排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书

1、排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书计算书计算： 复核： 审核： 湖南中大设计院有限公司湖南中大设计院有限公司2011 年年 2 月月排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 1目目 录录1 设计说明 .21.1 设计依据及设计范围.21.2 采用设计规范.21.3 主要技术标准.31.4 主要设计原则及设计技术参数.31.4.1 主桥结构型式.31.4.2 桥梁设计荷载.42 计算模型.43 主要计算结果.53.1 纵向分配梁内力计算.53.2 横向分配梁内力计算.73.3 主桁架支反力计算.93.4 主梁（贝雷梁）轴向应力验算.103.4.1 上弦杆轴向应力验算.103

2、.4.2 下弦杆轴向应力验算.113.4.3 竖杆轴向应力验算.113.5 主梁刚度验算.123.6 主梁联结系验算.133.7 12M 跨桩顶分配梁内力计算 .143.7.1 分配梁抗弯验算.143.7.2 分配梁抗剪验算.143.8 钢栈桥伸缩缝长度计算.154 下部结构计算.154.1 钢管桩入土深度的确定.154.2 单桩承载力验算.154.3 钢管桩的压杆稳定计算.17排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 21 设计说明设计说明1.11.1 设计依据及设计范围设计依据及设计范围本设计用于排生巴拉河钢栈桥的施工，为跨越巴拉河而设。由于栈桥是为建造长沙至昆明客运专线玉屏至昆明段排生巴拉河大

3、桥而架设，故地质情况套用排生巴拉河大桥工程地质资料。新建栈桥位于排生巴拉河大桥上游侧，栈桥设计荷载为 800KN，设计时速为 5km/h，按照双线布置；栈桥主梁用贝雷梁,主梁下弦标高为 613.00m。栈桥共两联，全长 204.05m，标准跨跨度为 12m,桥面宽 7m，中间设两处会车道，桥面标高 615.00m；栈桥桩基础采用直径 1000mm，壁厚 12mm 的钢管桩。3#-17#墩单个桥墩由 4 根钢管桩组成，桩顶设分配梁，分配梁下设桩间联结系以抵御横向水平力。在 17#钢管桩顶端需设置挡块防止梁的纵向位移。栈桥桩单桩设计竖向承载力 1000KN,栈桥桩施工过程中，应采取桩尖高程和贯入度

4、双控的措施，以保证栈桥的承载力。桩基贯入强风化板岩层深度不小于 3m，并且施工时应根据承载力计算公式进行承载力检算。各榀桁架下的墩顶分配梁两侧设置挡块，防止桁架横向滑移。贝雷梁桁架在墩顶支座处应对腹杆加强以抵抗支座反力。栈桥成桥后应定期检测各墩顶处的沉降量，墩顶沉降量不应大于8mm。应定期对栈桥各构件的工作状况进行检查，发现问题及时处治。1.21.2 采用设计规范采用设计规范1、 钢结构设计规范GB 50017-20032、 软土地区工程地质勘察规范JGJ 83-913、 铁路桥涵地基与基础设计规范TB10002.5-20054、 公路桥涵钢结构木结构设计规范JTJ 025-865、 港口工程

5、桩基规范JTJ 254-986、 铁路桥梁钢结构设计规范TB10002.2-20057、 铁路钢桥制造规范TB10212-2009排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 31.31.3 主要技术标准主要技术标准1、设计行车速度：5km/h；2. 设计荷载标准：800KN；3. 车道宽度：宽度按 3.5m 计； 4. 地震基本烈度：地震动峰值加速度小于或等于 0.05g。1.41.4 主要设计原则及设计技术参数主要设计原则及设计技术参数1.4.1 主桥结构型式栈桥主梁采用贝雷梁,具体断面布置图如下所示，在分配梁上布置六片贝雷梁，间距为0.9m。会车道分配梁上布置8片贝雷梁，间距0.9m。为了防止贝雷

6、梁发生侧移，各榀桁架下的墩顶分配梁两侧需设置挡块，同时在贝雷梁下需架设20 x20 x8cm橡胶支座，使受力更加均匀，以免贝雷梁和分配量之间发生点接触。栈桥断面布置图如下所示：图 1 栈桥断面布置图横向上各贝雷梁之间由联结系联结，联结系结构图如下所示：排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 4图 2 主梁联结系结构图1.4.2 桥梁设计荷载 1恒载 （1）结构自重；按钢结构设计规范GB 50017-2003 采用。 （2）二期恒载；包括桥面板、纵向分配梁、横向分配梁、栏杆、各种管线等附属设施重量。2活载 （1）的砼罐车空载 15t 重，满载 40t 重；310m （2）三一重工履带吊 80t 重，

7、最大单件重 20t； （3）人群荷载：；2/3mKN （4）动载系数取 1.2。考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距不小于 15 米，即一跨内同方向最多只布置一辆重车，并考虑满载砼罐车和空载砼罐车错车。2 计算模型计算模型主桥整体计算按空间模型进行结构分析，采用 midas civil 建立空间梁单元模型，结构离散见下图所示。整个模型共建立 4842 个单元， ，节点 2103 个。排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 5图 3 全桥计算模型3 主要计算结果主要计算结果3.13.1 纵向分配梁内力计算纵向分配梁内力计算纵向分配梁的计算按如下两个工况进行计算：（1）工况一：的砼罐车满载 40t 重，单

8、边车轮作用在跨中时，纵向310m分配梁的弯矩最大，简化为跨度为 L=1.5m 的简支梁集中荷载验算，集中荷载如图 4 所示：图 4 满载砼罐车作用下纵向分配梁受力图考虑动载系数 1.2，P 取值为 48KN；排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 6满载砼罐车作用下纵向分配梁弯矩图如下图所示：图 5 满载砼罐车作用下纵向分配梁弯矩图从图中得出弯矩的最大值在跨中位置，。mKNM1 .18max（2）工况二：履带吊 80t 重，最大单件吊 20t 重，合计 100t。按单边履带均布荷载计算,履带压地长度为 6m，宽度为 76cm，因此分配到两片纵梁上。如图 6 所示：图 6 履带吊车作用下纵向分配梁受

9、力图计算得：；mKNq/502 . 16/1211010021履带吊车作用下纵向分配梁弯矩图如下图所示：排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 7图 7 履带吊车作用下纵向分配梁弯矩图从图中得出弯矩的最大值在跨中位置，。mKNM9 .16max（3）抗弯验算：由上述两种工况计算得知：,查路桥施工计算手册附mKNM1 .18max表 3-31 得知：I16 的39 .140 cmWx，因此满足抗弯要求。 MPaMPacmmKNWMx2155 .1289 .1401 .183max（4）抗剪验算：由上述两种工况计算得知：,查路桥施工计算手册KNqlQ5 .3721max附表 3-31 得知：I16 的

10、211.26cmA ，因此满足抗剪要求。 MPaMPacmKNAQ12536.1411.265 .372max3.23.2 横向分配梁内力计算横向分配梁内力计算（1）恒载计算: 恒载包括 10mm 厚防滑钢板、I16 纵向分配梁的重量和 I25a 横向分配梁的重量，间距 L=1.5m。计算过程如下：mmkgmkgmkgmmq5 . 1/ )/08.385 . 1/50.200 . 14/6 .780 . 15 . 1 (2mKN /714. 1排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 8mKNLqM49. 05 . 1714. 1818122跨中如图 8 所示：图 8 自重作用下横向分配梁弯矩图（2

11、）工况一：恒载+活载（40t 砼罐车）按罐车轴重分布得知后轮最大荷载为：KNKNP962 . 1402mKNmKNLPMM49.3649. 041max跨中（3）工况二：恒载+活载（80t 履带吊+20t 吊重）80t 履带吊轮压，加上 20t 吊重（按集中荷载简支梁计算）：KNtP1002 . 1611010021mKNmKNLPMM99.3749. 041max跨中（4）抗弯验算：由上述两种工况计算得知：,mKNM99.37max查路桥施工计算手册附表 3-31 得知：I25a 的34 .401 cmWx排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 9，因此满足抗弯要求。 MPaMPacmmKNWM

12、x21564.944 .40199.373max（5）抗剪验算：由上述两种工况计算得知：,查路桥施工计算手册附表 3-KNQ50max31 得知：I25a 的251.48cmA ，因此满足抗剪要求。 MPaMPacmKNAQ12531.1051.48502max3.33.3 主桁架支反力计算主桁架支反力计算下表中列出了各单项及组合下各支座支承反力值：表 1 支座内力表（半桥）墩号自重（KN）车道荷载（最大）（KN）车道荷载（最小）（KN）车辆荷载（最大）（KN）车辆荷载（最小）（KN）履带车（最大）（KN）履带车（最小）（KN）组合值（KN）0#30.36 691.88 -46.88 588.

13、41 -37.74 759.41 -75.78 789.77 1#78.35 914.49 -69.98 926.45 -68.73 1021.74 -109.23 1100.10 2#68.69 888.38 -94.05 889.64 -73.21 989.67 -141.09 1058.36 3#70.55 890.92 -83.54 888.31 -68.22 992.05 -128.79 1062.60 4#70.13 890.23 -83.93 888.26 -68.06 991.25 -129.22 1061.37 5#70.55 890.92 -83.54 888.31 -68

14、.22 992.05 -128.79 1062.60 6#68.69 888.38 -94.05 889.64 -73.21 989.68 -141.09 1058.37 7#78.35 914.50 -69.99 926.47 -68.74 1021.75 -109.24 1100.10 8#30.36 691.21 -46.78 588.57 -37.82 758.78 -75.47 789.15 合计566.04 7660.91 -672.75 7474.07 -563.95 8516.37 -1038.68 9082.41 说明：(1) 表中反力均按支座单元的局部坐标系输出。(2) 内

15、力方向正负号规定见梁单元局部坐标系中内力或应力正负号的约定 （即：单元 i 端内力与单元局部坐标系同向为正）排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 10图 9 支座单元局部坐标系中内力正负号的约定3.43.4 主梁（贝雷梁）轴向应力主梁（贝雷梁）轴向应力验算验算根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范，对于受压或受拉并在一个主平面内受弯曲的钢梁，应满足公式，其中为钢材的容许应力。 NMAW Q345 钢材的轴向受压基本容许应力取值为 200 MPa，在主力组合下容许应力的提高系数为 1.0。3.4.1 上弦杆轴向应力验算选取最不利的上弦杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为第一跨跨中附近和 1#支点

16、位置。上弦杆内力图如下所示：排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 11图 10 上弦杆轴向应力图（半桥）由上图得到，第一跨跨中处上弦杆的最大压应力为 97.3MPa，1#支点处的最大拉应力为 51.6MPa。3.4.2 下弦杆轴向应力验算选取最不利的下弦杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为第一跨跨中附近和 1#支点位置。下弦杆内力图如下所示：图 11 下弦杆轴向应力图（半桥）由上图得到，第一跨跨中处下弦杆的最大拉应力为 98.6MPa，1#支点处的最大压应力为 53.7MPa。3.4.3 竖杆轴向应力验算选取最不利的竖杆进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为 1#支点位置。竖杆内力图如下

17、所示：排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 12图 12 竖杆轴向应力图由上图得到，在 1#支座上方的斜竖杆最大压应力为 249.8MPa，斜竖杆的最大拉应力也达到了 158.9MPa。由计算数据可以得到，上弦杆最大压应力为 97.3 MPa200 MPa， 出现在第一跨跨中附近，最大拉应力为 53.7MPa200 MPa，出现在 1#支 座的上方；下弦杆最大拉应力为 98.6 MPa200 MPa，出现在第一跨跨 中附近，最大压应力为 53.7MPa200 MPa，出现在 1#支座的上方；竖杆 最大压应力为 249.8 MPa 200 MPa，出现在 1#支点上方竖杆旁边，最大 拉应力为 53

18、.7MPa200 MPa，出现在 1#支座的上方竖杆的旁边。 由于支座上方斜向竖杆的应力不满足公路桥涵钢结构及木结构设计规范中 16Mn 钢材最大轴向应力为 200MPa 的规定，因此需要加强。3.53.5 主梁刚度验算主梁刚度验算(1) 结构重力挠度如下图所示：图 13 主桁架结构重力挠度图排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 13 (2) 静活载挠度如下图所示：图 14 主桁架活载挠度图主梁竖向挠度值如下表所示：表 2 主梁竖向位移表第一跨第二跨第三跨第四跨第五跨第六跨第七跨静活载竖向位移11.0639.7289.7609.7489.7489.7629.730挠跨比1/10851/12341

19、/12301/12311/12311/12301/1234由表 2 可见，本桥主跨在静活载作用下产生的最大竖向位移为 11.063mm，挠跨比为 1/1085，满足公路桥涵钢结构及木结构设计规范第 1.1.5 条小于L/800 的规定要求（L 为计算跨度） 。3.3.6 6 主梁联结系验算主梁联结系验算选取最不利的主梁联结系进行分析，由计算结果知道，最不利的位置为 1#支点位置。主梁联结系内力图如下所示：图 15 主梁联结系应力图排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 14由上图得到，主梁联结系的最大压应力为 114.7MPa200 MPa，最大 拉应力为 25.7MPa200 MPa，均满足规范

20、要求。 3.73.7 12M12M 跨桩顶分配梁内力计算跨桩顶分配梁内力计算3.7.1 分配梁抗弯验算荷载作用下桩顶分配梁的弯矩图如下所示：图 16 桩顶分配梁弯矩图由上图可知：，通过 midas 的截面特性计算器算的截面mKNM7 .46max抵抗矩36 .964 cmWx，因此满足抗弯要求。 MPaMPacmmKNWMx2155 .486 .9647 .463max3.7.2 分配梁抗剪验算荷载作用下桩顶分配梁的剪力图如下所示：图 17 桩顶分配梁剪力图排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 15由上述两种工况计算得知：,计算分配梁的横截面积如下：KNQ4 .48max200.24212. 0

21、40212. 060cmA，因此满足抗剪要求。 MPaMPacmKNAQ12517.2000.244 .482max3.83.8 钢栈桥伸缩缝长度计算钢栈桥伸缩缝长度计算钢栈桥全长 204m，分两联，分别为：102m+102m。根据路桥施工计算手册附表 3-19 钢材的物理性能 P413 页查出：钢材的线膨胀系数。5102 . 1mmCLTL04896. 0102 . 1102405因此钢栈桥伸缩缝长度设置为 5cm，桥台处伸缩缝设置为 6cm。4 下部结构计算下部结构计算4.14.1 钢管桩入土深度的确定钢管桩入土深度的确定本设计中要求每根钢管桩的竖向承载力不小于 1000KN，现场地质覆盖

22、层为卵石土，卵石土厚度为 26m,卵石土下为强风化板岩，卵石土的平均侧摩阻力值取 90KPa，端阻力值取 500KPa,钢管桩所需最小入土深度 X 值为：KNmXm1000500012. 00 . 1900 . 1计算得出：X3.48m，即最小入土深度为 3.48m。在本设计中要求钢管桩透过卵石土层，贯入强风化板岩深度不小于 3m，满足设计要求。4.24.2 单桩承载力验算单桩承载力验算桩顶荷载一般包括轴向力、横向力和力矩。其中，轴向力一般为压力，但有时也可能出现轴向拉力（即受拔） 。相应地，单桩承载力包括轴向受压、轴向受拉和横向承载力。对竖向桩，轴向和横向分别为竖向和水平向，故上述三种承载力

23、又称为竖向受压、竖向受拉和水平承载力，本项目计算桩顶荷载包括轴向力、横向力和力矩，所以要验算单桩的承载力。在轴向荷载作用下，无论受压还是受拉，桩丧失承载能力一般表现为两种排生巴拉河大桥施工钢栈桥工程计算书 16形式：其一，桩周土的阻力不足，发生急剧而量大的轴向位移（沉降或拔升） ，或者位移虽不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；其二，桩自身的强度不够，被压坏或拉坏。所以，桩的轴向承载力应分别根据桩周土的阻力和桩身强度确定，采用其中较小者。一般来讲，轴向受压时摩擦桩的承载力决定与桩周土的阻力，支承于岩层上的端承桩承载力则往往是桩身强度起控制作用。在横向作用下，桩的破坏同样可表现为桩周土的抗力或桩身强度不足。此外，当长期或经常承受横向力或拔力时，对建筑桩基还需限制桩身的裂缝开展宽度，甚至不允许出现裂缝，视坏境条件而定。在这种情况下除桩身强度外，还应进行抗裂计算。图 18 钢管桩示意图如果卵石土覆盖层厚度2m 时，由上述结果得知钢管桩贯入强风化板岩3m 满足要求。由于钢管桩被河床岩石、砂封实，钢管桩桩顶加载后钢管桩壁与填充物不会发生相对错动，钢管桩容许承载力按实心桩体计算。在路桥