钢便桥计算书

1、钢便桥设计与验算1、项目概况钢便桥拟采用18+36+21m 全长共 75m钢便桥采用下承式结构，车道净宽4.0m ，主梁采用贝雷架双排双层，横梁为标准件 16Mn 材质 I28a, 桥面采用定型桥面板，下部结构为钢管桩（529 ）群桩基础。2、遵循的技术标准及规范2.1 遵循的技术规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004 ）公路桥梁施工技术规范（JTG F50-2001 ）钢结构设计规范（ GB S0017-2003 ）装配式公路钢桥使用手册路桥施工计算手册2.2 技术标准车辆荷载根据工程需要，该钢便桥只需通过混凝土罐车。目前市场上上最大罐车为316m 。空车重为16.6T 混凝土重

2、 16*2.4=38.4T。总重 =16.6+38.4=55.0T。316m 罐车车辆轴重便桥断面钢便桥限制速度5km/h3、主要材料及技术参数材料弹模屈服极容许弯曲拉提高后容许弯容许剪应提高后容许参考(MP)限(MP)应力 (MP)曲应力 (MP)力 (MP)剪应力 (MP)资料设计Q2352.1E+5235145188.585110.5规范设计Q3452.1E+5345210273120156规范贝雷架2.1E+5345240-245N/ 肢-根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86 ，临时性结构容许应力按提高 30-40% 后使用，本表提高1.3 计。4、设计计算（中跨桁架）

3、4.1 计算简图按照钢便桥两端跨度需有较大纵横坡的实际需要， 故每跨断开，只能作为简支架计算，不能作为连续梁来计算。中跨计算简图36.0m 简支梁边跨计算简图21.0m简支梁4.2 荷载恒载中跨上部结构采用装配式公路钢桥贝雷双排双层。横梁为I28a 。43.47kg/m 。单根重5*43.47=217.4kg=2.17KN；纵梁和桥面采用标准面板：宽2.0m ，长 6.0m ，重 1.8T 。恒载计算列表如下：序号构件名称单件重（ KN ）每节（ KN）纵桥向（ KN/m）1贝雷主梁2.721.67.22横梁2.16.32.13桥面板181864销子0.030.720.245花架0.333.9

4、61.326其他0.447合计17.3活载3如上所述采用16M 的罐车，总重55.0T 。因钢便桥净宽4.0M ，罐车通过便桥时要求车辆居中行驶，故不考虑偏载的不利影响。4.3 内力分析与计算显然，最大净宽发生在跨度中最大剪力发生在支座处。恒载内力M 跨中 =（q/8 ）l 2=17.3*36 2/8=2802 KN-mQ 支座 =ql/2=17.3*36/2=311.4 KN支座反力 F 支=Q 支座 =311.4 KN活载内力活载内力分析绘制跨中点弯矩影响线（长度单位 m ）跨中弯矩：M=173.3*9+173.3*9*(18-3.4)/18+30*9*(18-3.4-1.85)/18+1

5、73.3*9*(18-1.35)/18=1559.7+1265.1+191.2+1442.7=4458.7KN·m支点剪力（长度单位m）Q=173.3+173.3*(36-1.35)/36+173.3*(36-1.35-3.4)/36+30*(36-1.35-3.4 -1.85)/36=173.3+166.8+150.4+24.5=515 KN活载冲击系数1+u查公路桥涵设计通用规范 （ 5TG D60-2004 ）补充说明选用简支梁的基数 f 1 = /2l 2E Ic / m c式中： I C- 结构跨中的截面惯矩I c=2148588 cm4=0.02149m 4E-结构材料的

6、弹性模数E=2.1*10 6kg/cm2 =2.1*1011N/m 222mc - 结构跨中处延米结构重力mc=17.3KN=1730kg/mc =1730NS/mL-结构的计算跨径 l=36.0m将上述数据代入式中：f 1=3.1416/ （ 2*36 2 ）2.1* 10 11 * 0.02149 /1730 =3.1416*1615/（ 2*36 2 ）=1.957HZ根据（ JTG D60-2004 ）第当 1.5HZ < 1.957 < 14HZ时：u=0.1767lnf-0.0157=0.1186-0.0157=0.10290.1034.4 荷载组合跨中弯矩： M=M

7、恒 +（1+u） M 活4.5 强度验算查装配式公路钢便桥使用手册表5-6双排双层 M=2*3265.4=6530.8 KN-m < 7719.9 KN-m（不安全）选用加强的双排双层M=2*6750=13500 KN-m >> 7719.9 KN-mQ=2*490.5=918 KN > 879.4 KN推论：虽然加强的双排层比不加强的双排层的恒载跨中弯矩弯曲的支点剪力均匀略有增加。但 M 和 Q 均比实际产生的有较大的富余，故选用加强的双排层应该是安全的。补充计算如下：加强杆增加的弯矩和剪力计算加强杆 - 根约 80kg ；每节需增加8 根，则每 m 增加重量q=8*

8、80/3=213.3kg/m增加的弯矩M= q/8*l2=2.133*362 /8=345.5 KN·m增加的剪力Q= q/2*l=2.133*36/2=38.4 KN最终强度计算M=13500 KN ·m > （7719.9+345.5 ）=8065 KN · mQ=918 KN > (841.1+38.4)=879.5 KN结论：通过上述演算，可见采用加强的双排双层贝雷横梁，其强度即可满足3工程实施（便桥能通过16m 混凝土罐车）的安全需求。5、横梁设计及验算横梁拟采用 16Mn I28a每节桁架（3.0m ）配置3 根横梁。查表的 I=7115c

9、m 4；Wx=508.2cm 3；43.47kg/m ；S=292.7cm 35.1 横梁计算简图如右下图所示（长度单位m）：混凝土罐车过桥时，令其缓慢居中行驶，故不考虑活载的偏载影响。5.2 荷载横梁上的恒载面板及横梁： 2*6m 重 1.8Tq1=18/2/6*1.5=2.25 KN/m横梁自重q2=43.47kg/m=0.435 KN/m总恒载 q=q 1+q 2=2.25+0.435=2.685KN/m恒载最大弯矩M 恒 =q*l 22 =6.796 KN-m恒载支剪力 Q 恒横梁上的活载最大罐车的后轴重为17.33T=173.3 KN活载的支点反力（剪力）RA=R B =173.3/

10、2=86.65 KN活载的最大弯矩MC=M O· m5.3 活载冲击系数1+u计算的方法同前，计算简支梁的基频f 1=/2l 2 E.Ic / m=3.1416/ （2*4.5 2 ）* 2.1*10 11 * 7.115* 10 5 /43.5 =3.1416*0.058*104/ （ 2*45 2 ）=44.99 HZ查表得： u=0.45 ；1+u=1.455.4 横梁上的内力组合跨中弯矩 MMAX =6.8+1.45*117=176.45 KN· m支点剪力 QMAX5.5 横梁应力验算弯曲应力4/508.2=3472 kg/cm2> 2730kg/cm2可见

11、，横梁的弯曲应力已远超材料的容许值1.3*2100=2730 kg/m2 是不安全的。故不得不另选工字钢规格。5.6 横梁更改的应力验算现将横梁改选为 I32a I=11080cm 4；WX=692.5cm 3 ； S=400.5cm 3 弯曲应力 =176.45*10 4/692.5=2548 kg/cm 2剪应力 =Q*S/I*b式中： Q- 截面的剪力Q=131.68 KNS-截面的净面矩S=400.5 cm 2I- 截面的惯性矩I=11080 cm 4b- 截面的腹板厚度b=0.95 cm代入得：剪应力 =131.68*10 2*400.5/11080*0.95=501 kg/cm2

12、< Q=1200 kg/cm2结论：通过上述演算可知，横梁必须改用16Mn材质I32a（或以上的规格），其强度才能满足安全的要求，否则将不安全。6、设计计算（边跨桁梁）6.1 计算简图6.2荷载恒载边跨上部结构拟采用加强单层双排贝雷桁架。横梁为I32a 52.69 kg/m，单根重 5*52.69=263.5kg=2.63KN。纵梁和桥面采用标准桥面板：宽 2.0m ，长 6.0m ，重 1.8T恒载计算列表如下：序号构件名称单件重（ KN ）每节重（ KN）纵桥向（ KN/m）1贝雷主梁2.710.83.62加强杆0.83.21.073横梁2.637.92.634前面板18186.05

13、销子0.030.360.126花架0.331.980.667其他0.22合计14.3活载与计算中跨时相同6.3 内力分析与计算最大弯矩发生在跨中最大剪力发生在支座附近。恒载内力：M 跨中 =14.3*21 2 /8=788.3 KN ·mQ 支座 14.3*21/2=150.2 KN支座反力 F 支=Q 支座 =150.2 KN活载内力活载内力计算M 影响线（长度单位 m）跨中弯矩（10.5-3.4） （10.5-1.35）/10.5+30*5.25*（10.5-3.4-1.85）/10.5=909.8+615.2+792.8+78.75=2396.6KN-m支点剪力（长度单位m）Q

14、=173.3+173.3*（ 21.0-1.35） /21+173.3*（ 21-1.35-3.4） /21+30*（ 21-1.35-3.4-1.85 ）/21=173.3+162.2+134.1+20.6=490.2 KN冲击系数1+u 计算边桁架梁的基频2 E * Ic / m cf= /2 l4式中：I C-结构跨中的截面惯性矩I C =2*1154868cmE-结构材料的弹性模数E=2.1*1011 N/m 2mc- 延米结构重力mc =14.3KN/m=1430N ·S2/m2l- 结构计算跨桁l=21.0m代入公式得：f=3.1416/（ 2*21 2 ）2.1* 10

15、 11 * 0.023097/1430 =3.1416*1841/（ 2*21 2 ）=6.557HZu=0.1767*lnf-0.0157=0.3161+u=1.3166.4 荷载组合跨中弯矩·m支点剪力6.5 最终强度验算加强的双排单层M=2*3375=6750 KN-m > 3942 KN-mQ=2*490.5=981 KN> 795.3 KN结论：边跨采用加强的双排单层贝雷桁架是安全的。7、下部结构验算中间墩采用 529 的钢管群桩基础。桥墩主面和横断面见附图7.1墩顶荷载恒载中跨跨径 l=36.0m中跨延米重 q=（17.3+2.13 ） =19.43 KN/m

16、中跨传给墩的反力F 1=1/2*36*19.43=349.7 KN边跨跨径 L=21.0m边跨延米重q=14.3 KN/m边跨传给墩的反力F2=1/2*21*14.3=150.2 KN上部恒载传给墩的总反力F 恒 =F1 +F2 =349.7+150.2=499.9=500 KN活载支座反力影响线活载反力F 活 =173.3KN+173.3*(21-1.35)/21+173.3*(36-3.4)/36+30*(36-5.4-1.85)/36=173.3+162.2+156.9+25.6=518 KN墩顶荷载组合F=F 恒 +F 活=500+518=1018 KN7.2 墩身荷载桩： 529 1

17、77kg/m=1.77KN/mG 桩 =9*18*1.77=286.7KN桩顶连梁 I32b 57.71kg/m=0.577 KN/mG 连梁 =6*4*0.577=13.8 KN支点梁 I45b 87.45kg/m=6.875 KN/mG 支座梁拉杆，剪刀撑估重2.0T=20 KNG 墩 =286.7+13.8+11.4+20=331.9 KN7.3 荷载组合F=（ 500+331.9 ） +518=1350 KN单桩承载力该桩由 9 根桩组成，考虑到每根桩很难平均受力，故引入偏载系数1.2 ，则每根桩要求承载能力：N=1350/9*1.2=180 KN7.4 钢管桩承载力验算钢便桥水中位于

18、2-2 粉土层中，该土层厚达30m ，地基承载力基本容许值f ac=135kpa ；土层的桩侧土摩擦阻力标准值qik =35kpa 。钢板桩的入土深度按8.0m 考虑。求得单桩承载力：P=1/2U i l i zi =1/2* *0.529*8*35=232 KN7.5 钢管桩承载力验算P=232 KN > N=180 KN结论：钢管桩入土8.0m 就能保证群桩基础安全。8、关于横梁加强的补充计算将 I28a 改为 I32a 的方案，虽然在设计计算中行的通，但经过多方努力，16Mn 材质的 I32a 在市场上很难找到，而且其他配件匹配也有问题，所以只能采取对原横梁加强的方法。先对原横梁在

19、中部3m 范围的底部加焊“T”型钢。其腹板为87*11mm ，翼板为 176*13mm 。T 钢总高 100mm 。I28a ： I=7115cm4F=55.37cm求重心：（14）（）2/ 255.37*101.1*8.7* 10-8.7/ 217*1.3x55.379.5722.1=16.05 16cm18.711.3J7115 55.37* 8239.57 *（23* 17* 8.76）* 1.322.1* （16 -1221222）=16955cm43W16955770.7 cm弯曲应力176.45 * 10 42289kg / cm 2770.72289kg / cm 2 1.3*

20、21002730kg / cm 2剪应力131.86102292.7227115638.2kg / cm 1200kg / cm0.85经验算，加强后的横梁能够满足16m 3罐车安全要求。9、36.0m 钢桁梁刚度验算9.1钢桁梁的刚度是由“扰度”与跨度之比来表达的。对与钢便桥的扰度（容许）尚未在有关的规范中找到参照有关钢结构的资料及临时便桥的工程路点，其容许扰度暂以flL 350 来衡量。9.2 钢便桥的扰度便桥的扰度应由以下扰度构成：自重扰度、贝雷桁架非弹性扰度（即轴间距产生的扰度）和活载扰度。自重扰度若以每根杆件（贝雷架各杆件）的自重构件内力、压缩变形来计算，将是较于繁琐的一项工作，现在

21、简便的计算。q17.32.13319.433 KN m1.95T m19.50 kg cmI245962559192510cm 4E 2.1 10 6 kg cm 2l 3600cm5ql 4519.53600 4f2.1 10 69.129 10 4跨中扰度：384EI384519.51.67910 142.22cm3.842.1 9.1291014贝雷梁非弹性扰度据贝雷桁架扰度计算经验公式当桁架节数是偶数时：fdn2 q式中： d- 常数 对双层桁架 d=01717cmn-节数 此处 n=12f '0.1717 12 2 83.09cm此计算值为新国产贝雷，轴间隙为0.05 。实际

22、间隙为工厂加工精度有关，也与贝雷使用的程度有关。故这里引入1.5 的增大系数f1.53.094.635cm10.2.3活载扰度分别以四个集中荷载（罐车轴重） 求算跨中 c 点的扰度， 最后叠加求出活载扰度。从计算简图中得出跨中扰度f cpb 3l 24b 2b 时当 a48 EI第 1 个集中力：p3.0Tb 18 3.4 1.85 12.75m; a3b 12.7523.25130001275 33600241275 2f c482.110 69.12910631.27510 632.381060.135cm代入得：48 2.1 9.129 1012第 2 个集中力：p17.33T17330kgb 183.4 14.6m; a 36 14.621.4mfc2173301460 33600 2 4 14602482.19.1291012fc217.331.46 10 630.35 10 60.835cm代入得：48 2.1 9.129 1012第 3 个集中力：p17.33T17330kg; ab 18.0mfc3pl 317.331033600 348EI482.110 69.12910 60.879cm第 4 个集中力： p 17330 kg; b 181.3516.65m; a36 16.65 19.35mf