栈桥计算书.docx

古运河栈桥设计计算书一、基本资料古运河栈桥采用“321”装配式钢桥（下承式），基础采用529mm8mm钢管桩。古运河栈桥总长48m，横跨古运河，与古运河桥轴线平行，栈桥采用4跨连续梁结构，每跨为12m，净宽4.0m。栈桥主要由钢管桩、贝雷梁和型钢分配梁组成。贝雷梁采用321普通型贝雷梁，共2组，每组两片贝雷梁采用450标准型支撑架连接。栈桥结构自下而上依次为5298mm钢管桩，入土深度不小于9m；I40a下横梁，长5.5m；I28b分配梁，长5.5m；桥面板采用8mm钢板，加劲使用I12.6型钢，按150mm间距布置。栈桥结构详见下图： 古运河栈桥总体布置图 古运河栈桥立面图二、荷载资料本栈桥主要通行10m混凝土罐车，25t汽车吊机，210型大挖机以及其他小型机械。1、砼运输车汽车荷载按照汽20计算，计算图示如下：10m砼罐车重50t，冲击荷载取1.3，则验算荷载为650 kN,砼罐车荷载分布情况为：前轴110 kN ,两排后轴均为270 kN。前轮为单轮，荷载作用面积为：0.2m*0.6m；后轮为双轮，荷载作用面积为：0.4m*0.6m。2、25t汽车吊本栈桥仅考虑汽车吊通过栈桥，不在栈桥进行吊装作业。荷载按汽20计算, 吊车自重32t，冲击荷载取1.3，则验算荷载为416 kN 。3、210型大挖机本栈桥设计通行210型大挖机，计算图示如下：210型大挖机重25t，冲击荷载取1.3，则验算荷载为325kN, 210型大挖机每侧履带单位压力为：63.43 kN/。4、人群荷载按照施工规范，人群荷载按照2.5kN/。5.水流荷载古运河水流基本静止，故不考虑水流荷载。6、结构自重（1）单片贝雷梁：0.9 KN/m（2）I28b：0.434 KN/m（3）I40a：0.676 KN/m（4）I12.6：0.142 KN/m三、材料参数1.贝雷梁(1) 贝雷梁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3578.5250497.2526044.12加强7699.1577434.41212612.24双排单层不加强7157.1500994.41052088.24加强15398.31154868.82425224.48 (2)贝雷梁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）788.21576.42246.43265.44653.2剪力（KN）245.2490.5698.9490.5698.9桥型容许内力加强桥梁单排单层单排单层单排单层单排单层单排单层弯矩（KN.m）1687.51687.51687.51687.51687.5剪力（KN）245.2245.2245.2245.2245.22. 5298mm钢管529mm8mm钢管桩截面特性为：A=130.94cm2 ，I=44439.117 cm4 ,E=2.1105Mpa，=170MPa， 3. 分配梁（1）分配梁1I40a截面特性为：A=86.1cm2 ，I=21720 cm4 ,E=2.1105Mpa,（2）分配梁2I28b截面特性为：A=61cm2 ，I=7480cm4 ,E=2.1105Mpa, w=210MPa，=120MPa。4. 桥面板（1）8mm钢板截面特性为：E=2.1105Mpa，w=145MPa=85MPa（2）I12.6截面特性为：A=18.1cm2，I=488cm4,E=2.1105Mpa, I=b=4.8810-6m4，w=210MPa，=120MPa。四、荷载组合1. 荷载组合分析栈桥总长48m，设计同方向车辆间距不小于24米，即整座栈桥内同方向最多同时通行两辆重车。本栈桥仅4.0m宽，仅容重车单方向通过。从安全方面考虑，设计栈桥通行重车时不允许行人通过。根据栈桥设计使用情况，荷载组合如下：（1） 组合工况一：10m砼罐车+10m砼罐车+自重；（2） 组合工况二：10m砼罐车+ 25t汽车吊+自重；（3）组合工况三：10m砼罐车+ 210型挖机+自重；（4）组合工况三：25t汽车吊+ 210型挖机+自重；2. 控制工况通过资料分析，控制荷载工况为组合工况一（10m砼罐车+10m砼罐车+自重）。计算主梁最大弯矩时该组合作用于跨中，计算主梁最大剪力、桩基础反力时作用于支座。五、计算过程1. 桥面板桥面板下布置I12.6，间距15cm。桥面板受最不利荷载为10m罐车后轮荷载，其作用面积为0.4m0.6m，根据荷载作用范围取0.6m宽钢板按四跨连续梁计算，计算简图如下： q1为罐车后轴单轮线荷载（横向）： q1=27020.4=337.5kN/m；q2为钢板自重：q2=0.0060.617.8510KN/m=0.28 KN/m。通过结构力学求解器计算可得： Mmax=-0.73kN.m，位于跨中支承处。 Qmax=27.27 kN，位于跨中支承处。 fmax=0.05mm，位于第二跨和第三跨接近跨中处。截面特性：A=bh=0.60.008=0.0048m2 W=bh2/6=0.60.00826=6.410-6m3 I=bh3/12=0.60.008312=5.1210-8m4 （1）强度验算 max= MmaxW=0.731036.410-6Pa=114MPaw=145MPa,合格。 max=QmaxA=27.271030.0048Pa=5.68MPa=85MPa, 合格。（2）刚度验算 fmax=0.05mml400=150400 mm=0.375 mm，合格。2. I12.6 I12.6下设置I28b，间距为0.75m。 I12.6承受最不利荷载为10m罐车后轮荷载，其作用面积为0.4m0.6m，每个后轮荷载由3根I12.6承担，按三跨连续梁计算，计算简图如下：q1为单根I12.6承受罐车后轴单轮线荷载（纵向）： q1=270320.6=75kN/mq2为恒载：0.15m宽桥面板自重+I12.6自重=0.142+0.150.00878.5=0.235kN /m。通过结构力学求解器计算可得： Mmax=3.08kN.m，位于第二跨跨中。 Qmax=22.61kN，位于第二跨支承处。 fmax=0.15mm，位于第二跨跨中处。I12.6截面特性：A=1.8110-3m2, W=7.710-5m3 , I=b=4.8810-6m4。 （1）强度验算 max= MmaxW=3.081037.710-5Pa=40MPaw=210MPa,合格。 max=QmaxA=22.611030.00181Pa=12.49MPa=120MPa, 合格。（2）刚度验算 fmax=0.15mml400=750400 mm=1.88mm，合格。3. I28bI28b设在贝雷梁上，间距为0.75m，贝雷梁间距为：0.45m+4.08m+0.45m。将10m罐车后轮荷载简化为集中力作用于I28b上，当罐车运行于栈桥中间时最为不利。计算简图如下： P为罐车后轴单轮荷载：P=270/2=135 kN q为恒载：0.75m宽桥面板自重+I28b自重=0.750.00878.5+0.75270.142+0.434=3.78 kN /m。通过结构力学求解器计算可得： Mmax=109.17kN.m，位于第2单元支承处。Qmax=243.53kN，位于第2单元支承处。fmax=5.05mm，位于第二跨跨中处。I28b截面特性：A=6.110-3m2, W=5.3410-4m3 , I=7.4810-5m4。（1）强度验算 max= MmaxW=109.171036.110-4Pa=178.97MPaw=210MPa,合格。 max=QmaxA=243.531036.110-3Pa=39.92MPa=120MPa, 合格。（2）刚度验算 fmax=5.05mml400=4080400 mm=10.2mm，合格。4. 贝雷梁 贝雷梁在组合工况一时，最为不利。当罐车10m行驶至跨中时，弯矩最大，行驶至支点时，剪力最大。栈桥总长48m，设计同方向车辆间距不小于24米，即整座栈桥内同方向最多通行两辆重车。栈桥主梁由两组贝雷梁组成，每组贝雷梁承受汽车的单边荷载，将每组贝雷梁简化为4跨连续梁进行计算。（1） 当2辆罐车处于单跨跨中时， 计算简图如下： P1为罐车前轴单轮荷载：P1=55kN；P2为罐车后轴单轮荷载：P=135 kN；q为恒载：2m宽桥面板自重线荷载+2.75mI28b自重线荷载+贝雷梁线荷载=20.00878.5+140.142+0.4341/0.75+0.9=4.72 kN。双排贝雷梁截面特性：A=0.0306m2, W=7.157110-3m3 , I =5.009944 m4, M=1576.4MPa，Q=490.5kN。通过结构力学求解器计算可得： Mmax=692.03kN.m，位于接近第1单元跨中处。Qmax=229.46kN，位于第1单元右支承处，Fmax=272.78kN ，位于第2、4支承处。fmax=8.05mm，位于接近第1跨跨中处。 强度验算 Mmax=692.03kN.mM=1576.4MPa,合格。 Qmax=229.46kNQ=490.5kN, 合格。刚度验算 fmax=8.05mml400=12000400 mm=30mm，合格。（2） 当2辆罐车处于支承处时，计算简图如下：P1为罐车前轴单轮荷载：P1=55kN；P2为罐车后轴单轮荷载：P=135 kN；q为恒载：2m宽桥面板自重线荷载+2.75mI28b自重线荷载+贝雷梁线荷载=20.00878.5+140.142+0.4341/0.75+0.9=4.72 kN。双排贝雷梁截面特性：A=0.0306m2, W=7.157110-3m3 , I =5.009944 m4, M=1576.4MPa，Q=490.5kN。通过结构力学求解器计算可得： Mmax=275.8kN.m，位于接近第1单元跨中处。Qmax=179.51kN，位于第3单元支承处，Fmax=347.27kN ，位于第3支承处。fmax=3.38mm，位于接近第1跨跨中处。强度验算 Mmax=275.8kN.mM=1576.4MPa,合格。 Qmax=179.51kNQ=490.5kN, 合格。刚度验算 fmax=3.38mml400=12000400 mm=30mm，合格。通过以上计算分析，当2辆罐车处于支承处时，反力为最大，位于第3跨支承处，Fmax=347.27kN。 5. 工40a工40a作为分配梁位于贝雷梁底，钢管桩顶，在贝雷梁的反力作用下仅可能发生剪切破坏，故只验算其抗剪强度。max=QmaxA=347.271038.6110-3Pa=40.33MPa=120MPa, 合格。6. 钢管桩1.计算钢管桩入土深度L1（1）钢管桩的竖向荷载根据以上计算，贝雷桥梁主跨支点处最大反力荷载为347.27kN，此竖向荷载由单根5298钢管桩承担。RL=347.27 kN考虑钢管桩的自重，3号桩位处位于河中心，钢管桩顶面标高为+6.63m，暂按入土L1计算，地质为粉质粘土，河床面为+0.5m，则钢管桩自重为：W=（L1+6.63-0.5）1.0279=（1.03 L1+5.28） kN钢管桩竖向受力为:P=347.27 +1.03 L1+5.28=（1.03 L1+352.55）kN（2）计算钢管桩入土深度根据港口工程桩基规范（JTJ254-98）第4.2.4条：式中：Qd单桩垂直极限承载力设计值（kN）；单桩垂直承载力分项系数，取1.45；U桩身截面周长（m），本处为5298mm钢管桩取1.661m；单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa），粉质粘土为35 kPa；桩身穿过第i层土的长度（m）；单桩极限桩端阻力标准值（kPa），粉质粘土为160 kPa；A 桩身截面面积，本处为5298mm钢管桩取0.0131。1.03 L1+352.55=1/1.45(1.66135L1+1600.0131)求得：L1=8.99m，入土深度取9.0m。钢管