栈桥设计和检算

1、钢栈桥设计和检算中铁三局技术开发部2013年12月学习内容钢栈桥概述结构计算栈桥结构设计过程栈桥检算实例钢栈桥概述桥梁施工临时结构是用来施工安装永久结构，在完成永久结构的建设过程中所必需建造的结构。钢栈桥便是其中的一种。桥面普遍采用钢桥面，定型桥面钢板（厚度一般为6-8mm）和分配梁（多为I16、16），分配梁针对不同的上部荷载采用不同的间距。梁部结构一般采用便于工厂化拼装的结构形式，如万能杆件、军用梁、贝雷梁、型钢梁等。下部结构主要采用钢管桩(直径500-800mm,厚为8-12mm)和预应力混凝土管桩；考虑了施工与拆除的方便。钢栈桥概述结构计算计算依据钢结构设计规范（GB 50017-20

2、03）公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004、JTJ021-89)建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）装配式钢桥多用途适用手册公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)路桥、建筑施工计算手册建筑结构静力计算手册结构计算荷载组合设计状态工况荷载组合恒载基本可变荷载其它可变荷载工作状态结构自重混凝土灌车对应工作状态标准风、水流、波浪、潮流及冲刷作用结构自重履带吊非工作状态结构自重对应非工作状态标准风、水流、波浪、潮流及冲刷作用灾难状态结构自重对应灾难状态标准风、水流、波浪、潮流及冲刷作用注：荷载组合时，一般情况下组合系数取1.0。结构计算计算方法容许应力法目前在钢栈桥结构的设

3、计中主要用到还是容许应力法，采用安全系数K来保证结构的安全性。容许应力的表达式：材料的允许应力：由材料的屈强度或极限强度除以安全系数而得。主要缺点：由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。 结构计算计算方法容许应力法Q235钢桥面板、分配梁、立柱及其横梁。 JTJ025-86 中表1.2.5中规定：轴向应力为140MPa，弯曲应力为145MPa，剪应力为85MPa。Q345钢贝雷梁。 JTJ025-86 中表1.2.5中规定：轴向应力为200MPa，弯曲应力为210MPa，

4、剪应力为120MPa。 装配式钢桥多用途适用手册中表5-6规定了桁架的允许内力。结构计算计算方法容许应力法结构计算计算方法容许应力法 JTJ025-86 中表1.2.5条文说明规定：结构计算计算方法容许应力法 JTJ025-86 中表1.2.5条文说明规定：钢材的容许剪应力，系根据试验以及最大能量的强度理论决定的，直接受剪强度为轴向受拉强度的0.577倍，故近似地取用0.6；结构计算计算方法容许应力法 JTJ025-86 中1.2.10条规定：验算结构在各种荷载作用下的强度和稳定性时，基本钢材和各种连接和各种连接件的容许力应乘以表1.2.10的提高系数k。1.2.10条文中规定：K的大小纯系经

5、验，并非理论推导而得。结构计算计算方法容许应力法(K为1.3时)Q235钢桥面板、分配梁、立柱及其横梁。轴向应力为1.3140=182MPa，弯曲应力为1.3145=188.5MPa，剪应力为1.385=110.5MPa。Q345钢贝雷梁。(装配式钢桥多用途适用手册中采用此标准)轴向应力为1.3200=260MPa，弯曲应力为1.3210=273MPa，剪应力为1.3120=156MPa。 结构计算计算方法容许应力法 公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)中2.1.2条规定了荷载组合类型。结构计算计算方法极限状态设计法 容许应力法采用了一个安全系数K，即只用一个安全系数平确定结构

6、的可靠程度。而现在采用了多个分项系数，所结构计算划分得更细更合理，分别不同情况，给出了不同的分项系数。将极限状态法来对栈桥进行设计，目前还不够成熟，原因如下： 1、施工期环境荷载复杂多变。国内外在结构施工期环境荷载的实测与统计分析方面做得并不多，统计资料的缺乏成为施工可靠度分析的首要问题。 2、分项系数取值不定。分项系数的取值关系到结构设计的安全储备,对于栈桥的设计,施工期荷载具有更大的变异性,而分项系数的取值与荷载标准差密切相关,因此栈桥设计分项系数与永久结构的设计分项系数应该不同,栈桥分项系数取值应该根据施工期的特点进行专门调整。结构计算计算方法极限状态设计法分项系数永久荷载一般取1.2；

7、可变荷载一般取1.4。设计应力钢结构设计规范（GB 50017-2003）中3.4.1条规定：结构计算荷载类型混凝土灌车荷载参考布置JTJ021-89第2.3.1条规定汽20级重车，装配式钢桥多用途适用手册中第4.1节规定；前轮着地宽度及长为0.30.2m，中、后轮着地宽度及长度为0.60.2m。请根据现场实际所用车型从轴重（前中后轴的重量）、轴距（前中后轴的纵向距离、横向距离不变）两方面进行调整。结构计算荷载类型履带-50级荷载参考布置JTJ021-89第2.3.5条，装配式钢桥多用途适用手册中第4.2节规定；履带长4.5m，履带宽0.7m，履带中心间距2.5m。请根据现场实际吊重对履带单位

8、压力进行调整。结构计算计算过程荷载计算（允许应力法）1.0结构自重+ 1.0基本可变荷载+ 1.0其它可变荷载（工作状态）1.0结构自重+ 1.0其它可变荷载（非工作状态）1.0结构自重+ 1.0其它可变荷载（灾难状态）结构计算计算过程桥面板计算对于混凝土灌车荷载：假设10方混凝土灌车满载自重为50t，前轴重10t，中后轴各重20t，前轮着地宽度及长为0.30.2m，中、后轮着地宽度及长度为0.60.2m，故取轮压处约60cm宽作用范围20cm钢面板检算。混凝土搅拌运输车轮压荷载: ，受力计算模型如下：L为桥面板分配梁的间距，n为计算跨数；梁的截面积：600mm 板厚mm，1.1为冲击系数。2

9、0 101.1550/2 0.2pkN m结构计算计算过程桥面板计算计算跨数n的选择？首先大家对结构在均布荷载作用下有个初步的概念。一般建议选择3跨连续梁进行结构的计算。履带吊的轮压荷载(500+吊重)/2/4.5= kN/m；梁截面积：700mm 板厚mm；根据吊重需考虑一定的偏载系数。n内力挠度弯矩(ql2)剪力(ql)ql4/(EI)10.1250.55/38420.1250.6250.0052130.10.60.0067740.1070.6070.0063250.1050.6060.00644结构计算计算过程分配梁计算混凝土灌车作用：将0.6m宽线荷载作用分配梁，找到到最不利状进行计算

10、。可以按简支梁或三跨连续梁进行计算，跨度为主梁之间的间距。履带吊作用：将将0.7m宽线荷载作用分配梁，找到到最不利状进行计算。可以按简支梁或三跨连续梁进行计算，跨度为主梁之间的间距。结构计算计算过程主梁计算(以贝雷梁介绍为主)主梁一般均采用贝雷梁，跨度为3的倍数，如9m、12m、15m等。贝雷梁的形式主要有以下几种：贝雷片间距为45cm或90cm。主梁的布置位置是空间，在多个荷载作用下，存横向与纵向的影响分布系数，那么如何计算贝雷所受到的内力呢？利用桥梁工程中的杠杆法原理进行计算；装配式钢桥多用途适用手册4.3节中规定：荷载的横向分配系数，按一般常用的杠杆法求得。结构计算计算过程主梁计算(杠杆

11、法)例子：四组单层贝雷梁中心间距为160cm布置，跨度为12m。杠杆法：把桥面板视作两端简支在主梁上的简支梁。结构计算计算过程主梁计算(杠杆法)求1号主梁所受的最大荷载，利用支承力R1的影响线，在桥梁横向把车轮的轮重安排在最不利位置上，R1=1.11P/2=0.55P前轴为0.55100=55kN中、后轴为0.55200=110kN2号主梁的最不利位置如上一图所示的位置为最不利位置。R2=1.11P/2=0.5P前轴为0.55100=55kN中、后轴为0.55200=110kN结构计算计算过程主梁计算(杠杆法)通过杠杆法求1号主梁所受的最大支承力，而后利用主梁的纵向内力影响线求进行最不利荷载位

12、置布置。最大弯矩最大剪力2110 4.6110 655 212M=+)/2=XXkN.m M =1576.42228XX 12 1.4125.4xx 12V=110 1+11055=xxkN V =490.5kN12122结构计算计算过程主梁计算(杠杆法)履带-50级作用的内力计算假设吊重为50t，(偏载系数根据吊重的大小选取)，履带吊处于倾覆状态，仅一侧履带承受荷载，当履带位于主梁的正上方且在纵桥向跨中位置，此时贝雷梁承受最大弯矩；当履带位于主梁的正上方且在纵桥向支点位置，此时贝雷梁承受最大剪力；P=100104.5=222.3kN/m应对措施：当所计算的弯矩或剪力超过允许值，需增加主梁的贝

13、雷片数；或限制履带吊站位，只对承担履带荷载的主梁增加贝雷片数。结构计算计算过程立柱横梁计算将主梁计算出的剪力，按位置施加于立柱横梁上，将横梁立柱处设约束建立受力模型并进行计算。立柱计算强度和稳定性计算钢结构设计规范（GB/T50017-2003）单桩承载力计算：结合现场地质条件并根据建筑桩基技术规范（J793-2008）中的经验参数法计算。结构计算计算过程水流(潮流)压力的计算根据铁路桥涵设计规范（TB10002.1-2005）桥墩流水压力的公式进行计算式中：P流水压力（kN），K桥墩形状系数，V水流设计速度（m/s）取2.0m/s，水容重（10kN/m3），A与水流方向垂直平面上的投影面积（

14、m2），g标准自由落体加速度（m/s2）。注：桥规、铁规、港规中的计算公式基本相同，只是参数的选取不同。桥规仅能计算桥墩所受到的水流力,其K只反映了桥墩形状的影响, 港规可以计算桥墩、梁、桁架等构件的水流力；桥规的水流力考虑更多的是内河径流,而港规则包括了海洋潮流。gVKAP22结构计算计算过程风荷载的计算公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)、铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)、港口工程荷载规范(ITI215-98)均有规定。通过流体数值分析,认为铁规的风荷载计算值偏小港规与桥规的算法基本相同,但其体系系数采用的是建筑规范中的系数;并且,对某些工程的试算表明,按桥

15、规确定的风荷载略大于港规最终选用桥规4.3.7节的计算公式,k0为重现期换算系数, 栈桥按半永久桥梁取;k1为风载阻力系数,由构件形状及间距决定,栈桥中,贝雷析按桁架取,考虑遮挡效应,桥面系按实腹梁取; k3为地形、地理系数;Awh为构件的遮风面积;Wd为设计风压。风荷载的主要参数是设计基本风速V10，在实际的设计中,首先根据当地气候中心提供的资料和桥规的风压分布图初步确立各参数,再在现场进行风的实测,根据实测资料修正荷载参数,必要时要对后续栈桥的设计进行更改。结构计算计算过程局部冲刷深度的计算一般冲刷是指在整个河床断面上因修桥所引起的普遍存在的冲刷变形，局部冲刷则是指桥墩周围因桥墩阻水所引起

16、的河床局部变形。栈桥修建以后, 势必会因阻水而引起河床产生局部变形，当水流行近桩时,因桩的阻水作用,一部分绕桩而过,一部分因冲击桩前端,紧贴桩前缘的水流转向上和向下流动两部分，一层水流遇桩后向上流动,形成一于水流方向的漩涡(使桩前端水深出现涌高,或叫爬高)，其下部水流遇桩后均向下流动,直至河底,在河底形成一水平轴的与水流方向相反的指向河底的漩涡，这底部的反向漩涡是导致局部冲刷的主要动力，在桩侧的河底部,有斜轴漩涡，由底部漩涡搅起的河底泥沙,被其上部水流夹带向下游输送，河底逐渐出现冲刷坑，当上游进入坑内的泥沙量等于漩涡所搅起来的沙量时,冲刷不再发展,达到最大冲刷深度。一般根据桥渡水文设计中局部冲刷公式计算，冲刷的理论计算不成熟，以实测资料为主，同时采用经验公式进行校核。栈桥结构设计过程设计依据参照片前面的讲的一些行业规范、计算手册等。设计原则安全、经济、结构简单、受力明确、施工便捷。设计目的调查栈桥的作用，跨越水面，还是连接两岸交通，行驶什么车辆，单车道还是双车道，桥址的水文、地质资料、水流冲刷情况调查，在熟习总体施工方案的基础上，详细了解栈桥的施工过程等。结构选型对栈桥的面板、分配梁