栈桥设计计算书(上册)

1、编号：“桥设2013-PT-02-A-01”新建福州至平潭铁路工程平潭海峡公铁两用大桥栈桥设计计算书(上册)中铁大桥局股份有限公司设计分公司第1本共1本，本册计15页 二一三年十二月新建福州至平潭铁路工程平潭海峡公铁两用大桥栈桥设计计算书(上册)计 算： 复 核：项目负责人：室 主 任：总工程师：中铁大桥局股份有限公司设计分公司 二一三年十二月目 录一、工程概况1二、计算依据及容许应力22.1计算依据22.2容许应力32.3贝雷梁杆件性能3三、荷载及组合33.1、车辆荷载33.2、履带吊机荷载33.3、风荷载53.4、波浪力63.5、结构自重和行人荷载63.6、水流力63.7、荷载组合7四、有

2、限元计算模型7五、有限元计算结果105.1、扩大基础栈桥105.2、13m水深打入桩基础栈桥115.3、18m水深打入桩基础栈桥115.4、11m水深锚桩基础栈桥125.5、18m水深锚桩基础栈桥125.6、钢管桩入土深度计算13六、砼桥面板计算136.1、车轮作用于跨中146.2、车轮作用于贝雷梁旁14七、结论15 新建福州至平潭铁路工程平潭海峡公铁两用大桥栈桥(贝雷梁段)设计计算书一、工程概况平潭海峡公铁两用大桥栈桥贝雷梁段位于近岛段及18m以下水深的位置，根据水深和地质条件分为扩大基础栈桥、13m以下水深打入桩基础栈桥、1318m水深打入桩基础栈桥、11m锚桩基础栈桥和1118m水深锚桩

3、基础栈桥。桥位处风向及洋流方向为由北向南，考虑靠船及墩身施工时栈桥上行人及车辆安全，将栈桥布置于桥位北侧。栈桥的平面位置：引桥基础施工时，为满足围堰下放要求和钻孔平台的布置，栈桥内侧边桩中心至承台边缘距离不小于7m。当承台尺寸变化时，栈桥与主桥中心线的间距需进行调整，采用栈桥重叠拐弯法调整栈桥与主桥中心线的间距。栈桥设计条件:当风力大于7级时，禁止栈桥自身施工；当风力大于8级时，栈桥禁止通行；在20年一遇风荷载（39.8m/s，相当于13级台风）、波浪力、水流力作用下栈桥主体结构具有可靠的安全度，构件强度验算时按基本允许应力提高1.2倍为允许值。在100年一遇风荷载（45.4m/s，相当于14

4、级台风）、波浪力、水流力作用下栈桥主体结构不垮，构件强度验算时按材料屈服强度取值为允许值。5类栈桥均采用混凝土桥面板+贝雷梁主梁+型钢分配梁+钢管桩基础的结构形式。栈桥详细结构布置见下图。图1-1扩大基础栈桥结构布置图1-2水深13m打入桩基础栈桥结构布置图图1-3水深18m打入桩基础栈桥结构布置图图1-4水深11m锚桩基础栈桥结构布置图图1-5水深18m锚桩基础栈桥结构布置图二、计算依据及容许应力2.1计算依据1、钢结构设计规范（GB 50017-2003）；2、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）；4、公

5、路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；5、起重机设计规范（GB/T 3811-2008）；6、海港水文规范（JTS145-2-2013）。2.2容许应力本计算报告主要采用容许应力法进行计算，采用的材料类型及容许应力见下表。表2-1容许应力表（单位：MPa）材料种类轴向应力剪应力弯应力Q23513585140Q345200120210栈桥非工作状态和施工状态时，强度验算时，钢材基本许用应力提高1.2倍。栈桥极限非工作状态时，强度验算时，钢材基本许用应力取屈服强度。2.3贝雷梁杆件性能表2-2贝雷梁容许内力表（单位：kN）杆件名材 料断面型式理论容许承载值（kN）弦杆16Mn210

6、560竖杆16MnI8210斜杆16MnI8170三、荷载及组合3.1、车辆荷载按公路I级计算，车辆限速10km/h，不计冲击作用。3.2、履带吊机荷载100t履带吊机，自重加配重共133t，接触面积为26850×950mm²。100t履带吊机在双墩小跨上均可正吊50t和侧吊20t，大跨单墩顶可以正吊和侧吊，但吊重不大于18t，侧吊吊幅不超过9.5m，其余位置只能空载通行。图3-1 履带吊站位图1、侧吊荷载双墩小跨上侧吊最大吊重为20t，吊幅18m，一侧履带受力85%，另一侧受力15%，履带轮压为：。单墩大跨上侧吊最大吊重为18t，经试算吊幅最大须小于9.5m，一侧履带受力

7、65%，另一侧受力35%，履带轮压为：。2、正吊荷载正吊最大吊重为18t，偏保守按最大吊距考虑，两侧履带轮压均为三角形荷载，履带轮压考虑3组贝雷梁共同分担：3、冲击荷载100t履带吊最大行走速度按1km/h计，即0.28m/s，根据起重机设计规范，运行速度小于等于0.4m/s，冲击系数取1.0。4、回转离心力和水平惯性力最大行走速度为0.28m/s，根据起重机设计规范，双墩小跨上履带吊机走行起(制)动时，加速度为0.078m/s²，动载系数为2,水平惯性力为： ；单墩大跨上严禁负载走行，因而单墩大跨上不考虑水平惯性力。根据起重机设计规范，履带吊机在回转时，取起重钢丝绳与铅垂线偏摆角为

8、14°，侧吊时考虑回转离心力：。3.3、风荷载履带吊机作业时的最大风速按7级风考虑，相当于基本风速17.1m/s。栈桥通行的最大风速按8级风考虑，相当于20.7m/s。风载按公路桥涵设计通用规范计算，其中：； （按一般地区选取）；（按A类地表，离水面10m高度计）； （按A类取阵风风速系数）；求得: （桁架风载系数）；单片贝雷片及桥面板迎风面积：；作用于单片贝雷梁的风载： 同上，7级、8级、20年一遇风荷载、100年一遇风荷载计算结果如下：表3-1单片贝雷梁的风载等级风速(m/s)风荷载(KN)7级17.10.748级20.71.0810年一遇39.84.01100年一遇45.45.

9、223.4、波浪力根据海港水文规范，钢管桩桩径1.2m，18m水深波浪力计算结果如下：表3-2钢管桩桩径1.2m，18m水深波浪力计算结果1/100波高1/100周期波浪力距海床距离7.2910.262.710.31/20波高1/20周期波浪力距海床距离6.228.659.410.51/10波高1/10周期波浪力距海床距离5.447.854.510.8钢管桩桩径1.2m，13m水深波浪力计算结果如下：表3-3钢管桩桩径1.2m，13m水深波浪力计算结果1/100波高1/100周期波浪力距海床距离7.2910.257.77.71/20波高1/20周期波浪力距海床距离6.228.655.27.61

10、/10波高1/10周期波浪力距海床距离5.447.850.97.5钢管桩桩径1.2m，11m水深波浪力计算结果如下： 表3.4钢管桩桩径1.2m，11m水深波浪力计算结果1/100波高1/100周期波浪力距海床距离7.2910.255.46.61/20波高1/20周期波浪力距海床距离6.228.653.26.51/10波高1/10周期波浪力距海床距离5.447.849.26.53.5、结构自重和行人荷载钢结构自重由程序自重加载，自重系数为1.2。混凝土桥面板自重为25kN/m³，管道荷载：2.0kN/m，行人荷载：2.5kN/m。3.6、水流力小练岛至大练岛间流速最快，10年一遇流速

11、取2.9m/s、100年一遇流速取3.09m/s，10年一遇流速与20年一遇流速差别很小，故10年一遇流速与20年一遇流速取相同值，根据港口荷载规范，水流力的着力点位于水位线下0.3倍水深处，钢管桩桩径1.2m，水流力计算结果如下：表3-5水流力计算结果等级流速(m/s)11m水深13m水深18m水深水流力(KN)水流力(KN)水流力(KN)10年一遇2.9455374100年一遇3.095160843.7、荷载组合荷载组合如下表：表3-6栈桥荷载组合表设计状态工况荷载组合主力附加力工作状态结构自重+管道自重公路I级车辆10年一遇水流荷载+10年一遇波浪荷载+7级(8级)风荷载+行人100t履

12、带吊机吊装(通行)挂-100 非工作状态-20年一遇水流荷载+20年一遇波浪荷载+20年一遇风荷载极限非工作状态-100年一遇水流荷载+100年一遇波浪荷载+100年一遇风荷载栈桥施工状态结构自重墩顶处悬臂式导向架法架梁作业（贝雷梁）10年一遇水流荷载+10年一遇波浪荷载+7级风力+行人四、有限元计算模型根据水深和地质情况，利用用Midas Civil软件建立栈桥有限元模型，有限元模型分为扩大基础栈桥、13m水深打入桩基础栈桥、18m水深打入桩基础栈桥、11m水深锚桩基础栈桥、18m水深锚桩基础栈桥。扩大基础栈桥标准跨度为6m+15m，钢管桩、砼桥面板、分配梁和贝雷梁及支撑架均采用梁单元。钢管

13、桩根部铰接。分配梁与贝雷梁及钢管桩间采用刚性连接。建立的计算模型如图4-1所示。图4-1扩大基础栈桥计算模型13m水深打入桩基础栈桥标准跨度为9m+15m，钢管桩采用1:8的斜桩，钢管桩、砼桥面板、分配梁和贝雷梁及支撑架均采用梁单元。钢管桩根部固结，固结点偏安全取海床面以下7.2m(含考虑冲刷2m)。分配梁与贝雷梁及钢管桩间采用刚性连接。建立的计算模型如图4-2所示。图4-2水深13m打入桩基础栈桥计算模型18m水深打入桩基础栈桥标准跨度为9m+15m，钢管桩采用1:8的斜桩，钢管桩、砼桥面板、分配梁和贝雷梁及支撑架均采用梁单元。钢管桩根部固结，固结点偏安全取海床面以下7.2m(含考虑冲刷2m

14、)。分配梁与贝雷梁及钢管桩间采用刚性连接。建立的计算模型如图4-3所示。图4-3水深18m打入桩基础栈桥计算模型11m水深锚桩基础栈桥标准跨度为7.5m+16.5m，钢管桩、砼桥面板、分配梁和贝雷梁及支撑架均采用梁单元。钢管桩根部固结，固结点偏安全取海床面以下7.2m(含考虑冲刷2m)。分配梁与贝雷梁及钢管桩间采用刚性连接。建立的计算模型如图4-4所示。图4-4水深11m锚桩基础栈桥计算模型18m水深锚桩基础栈桥标准跨度为7.5m+16.5m，钢管桩、砼桥面板、分配梁和贝雷梁及支撑架均采用梁单元。钢管桩根部固结，固结点偏安全取海床面以下7.2m(含考虑冲刷2m)。分配梁与贝雷梁及钢管桩间采用刚

15、性连接。建立的计算模型如图4-5所示。图4-5水深18m锚桩基础栈桥计算模型五、有限元计算结果5.1、扩大基础栈桥扩大基础栈桥位于近岛段，落潮时扩大基础会露出水面，扩大基础顶面高程取+2m，钢管桩采用1000×10，材质235B，考虑4mm腐蚀，计算厚度为6mm。联结系采用351×10，材质235B，考虑4mm腐蚀，计算厚度为6mm。分配梁用2HN450×200，材质235B，计算结果如下表。表5-1扩大基础栈桥计算结果汇总表16m+15m贝雷梁内力(KN)分配梁(Mpa)竖杆弦杆斜杆剪应力组合应力工况175.1198.1112.254.4104.7工况56.36

16、6.530.831.770.1工况57.567.331.333.577.1工况208.9194.0137.656.6103.8表5-2扩大基础栈桥计算结果汇总表26m+15m贝雷梁应力(Mpa)桩反力(t)桩顶位移Dy(mm)钢管稳定计算(Mpa)钢管桩联结系支撑架最大最小工况118.640.491.1112.811.44.9119.8工况150.9102.1105.477.68.132.4152.4工况189.4131.4135.487.0-0.142.1191.3工况134.443.199.3140.917.57.0135.75.2、13m水深打入桩基础栈桥13m水深打入桩基础栈桥适用于有

17、较深覆盖层位置，水深不大于13m，采用1：8打入斜桩，钢管桩采用1200×14，材质235B，浪溅区考虑4mm腐蚀，计算厚度为10mm，全浸区以下(取-6m以下)考虑1m腐蚀，计算厚度为13mm。联结系采用426×8，材质235B，高度为5m，联结系下横杆高程为+1.0m，考虑4mm腐蚀，计算厚度为4mm。分配梁用2HN450×200，材质235B，计算结果如下表。表5-3水深13m打入桩基础栈桥计算结果汇总表19m+15m贝雷梁内力(KN)分配梁(Mpa)竖杆弦杆斜杆剪应力组合应力工况170.5207.4114.056.3118.7工况55.471.632.23

18、5.192.7工况58.375.834.138.9104.6工况206.8231.5141.161.7117.2表5-4水深13m打入桩基础栈桥计算结果汇总表29m+15m贝雷梁应力(Mpa)桩反力(t)桩顶位移Dy(mm)钢管稳定计算(Mpa)钢管桩联结系支撑架最大最小工况116.586.887.2119.8-1.052.2128.1工况154.9144.6141.4152.4-14.182.8161.4工况179.4171.8181.0191.3-20.697.4186.8工况116.685.6101.5135.713.152.2121.55.3、18m水深打入桩基础栈桥18m水深打入桩基

19、础栈桥适用于有较深覆盖层位置，水深不大于18m，采用1：8打入斜桩，钢管桩采用1200×14，材质235B，浪溅区考虑4mm腐蚀，计算厚度为10mm，全浸区以下(取-6m以下)考虑1mm腐蚀，计算厚度为13mm。联结系采用426×12，材质235B，高度为5m，联结系下横杆高程为+2.0m，考虑4mm腐蚀，计算厚度为8mm。分配梁用2HN450×200，材质235B，计算结果如下表。表5-5水深18m打入桩基础栈桥计算结果汇总表19m+15m贝雷梁内力(KN)分配梁(Mpa)竖杆弦杆斜杆剪应力组合应力工况177.7205.6112.456.2116.1工况60.7

20、75.032.232.074.4工况62.578.132.933.480.2工况195.6219.6140.061.5117.4表5-6水深18m打入桩基础栈桥计算结果汇总表29m+15m贝雷梁应力(Mpa)桩反力(t)桩顶位移Dy(mm)钢管稳定计算(Mpa)钢管桩联结系支撑架最大最小工况117.660.186.6144.911.450.3136.3工况140.590.0129.4103.96.271.1144.2工况159.1105.0165.0113.2-3.381.7163.1工况116.260.197.9168.817.250.3134.45.4、11m水深锚桩基础栈桥11m水深锚桩

21、基础栈桥适用于浅覆盖层和无覆盖层位置，水深不大于13m，钢管桩采用1200×14，材质235B，浪溅区考虑4mm腐蚀，计算厚度为10mm，全浸区以下(取-6m以下)考虑1mm腐蚀，计算厚度为13mm。联结系采用426×8，材质235B，高度为5m，联结系下横杆高程为+0m，考虑4mm海腐蚀，计算厚度为4mm。分配梁用HN900×300，材质235B，计算结果如下表。表5-7水深11m锚桩基础栈桥计算结果汇总表19m+15m贝雷梁内力(KN)分配梁(Mpa)竖杆弦杆斜杆剪应力组合应力工况156.7247.4112.452.1113.0工况60.771.934.721

22、.257.8工况48.772.135.222.163.6工况191.5177.7123.459.8113.3表5-8水深11m锚桩基础栈桥计算结果汇总表29m+15m贝雷梁应力(Mpa)桩反力(t)桩顶位移Dy(mm)钢管稳定计算(Mpa)钢管桩联结系支撑架最大最小工况120.583.1111.6133.319.931.6121.7工况125.6106.5137.698.87.952.8127.0工况146.0127.4177.2107.9-0.662.7147.7工况149.086.3136.8168.127.231.7151.15.5、18m水深锚桩基础栈桥18m水深锚桩基础栈桥适用于浅覆

23、盖层和无覆盖层位置，水深不大于18m，钢管桩采用1200×14，材质235B，浪溅区考虑4mm腐蚀，计算厚度为10mm，全浸区以下(取-6m以下)考虑1mm腐蚀，计算厚度为13mm。联结系采用426×12，材质235B，高度为10m，联结系下横杆高程为-5.0m，考虑4mm腐蚀，计算厚度为8mm。分配梁用HN900×300，材质235B，计算结果如下表。表5-9水深18m锚桩基础栈桥计算结果汇总表19m+15m贝雷梁内力(KN)分配梁(Mpa)竖杆弦杆斜杆剪应力组合应力工况174.9246.9117.152.4115.9工况48.370.134.520.153.1工况49.070.935.021.057.6工况205.6174.4121.962.1119.1表5-10水深18m锚桩基础栈桥计算结果汇总表29m+15m贝雷梁应力(Mpa)桩反力(t)桩顶位移Dy(mm)钢管稳定计算(M