青岛海湾大桥工程111米海上钢栈桥结构受力计算书

1、栈桥计算书1 概述 1.1 设计说明本工程项目拟建栈桥结构形式为4排单层贝雷桁架，使用900型标准贝雷花架进行横向联结，栈桥纵向标准设计跨径为12m+9m；桥面系为专用桥面板；横向分配梁为I22，间距为0.75m；基础采用6307mm和8207mm钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用20号槽钢连接成整体；墩顶横梁采用2工36a。栈桥布置结构形式如下图1。图1、栈桥一般构造图（单位：cm）1.2 设计依据1）公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）2）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85）3）公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ025-86）4）公路桥涵施

2、工技术规范 （JTJ0412000）5）海港水文规范 （JTJ213-98）1.3 技术标准1）设计顶标高；2）设计控制荷载：栈桥运营期间：施工重车荷载主要表现在混凝土罐车满载，自重20T+载重30T，考虑1.3的动力系数，按照65T荷载对栈桥桥面板及分配梁I22a进行验算；考虑本栈桥桥位实际地理条件，其施工工艺采用50T履带吊，50T履带吊自重50T+吊重15T，考虑车辆自重及1.3的车辆冲击系数，栈桥设计中选择85吨履带吊车荷载进行贝雷梁及承重梁的验算；3）设计行车速度10km/h。2 荷载布置 2.1 上部结构恒重（4米宽计算）1）钢便桥面层：8mm厚钢板，单位面积重62.8kg，则4.

3、08kN/m。2）面板加劲肋工12.6,单位重14.21kg/m，则0.14kN/m，间距0.24m 。3）面层横向分配梁：I22，单位重33.05kg/m，则0.33kN/m ，1.32kN/根，间距1.5m；4）纵向主梁：横向4排321型贝雷梁，4.3kN/m；5）桩顶分配主梁：2I36a，单位重60 kg/m ,则1.2kN/m。2.2 车辆荷载 1）轮压：车轮接地尺寸为0.5m0.2m；图2、罐车荷载布置图2：50T履带吊横向及纵向布置图（469mm76mm）单侧履带压：单侧履带着地尺寸为0.76m4.69m，单侧履带荷载按线性荷载计算为850 kN/m24.69=90kN/m。2）施

4、工荷载及人群荷载：4kN/m2。3 上部结构内力计算 3.1 桥面系由于本项目桥面系8mm面板与I12.6焊接成框架结构，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算，仅对面板主加强肋I12.6进行验算，其荷载分析如下：1）自重均布荷载：0.305kN/m(面板+梁重)，电算模型自动附加在计算中，不另外进行添加。2）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用。3）I12.6断面内间距为24cm，横向分配梁间距为1.5m，其受力计算按照跨径为1.5m的连续梁进行验算。汽车轮压：车轮接地尺寸为0.5m0.2m,每组车轮压在3根I12.6上，则单根I12.6承受的荷载按照集中力计算为250 kN23=41.7k

5、N；单侧履带压：履带宽0.76m，单侧履带压在4根I12.6梁上（间距0.243=0.72m0.92m），履带长4.69m，则单根I12.6受力按线性荷载计算为850kN/4.69m/24=22.7kN/m，此线性荷载在0.76m长的范围内换算成集中荷载的大小为22.7kN/m0.75=17.02kN41.7kN的汽车轮压，为此对于I12.6梁的验算选择罐车进行控制验算。计算模型如下：则单边车轮布置在跨中时弯距最大计算模型如下6.1.1 受力模型6.1.2 弯矩图(Mmax=7.84kN.m)选用I12.6a，则 Wx=77cm3 ；=M/W=7.84kN.m /77 cm3=101.8Mpa

6、 =188.5 Mpa；满足强度要求。=QS/Ib=20.958/10.5/0.5=39.9Mpa=851.3=110Mpa（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：对于临时结构有1.3 1451.3188.5Mpa）,=851.3=110Mpa计算中忽略了8mm厚面板及钢框架整体分配作用，为此上述计算中是偏安全的，该桥梁面系结构设计满足临时钢结构强度刚度规范要求。3.1.2刚度验算该结构的容许挠度为不大于结构总长的1/400。根据建筑结构静力计算手册挠度：fmax=qcl3（8-42+3）/384EI=c/l=0.2m/0.75m=0.27fmax =41.7KN0.753（8

7、-40.272+0.273）/（3842.1105MPa158cm4）=1.0710-3m0.75m/400=1.8810-3m3.2 I22横向分配梁内力计算 （1）荷载计算 单边车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。 荷载分析：1）均布荷载：2*6m桥面板重量为14.7KN/个，分配梁均布荷载：14.7kN/m/6/2*0.750.92kN/m 2）施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用3）汽车轮压：65T罐车当后车轮布置在跨中时，计算模型如下： 便桥断面图6.2.3受力模型6.2.4弯矩、剪力图(Mmax=8.55kN.m ，Qmax114.9kN)65T罐

8、车当后车轮单个车轮布置在跨中时弯矩最大，计算模型如下：6.2.5弯矩、剪力图(Mmax=33.42kN.m ，Qmax125.4kN)荷载分析：85t履带吊履带轮压：履带吊接地长度为4.69m，I22a布置间距为0.75m，则履带吊同时作用在7根I22a上，单根I22a的履带轮压为8507121.4 kN小于65T罐车单轴125kN同时作用在单根I22a上，不予计算。选用I22a 则 A= 42.1cm2 , W=310cm3，I/S=18.9cm(I=3400 cm4，S=174.9 cm3)，b=0.75cm=M/W=33.42/0.31=107.8MPa188.2 MPa=QS/Ib=1

9、25.4/18.9/0.75=88.5Mpa=851.3=110Mpa（2）刚度计算 挠度：wmax=0.0006m1.6m/400=0.004m结构刚度与强度均满足要求。3.3 12m跨贝雷梁内力计算 3.31 12m跨贝雷梁内力计算荷载分析：1）自重均布荷载：q1 =14.7kN*2.25/6m4.4kN/m =9.9kN/m；2）施工及人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；3）本项目栈桥最大设计跨径为15m，单跨贝雷梁受力最不利的情况为50T履带吊车行驶到跨中位置作业，贝雷梁承受最大弯矩，50T履带吊车作业荷载85T10/4.69m=181.237 kN/m。据此，利用SAP2000建立受力

10、模型如下：图3-3-1、受力模型图3-3-2、弯矩图(Mmax=1820.02kN.m)剪力图(Qmax=499.25kN)图3-3-3、节点反力图(Nmax=650kN)履带吊走带墩顶时荷载分析：图3-3-4受力模型图3-3-5、弯矩图(Mmax=868kN.m)剪力图(Qmax=812.2kN)图3-3-3、节点反力图(Nmax=943.24kN)经过上述分析知，贝雷梁最大弯矩Mmax2=1820kN.m，最大剪力Qmax2=812.2kN。纵向主梁选用4排单层贝雷架，则贝雷梁容许弯矩M=788.24=3152.8kN.m，容许剪力Q=245.24980.8kN。Mmax=1820kN.m

11、M= 3152.8kN.m；Qmax=812.2kNQ 980.8kN，满足强度要求。 刚度计算根据建筑结构静力计算手册挠度：fmax=qcl3（8-42+3）/384EI=c/l=4.69m/15m=0.313fmax =850KN15003（8-40.3132+0.3133）/（3842.1105MPa20105cm4）=1.3510-3m15m/400=3.7510-3m满足强度要求。 3.4 承重梁一内力分析 承重梁一作为栈桥结构的主要承重结构，是栈桥结构稳定安全的生命线，拟采用的型材为2I36a。根据第3.3节对贝雷梁的计算分析，得到最大节点反力为943.24kN，主纵梁为4排单层贝

12、雷，则单排贝雷对承重梁一的作用力为943.24kN /4=235.81kN。下面对最不利情况下，承重梁一的内力情况进行建模分析。图3-4-1、计算模型图3-4-2、计算结果(Qmax237.8kN，Mmax=118.6kN.m. wmax=0.005) 支图3-4-3、节点反力图(Nmax=475.12kN)承重梁二内力分析： 图3-4-4、计算模型图3-4-5、计算结果(Qmax238.6kN，Mmax=214.07kN.m. wmax=0.0018)支图3-4-6、节点反力图(Nmax=239.3kN)根据上述建立有限元模型进行分析可知，取最大荷载Mmax=214.07kNm，Qmax=2

13、38.6kN进行桩顶承重梁的截面设计。Wx= Mmax/=214.07kNm /145 Mpa=1476cm3A= Qmax/=238.6kN/85 Mpa=28.1cm2选用2I36a,查钢结构计算手册得各相关力学参数如下：W=2875cm3=1750cm3,A=276.3=152.6cm2,I/S=30.7(I=15760cm4，S=508.8cm3)，b=122cm，下面对其强度进行验算：=M/W=214.07kNm /1750cm3103=122.3MPa1.31.3挠度，满足要求。根据上述电算结果知，在钢管桩顶截面位置剪力和弯矩均达到最大值，因此须利用第三强度理论对该截面进行组合应力

14、验算。1.3，满足强度要求。4 钢管桩承载力 根据上述计算分析知，钢管桩基础单桩承载力最大的情况出现在履带吊车在单排桩基础顶施工作业时，单桩最大承受荷载约382.58kN。考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料，施工中选用DZJ-45振动锤进行钢管桩的施工即可满足施工要求，钢管桩入土深度根据施工过程中贯入度进行现场控制。DZJ-45振动锤性能参数见下表。DZJ-45振动锤性能表电机功率(kW)偏心力矩Nm振动频率激振力kN机重kg允许拔桩力KN450206120033841001804.1 钢管桩理论入土深度计算：根据港口工程桩基规范（JTJ254-98）第4.2.4条：式中：Qd单桩垂

15、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630mm*7钢管桩为1.979m；820mm*7钢管桩为2.575m；单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（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）；A 桩身截面面积，630mm*7钢管桩为0.0156m2；820mm*7钢管桩为0.0179 m2；根据现场地质情况统计如下：岩土编号土层名称地基土容许承载力（kPa）桩周土极限摩阻力（kPa）顶面（m）底面高程（m）层厚（m）1圆砾土40092-110 根据上述验算可知单排桩820mm*7钢管桩为单桩最大承受荷载约475.1

16、2kN。现假设桩底打入砂岩夹砾岩LXm,带入上述计算公式中，则有：475.12kN1/1.45（2.575（100LX+400*0.0179）求解得：LX2.65m。双排桩630mm*7钢管桩为最大承受荷载约239.3kN。现假设桩底打入砂岩夹砾岩LXm,带入上述计算公式中，则有：239.3kN1/1.45（1.979（100LX+400*0.0156）求解得：LX1.72m。在实际管桩打设施工时，根据具体地址情况而定钢管桩的打入深度，并采用惯入度1 cm/min进行双控。3.1 单桩最大竖向力 河床面一般冲刷高程为82.589m，桥面标高95m，则可假定钢管桩悬臂固结点在最低冲刷线79.89

17、9m处，桩顶标高取93.01m，钢管悬臂长度为13.111m。由上计算知道，820mm7mm钢管桩承受竖向荷载475.12KN，630mm7mm钢管桩承受竖向荷载239.3KN，看出820荷载为最大最不利，下面重点计算820mm8mm钢管桩。3.2 单根钢管桩流水压力计算单根桩流水压力计算：Fw=kAv2/(2g)式中：Fw流水压力标准值（kN）；k 形状系数（钢管取0.8）；A 阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；水的重力密度（kN/m3）；v 设计流速（3m/s）；考虑为水库g 重力加速度（9.81m/s2）。Fw=kAv2/(2g) 0.8（60.82）3229.811.8kN水流力作

18、用在水深的1/3处，即为水深=（6）*1/3=2m处水流力对钢管产生的弯矩：Mx1=1.82=3.6KN.m3.3 汽车水平制动力根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)查得，汽车制动力为汽车荷载重力的10，考虑2个墩承受制动力，此时每根桩取水平制动力为=650*10%/4=16.25KN。水平制动力对钢管产生的弯矩：Mx2=16.25（8+6+2）=260KN.m（入土按2米深度进行计算）3.4 钢管强度及稳定性验算由以上分析可知： 1=M/Ix=3.6KN.m/147727.6cm40.319m=0.8MPa188.2 MPa2=M/Iy=260KN.m/147727.6cm40.319m=56.1MPa188.