龙门吊轨道计算1三拼结构

1、龙门吊轨道栈桥计算书1、概述本工程为海河吉兆桥桥梁及附属工程，根据设计形式，本次修建桥梁是一座跨海河桥，桥梁修筑起点为K0+445.322，修筑终点为：K0+812.652，全长365m，修筑面积约为14800m2，设计形式为：现浇预应力钢筋混凝土箱梁+钢结构桥梁+现浇预应力钢筋混凝土箱梁。钢结构部分为三跨钢桁架结构形式，横跨海河，跨度200m，桥面宽40m，三跨中最大跨径90m。两侧引桥为现浇预应力钢筋混凝土箱梁，其中海河东侧引桥三跨（25m+25m+25m）共长75m，桥面宽35m；海河西侧引桥四跨（20m+21m+31m+18m）共长90m，桥面宽40m。桥梁平面图桥梁立面图根据主桥施工

2、工艺，在设计桥位两侧各搭建1座跨河栈桥，在龙门吊栈桥搭设完毕后，前期用于水中下部结构（灌注桩、承台、墩柱）的施工便道，上部行驶吊车、混凝土罐车等运输车辆，完成下部结构后铺设龙门吊轨道，架设龙门吊机，完成刚桁架的吊运与拼装。2、计算依据1) 海河吉兆桥龙门吊机栈桥初步设计文件及部分地质资料；2)钢结构设计规范（GB50017-2003）；3)公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；4)公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ 025-86)；5)公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）；6)建筑结构荷载规范（GB50009-2001）。3、计算荷载3.1自重1) 桥面系方木

3、容重按计。2) 贝雷片自重按单片0.35t计，其单片重量包括销轴，支撑架等结构自重。3) I36b自重为；龙门吊机轨道为P43钢轨，每延米43kg。3.2车辆荷载1) 10m3混凝土搅拌运输车10m3混凝土搅拌运输车：同方向行驶时，两车净距不小于10m；栈桥横断面上布置满载汽车一辆，如表1和图1所示。 10m3混凝土搅拌运输车荷载表 表1一辆汽车总重力前轴重力中轴重力后轴重力轴距(m)轮距(m)前轮着地宽度及长度(m)后轮着地宽度及长度(m)车辆外形尺寸(m)350kN70 kN140 kN140 kN4.0+1.41.80.3×0.20.6×0.28×2.5图1

4、 10m3混凝土搅拌运输车平面尺寸图2) 50t履带吊机50t履带吊机自重50t，最大吊重为14.0t。单条履带接触面积为4650mm×760mm。50t履带吊机在通航孔起吊时则仅限于墩顶起吊作业。其外部尺寸见图2所示，其负荷特性表见表2所示。 50t履带吊机负荷特性表 表2 （单位：t） a b13.016.019.022.025.028.031.034.037.040.043.046.049.052.03.750.00(4.5m)36.554.044.8544.80(5.5m)26.555.031.0030.9030.8530.856.023.5523.5023.4023.402

5、3.3023.307.018.9818.8518.8018.7518.6518.6018.558.015.7515.6515.6015.5515.5015.4515.3515.3015.209.013.4513.3513.3013.2513.1513.1013.0512.9512.9012.8512.7510.011.7011.6011.5511.5011.4011.3511.2511.2011.1511.0511.0010.9010.8512.09.209.159.069.088.908.858.808.708.658.558.508.408.358.2514.08.95(12.3m)7.4

6、57.407.357.257.207.107.056.956.906.806.756.656.6016.06.90(14.9m)6.206.156.056.005.905.855.755.705.605.555.455.3518.05.50(17.5m)5.205.155.055.004.984.854.754.704.604.554.4520.04.504.454.354.304.204.154.053.953.903.803.7522.03.853.803.703.653.553.503.403.353.253.1524.03.70(22.7m)3.353.253.203.103.082.

7、952.852.802.7026.015.553.10(25.3m)2.852.802.702.652.552.462.352.2528.02.55(27.9m)2.452.352.302.202.102.001.9030.02.152.102.001.901.801.701.6032.02.10(30.5m)1.801.701.601.501.401.3034.01.70(33.0m)1.501.351.251.151.05注： a.表示主臂长（m）； b. 表示工作幅度（m）。3) 60t龙门吊机单个龙门吊机共有4个轮组，共计8个轮子，如图3所示： 图3 龙门吊机总体布置图龙门吊机自重为7

8、50kN，单个龙门吊机设计吊重为600kN，现场仅提供单侧支点水平反力为45kN，其竖向反力未提供，本计算书按以下方法求解竖向力。单个龙门吊机最大吊重为430kN，为第3#或11#块段(双榀)。当吊装第3#或11#块段时，第3#(11#)块段距一侧支腿距离为39.65m，龙门吊机支腿分配的反力：由此可得：龙门吊机一侧最大反力：单个轮组反力：3.3 其他可变作用1) 栏杆荷载：按人行道栏杆设计，作用于栏杆立柱顶上的水平推力标准值为：0.75kN/m；作用于栏杆扶手上的竖向力标准值为：1.0kN/m。2) 风载:栈桥自身施工状态或栈桥工作状态的允许风力为6级。当风力超过6级时，禁止栈桥自身施工和在

9、栈桥上吊装作业。由于栈桥高程较低，本文计算中不考虑风载的作用。3)水流力：现场实测水流流速为0.3m/s，流速小，因此本计算不考虑水流力的影响。4、栈桥计算本计算书对栈桥结构进行计算复核，其计算方法按容许应力法进行计算，Q235钢材正应力容许值按140MPa计，剪应力容许值按80MPa计。4.1、非通航孔主桁计算非通航孔栈桥横断面图如图4所示，其主桁为I36b，栈桥跨度为4.0m+3.5m+4.0m，并采用三跨一联的连续梁结构。图4 栈桥非通航孔横断面布置图4m跨栈桥上部结构自重为：自重对单根I36b纵梁产生的弯矩： 混凝土搅拌车荷载组合计算混凝土搅拌车行驶时，其后轴在4.0m跨时，边跨主梁受

10、弯，按简支梁计算，混凝土搅拌车单侧荷载对主梁产生的最大弯矩：当荷载由一片I36b承受，其应力为：主梁受力满足要求。4.1.2 50t履带吊机荷载组合计算履带吊机在全桥走行或起吊作业时，其一侧履带作业范围必须限定于加密的I36b纵梁上。50t履带吊机最大吊重为14t，当履带吊机偏吊时，履带吊机单侧履带荷载: 按纵桥向最不利位置布置，其对主梁产生的弯矩：履带吊机在栈桥上走行或吊装作业时，履带吊机一侧履带应布置于间距为300mm的I36b纵梁上方。履带吊机横桥向布置如下图所示。图5 50t履带吊机横桥向布置图当履带吊机一侧履带作用于3片I36b上时，其应力为：当履带吊机正吊时，其一侧履带线荷载为：其

11、产生的最大弯矩为：其作用于两片I36b上，其应力为：龙门吊机荷载组合计算龙门吊机每个轮组间的两个轮子间距为1.0m，其反力按集中力计算，且集中力为。当一个轮组作用于栈桥某4m跨跨中时，对主梁产生的弯矩：由于桥面板为方木，其分配性能较差，需对其进行定量分析。栈桥上部钢轨布置位置固定，其上I36b纵梁交错布置，钢轨中心线与4I36b中心线间距为81mm，如下图所示。图6 钢轨与纵向I36b布置图采用Midas软件建立部分栈桥计算模型，在P43钢轨上均布加载单位荷载，求解四片I36b纵梁仅在外部荷载作用下的受力情况，从而得出四片I36b纵梁在龙门吊机作用下各自的受力特点。图7 方木分配性能计算模型(

12、荷载单位：kN)在非通航孔处P43钢轨上加载1.0kN荷载，其四片I36b纵梁在荷载作用下的受力如图8所示。图8 四片I36b纵梁在单位荷载作用下弯矩图由上图可知，钢轨下4片I36b纵梁受力分配系数分别为0.15、0.30、0.27和0.28，可以按此分配系数确定四根I36b纵梁中单根纵梁的受力。因此，在龙门吊机吊装作用下，I36b纵梁的最大应力：单根I36b纵梁受力小于140MPa，故龙门吊机在非通航孔上吊装作业时，栈桥主梁受力满足要求。综上三种荷载工况所述，栈桥非通航孔I36b纵梁受力满足要求。4.2通航孔贝雷片计算通航孔栈桥如图9和图10所示，单跨简支梁体系，跨径为12.0m，其主桁为9

13、片贝雷片，三榀一组。图9 通航孔栈桥立面图图10 通航孔栈桥横断面图(1) 通航孔总长为15m，上部结构自重为：方木桥面板自重：贝雷片自重：单根分配梁自重：钢轨自重：因此，上部结构自重：单片贝雷片反力：单片贝雷片因自重引起的弯矩：(2) 混凝土搅拌车行驶时，其中、后轴行驶至跨中时，贝雷片受力最不利，两端反力分别为155kN和195kN，一榀贝雷片的最大弯矩为：故单片贝雷片弯矩最大值为:贝雷片弦杆受力满足要求。由上述计算，单片贝雷片竖杆受力最大值：贝雷片竖杆受力满足要求。(3) 50t履带吊机最大吊重为14t，当履带吊机于12m跨跨中作业时，履带吊机单侧履带荷载为: 按纵桥向最不利位置布置，且履

14、带按两片贝雷片承受全部荷载，则履带吊机其对贝雷片产生的弯矩：栈桥自重引起的弯矩：故单片贝雷片最大弯矩：单片贝雷片弯矩小于容许值，贝雷片弦杆受力满足要求。同理，当50t履带吊机作用于横向三片贝雷片中心时，可以认为三片贝雷片均匀承受上部活载的作用，则此时单片贝雷片最大弯矩为，其受力满足要求。当履带吊机走行至桩顶时，通航孔贝雷片简支梁两端反力分配系数为0.93和0.07。履带吊机引起的一端单片贝雷片竖向轴力：栈桥自重引起的竖杆轴力为：故单根贝雷片竖杆受力为：贝雷片竖杆轴力最大值大于容许值，此工况下贝雷片竖杆受力不满足要求。同理，当50t履带吊机作用于三片贝雷片中心时，可以按三片贝雷片均匀承受上部活载

15、的作用，则此时单片贝雷片竖杆最大轴力为，小于容许值，其受力满足要求。 (4) 龙门吊机吊装最重钢主梁在栈桥上偏载行驶时，其对三片贝雷片产生的最不利弯矩：。由于桥面板为方木，其分配性能较差，需对其进行计算分析。采用midas软件建立栈桥部分计算模型，在P43钢轨上均布加载单位荷载，求解三片贝雷片仅在外部荷载作用下的受力情况，从而得出三片贝雷片在龙门吊机作用下各自的受力特点。图11 方木分配性能计算模型(荷载单位：kN)在通航孔处P43钢轨上加载10kN单位荷载，其三片贝雷片在荷载作用下的受力如图12所示。图12 三片贝雷片在单位荷载作用下弯矩图由上图可知，钢轨下3片贝雷片受力分配不均，可以认为三

16、根贝雷片均分配系数分别为0.315、0.37和0.315。因活载引起的单片贝雷片最大弯矩：单片贝雷片所受总弯矩为：贝雷片弦杆受力不满足要求。此工况下若龙门吊机带载走行时，最大块段钢主梁吊至龙门吊机跨中时，两侧竖向反力可按均布计算，则龙门吊机带载走行时对三征贝雷片产生的最不利弯矩：因活载引起的单片贝雷片最大弯矩：因此，龙门吊机带载走行时，其吊点应对称于龙门吊机跨中，避免偏载。单片贝雷片所受总弯矩为：贝雷片弦杆受力满足要求。由以上分析可知，单片贝雷片竖杆最大受力为：此工况下贝雷片竖杆受力满足要求。因此，龙门吊机在通航孔上吊装作业时，栈桥主梁受力满足要求。综上所述，栈桥在混凝土搅拌运输车和自重作用下

17、，栈桥受力满足要求；50t履带吊机作用下，栈桥通航孔贝雷片受力不满足要求；当50t履带吊机限定横桥向走行及作业范围后，则栈桥主桁受力满足要求。龙门吊机带载走行时，其吊点应对称于龙门吊机跨中，避免偏载，否则栈桥贝雷片受力不满足要求。4.3 桥面板计算1）非通航孔桥面板计算栈桥桥面板均采用方木满铺，其规格为0.2×0.2×6.0m，其型号未知，暂按针叶材A-4确定其容许应力。在车辆荷载和自重的作用下，桥面板主要承受弯曲剪应力和弯曲应力，其横断面布置图如图13所示。图13 非通航孔桥面板横断面布置图(1) 当混凝土搅拌车行驶于非通航孔时，其轮压面积为0.2×0.6m，可

18、认为轮压作用于三根方木上，单根方木桥面板所受弯矩为：方木截面特性，弯曲应力为: 方木截面特性，单根方木桥面板所受剪力为：，故：故，混凝土搅拌车通行时，方木桥面受力满足要求。(2) 50t履带吊机吊装作业时，其偏吊一侧轮压为544kN，作于于23根方木上，其单根方木所受弯矩最大值为:其弯曲应力为：单根方木受剪作用，其所受剪力为：故：因此，50t履带吊机通行或作业时，方木桥面受力满足要求。(3) 龙门吊机走行或吊装作业时，其荷载直接作用于方木上，并通过方木传递至主梁，单个轮子竖向反力为：故方木需进行受压计算，其计算压应力为单根方木受剪力为：其计算弯曲剪应力：单根方木所受弯矩为：其弯曲应力为：栈桥非

19、通航孔方木桥面板在龙门吊机作用下，其受力满足要求。综上所述，栈桥非通航孔方木在车辆荷载作用下，其受力均满足要求。2）通航孔桥面板计算通航孔栈桥桥面板横断面布置如下图所示，走行荷载为10m3混凝土搅拌运输车，50t履带吊机和60t龙门吊机。在车辆荷载和自重的作用下，桥面板主要承受弯曲剪应力和弯曲应力。图14 通航孔桥面板横断面布置图(1) 混凝土搅拌运输车行驶至方木0.85m间隙上时，方木桥面板受力最不利，其最不利弯矩:方木截面特性，弯曲应力:单根方木受剪作用，其所受剪力，故： (2) 50t履带吊机作用于通航孔方木上时，由于履带作用面积较大，方木桥面板受力满足要求，不作计算。(3) 龙门吊机走

20、行或吊装作业时，其荷载通过钢轨直接作用于方木上，并通过方木传递至主梁，轮压长度为50mm，轮压作用于桥面板上的分布长度为：单个轮子竖向反力故方木需进行受压计算，其计算压应力为单根方木受剪力为：其计算弯曲剪应力：单根方木所受弯矩为：其弯曲应力为：当龙门吊机带载走行时，且各吊装杆件和吊点沿龙门吊机跨度中线对称布置时，方木弯曲应力为10.3MPa，其受力满足要求。因此，龙门吊机带载走行时，各吊装杆件和吊点应沿龙门吊机跨度中线对称布置，避免偏载。综上所述，栈桥通航孔方木桥面板在车辆荷载和自重作用下，其受力满足要求。3）桥面系横向计算由委托方提供的龙门吊机反力数据表明，龙门吊机单侧水平力为45kN，单侧

21、共计两组轮组，单个轮组水平反力为22.5kN；由于单个轮组内的两轮间距为1.0m，可考虑单个轮组水平反力作用于1m范围内。按此对钢轨连接进行计算。水平力对单位长度(1.0m)上钢轨产生的弯矩为:钢轨与钢面板采用焊接，现假定按,计，则焊缝计算长度为。因钢轨水平力产生的垂直于焊缝长度方向的轴心力为：钢轨焊缝受力较小，其连接满足要求。4.4下部结构 4.4.1 分配梁计算1）非通航孔分配梁计算(1) 4m跨栈桥上部结构自重为：自重按均布荷载作用于分配梁上，分配梁线荷载为:(2) 10m3混凝土搅拌运输车行驶时，其计算简图如下图所示：图15 非通航孔桩顶分配梁受力简图图16 10m3混凝土搅拌运输作用

22、下非通航孔桩顶分配梁应力图(2) 50t履带吊机在非通航孔上吊装作业时，其非通航孔桩顶分配梁受力简图如下。图17 履带吊机偏吊于非通航孔时桩顶分配梁受力简图图18 履带吊机偏吊于非通航孔时桩顶分配梁受力图(3) 龙门吊机作用于非通航孔时，单轮组最大集中反力为，桩顶分配梁受力简图如下：图19 龙门吊机偏吊于非通航孔时桩顶分配梁受力图图20 龙门吊机偏吊于非通航孔时桩顶分配梁受力图综上所述，非通航孔栈桥桩顶分配梁应力最大值为84.4MPa，其受力满足要求。2）通航孔分配梁计算通航孔总长为15m，上部结构自重为：方木桥面板自重：贝雷片自重：单根分配梁自重：钢轨自重：因此，上部结构在单个分配梁上的集中

23、反力为：(1) 混凝土搅拌运输车在通航孔上行驶时，其工况小于50t履带吊机作用时工况，在此不再叙述。(2) 50t履带吊机布置于三片贝雷片顶时，其偏吊单侧最大荷载为544kN，履带吊机纵桥向按下图布置，纵桥向履带吊机分配至一侧桩顶的反力为：图21 履带吊机纵桥向布置图三片贝雷片中的两侧贝雷片荷载分配系数为0.315，中间贝雷片荷载分配系数为0.37， 则50t履带吊于图中位置时，桩顶分配梁受力简图如图22所示，分配梁应力图如图23所示，最大应力为60.1MPa。图22 履带吊机作用于桩顶时受力简图图23 履带吊机作用于桩顶时应力图(3) 龙门吊机作用于通航孔栈桥上时，当吊点及吊装杆件沿龙门吊机

24、跨度中线布置时，其单支点最大反力为295kN，其纵桥向布置按分配梁受力最不利进行计算，如下图所示。图24 龙门吊机纵桥向布置图通过计算得，栈桥分配梁一侧最大支反力为:三片贝雷片受力分别为：178.3kN、209.4kN、178.3kN。将其加载至贝雷片对应的分配梁处，求解分配梁受力。分配梁受力简图如下所示：图25 龙门吊机作用于桩顶时受力简图经计算，此工况荷载作用下，其最大应力为69.3MPa，分配梁应力图如下图所示。图26 履带吊机作用于桩顶时应力图综上所述，通航孔栈桥桩顶分配梁应力最大值为69.3MPa，其受力满足要求。4.4.2钢管桩受力计算1）非通航孔栈桥钢管桩受力计算非通航孔栈桥的上

25、部结构自重为： (1) 混凝土搅拌运输车行驶至4m跨径的桩顶时，钢管桩最大受力为14t，三桩分配系数分别为：0.364、0.38、0.256。故非通航孔单桩最大轴力为。(2) 50t履带吊机在非通航孔上吊装作业时，两履带荷载分别为54.4t和9.6t(见上述主桁计算)，当作用于4m跨桩顶时，桩顶所受荷载为38.6t和6.8t，通过计算分析，单根钢管桩轴向力最大值为343.1kN，如下图所示：图27 履带吊机作用于非通航孔时桩顶反力(3) 龙门吊机作用于非通航孔时，单轮组最大集中反力为，在龙门吊机与自重作用下，单根钢管桩轴向力最大值为255.4kN，如下图所示：图28 龙门吊机作用于非通航孔时桩

26、顶反力综上所述，非通航孔钢管桩最大轴向力为343.1kN，可以此对钢管桩进行设计。2）通航孔栈桥钢管桩受力计算通航孔栈桥的上部结构自重为：(1) 混凝土搅拌运输车与履带吊机或龙门吊机相比，其对钢管桩的荷载较小，在此不进行计算。(2) 50t履带吊机在通航孔上吊装作业时，双排桩所受轴力为54.4t和9.6t(见上述主桁计算)，其布置图如图21所示，靠履带吊一侧栈桥钢管桩所受竖向荷载为506.6kN和89.4kN。通过计算分析，在履带吊与栈桥自重作用下，单根钢管桩轴向力最大值为405.5kN，如下图所示。图29 履带吊机作用于通航孔时桩顶反力(单位：kN)(3) 龙门吊机吊装作业时，其布置于图24

27、时，钢管桩轴力值最大。此时，在龙门吊机与栈桥自重作用下，单根钢管桩轴向力最大值为360.3kN，如下图所示。图30 龙门吊机作用于通航孔时桩顶反力综上所述，通航孔处钢管桩竖向轴力最大值为405.5kN，可以此进行钢管桩设计。3）栈桥钢管桩自身受力计算本栈桥采用600×12mm钢管桩，钢管桩地面线以上最大长度为6.8m，其锚固点按距地面线4倍钢管直径确定，冲刷暂按3.0m计，故钢管桩的自由长度为：钢管桩在上部结构自重及活载作用下，其单根竖向最大反力为405.5kN，因龙门吊机水平力引起的单根桩的水平反力为7.5kN；龙门吊机和履带吊机的制动力按自重的10%计，其单根桩分别为19.4kN和13.6kN。钢管桩应力为：钢管桩受力满足要求。4.4.3 单桩承载力计算非通航孔栈桥，钢管桩均采用600×12单排桩，通航孔处钢管桩采用600×14双排钢管桩，600×12最大轴力为343.1kN，600×14钢管桩最大轴力为405.5kN。栈桥通长共计60排桩，每排桩6根，取具有代表性的钢管桩进行验算。下表为桥址土层参数表。 土层参数表 表3地层岩性层厚(m)层顶标高(m)极限侧摩阻力标准值极限端阻力标准值钻孔桩(kPa)钻孔桩(kPa)