MPa

工况三

实际值

51MPa

20MPa

152kN

71kN

65kN

30MPa

28MPa

允许值

145MPa

85MPa

560kN

210kN

145MPa

85MPa

工况四

实际值

51MPa

20MPa

64kN

148kN

79kN

30MPa

允许值

145MPa

85MPa

560kN

210kN

145MPa

85MPa

工况五

实际值

5MPa

允许值

145MPa

85MPa

560kN

210kN

145MPa

85MPa

五、7#墩平台计算

、建立模型

平台采用用midas进行整体建模计算，模型采用梁单元模拟，钢管桩底部为固结结构，上下分配梁之间全部为铰接，即上层分配梁的弯矩不传递至下层分配梁。

平台的整体模型如下图所示：

平台模型图

、荷载加载

1、钻机荷载

钻孔桩施工时按照相邻孔不允许同时钻孔，平台上最多可布置4台冲击钻。

单

台钻机的荷载22t，由于钻机的荷载大部分由前支点承受，实际计算中，偏安全的考虑钻机荷载全部由前支点承受。

钻机在施工过程中，计算考虑的冲击系数。

钻机的参数、布置、如下图：

钻机外形图

钻机参数

钻机布置图（单位：

2、水流力荷载

水流力荷载按照章第5条的计算进行平台及支栈桥水流力荷载的加载。

3、其他堆积荷载及人群荷载

人群荷载和堆积荷载考虑平台上部结构自重倍计入计算结果。

模型加载图（kN/m）

、荷载工况

工况一：

4台钻机荷载+自重+其他堆载及人群荷载+—般水流力（+）

工况二：

十年一遇水流力+自重+其他堆载及人群荷载

工况三：

4台钻机荷载+自重+混凝土罐车荷载+其他堆载及人群荷载+一般水流力（+）

、工况一计算

工况一:

4台钻机荷载+自重+其他堆载及人群荷载+一般水流力（+）

工况一作用下：

贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示：

弦杆轴力图（单位：

kN）

竖杆轴力图（单位：

kN）

斜杆轴力图（单位：

kN）

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称

材料

断面型式

断面面积（cm）

容许承载力

最大轴力

弦杆

16Mn

2[10

560kN

77kN1

竖杆

16Mn

210kN

95kN

斜杆

16Mn

64kN

由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

工况一作用下：

钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

钢管桩及柱顶分配梁组合应力图（单位：

MPa）

钢管桩及柱顶分配梁得最大组合应力为，最大剪应力，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况一钢管桩反力图（t）

工况

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