钢便桥计算书

1、精选文档可编辑钢便桥设计与验算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(小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2.2.1 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16m3。空车重为

2、16.6T 混凝土重 16*2.4=38.4T。总重=16.6+38.4=55.0T 。16m 3罐车车辆轴重5T材料Q235Q345贝雷架2.2.2便桥断面n=l一 2.2.3钢便桥限制速度5km/h3、主要材料及技术参数弹模(MP)2.1E+52.1E+52.1E+5屈服极限(MP)235345345容许弯曲拉应力(MP)145210240提高后容许弯曲应力(MP)188.5273容许剪应力(MP)85120245N/ 肢提高后容许剪应力(MP)110.5156资料设计规范设计规范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、.3计。4、设计计算(中跨桁架)4.1 计算简图18n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。4.1.1 中跨计算简图36.0m简支梁36miy4.1.2 边跨计算简图21.0m简支梁4.2 荷载4.2.1 恒载中跨上部结构采用装配式公路钢桥一一贝雷双排双层。横梁为128a43.47kg/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：厅P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2.1

4、6.32.13桥面板181864销子0.030.720.245花架0.333.961.326其他0.447合计17.34.2.2 活载如上所述采用16M3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'36m6N最大剪力发生在支座处4.3.1 恒载内力M 跨中=(q/8 ) 12=17.3*36 2/8=2802 KN-mQ 支座"q1/2=17.3*36/2=311.4 KN支座反力F=Q支座=311.4 KN4.3.2 活载内力4.2.2.1活载内力分析绘制跨中点弯

5、矩影响线(长度单位m)st 17.35T I7.MT 1?-MT跨中弯矩：M=173.3*9+173.3*9*(18-3.4)/18+30*9*(18-3.4-1.85)/18+173.3*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 KN4.3.2.2活载冲击系数1+u查公路桥涵设计通用规范(5TG D60-20

6、04 )补充说明4.3.2选用简支梁的基数f1= V2l2"E?Ic/mc式中：Ic-结构跨中的截面惯矩 Ic=2148588 cm 4=0.02149m 4E-结构材料的弹性模数 E=2.1*10 6kg/cm 2=2.1*10 11N/m 2m c-结 构跨 中 处延米结构重力mc=17.3KN=1730kg/ mc=1730NS 2/m 2L-结构的计算跨径l=36.0m将上述数据代入式中：f1 =3.1416/ (2*36 2) <2.1*1011*0.02149/1730 =3.1416*1615/(2*36 2)=1.957HZ根据(JTG D60-2004 )第

7、4.3.2.5当 1.5HZ < 1.957 < 14HZ 时：u=0.1767lnf-0.0157=0.1186-0.0157=0.1029枳.1034.4 荷载组合跨中弯矩：M=M 恒 + (1+u) M 活=2802+1.103*4458.7=7719.9 KN-m4.5 强度验算4.5.1 查装配式公路钢便桥使用手册表 5-6（不安全）双排双层M=2*3265.4=6530.8 KN-m < 7719.9 KN-m4.5.2 选用加强的双排双层M=2*6750=13500 KN-m >> 7719.9 KN-mQ=2*490.5=918 KN > 8

8、79.4 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：4.5.3 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Aq=8*80/3=213.3kg/m增加的弯矩 AM= q/8*l 2=2.133*36 2/8=345.5 KN m增加的剪力 aQ=A q/2*l=2.133*36/2=38.4 KN4.5.4 最终强度计算M=13500 KN m >（7719.9+345.5 ） =8065 KN mQ=918 KN >

9、（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，其强度即可满足工程实施（便桥能通过16m 3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=7115cm 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5.2.1 横梁上的恒载面板及横梁：2*6m重1.8Tqi=18/2/6*1.5=2.25 KN/m横梁自重q2=43.47kg/m

10、=0.435 KN/m总恒载 q=q i+q 2=2.25+0.435=2.685KN/m恒载最大弯矩 M 恒=4*1 2/8=1/8*2.685*4.5 2=6.796 KN-m恒载支剪力 Q 恒=1/2ql=1/2*2.685*4.5=6.041 KN5.2.2 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=Rb=173.3/2=86.65 KN活载的最大弯矩Mc=M 0=86.65*1.35=117 KN 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f1= tt/21 2 "E.Ic/m =3.1416/ (2*4.5

11、2) *2.1*1011 * 7.115*10 5/43.5=3.1416*0.058*10 4/ (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 M max =6.8+1.45*117=176.45 KN m支点剪力 Q max =6.041+1.45*86.65=131.68 KN5.5 横梁应力验算弯曲应力=M/W=1.76.45*104/508.2=3472 kg/cm 2 > 2730kg/cm 2可见，横梁的弯曲应力已远超材料的容许值1.3*2100=2730 kg/m 2是不安全的。故不得不另选工字钢规格。5.

12、6 横梁更改的应力验算现将横梁改选为 132a 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=501kg/cm 2 < Q=1200kg/cm 2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

13、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1 21 付.6.2 荷载6.2.1 恒载边跨上部结构拟采用加强单层双排贝雷桁架。横梁为132a 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:厅P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2.637.92.63418186.05销子0.030.360.126花架0.331.980.667其他0.22_计14.36.2.2 活载与计算

14、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。6.3.1 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 KN6.3.2 活载内力6.3.2.1 活载内力计算M影响线（长度单位m）3T 1 无 33T733 L7.33T跨中弯矩M=173.3*5.25+173.3*5.25*(10.5-3.4 )/10.5+173.3*5.25*(10.5-1.35 )/10.5+30*5.25* (10.5-3.4-1.85 ) /10.5=909.8+615.2+792.8+78.

15、75=2396.6KN-m支点剪力(长度单位m)3T 17.33T17.32T 17,337Q=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 KN6.3.2.2 冲击系数1+u计算边桁架梁的基频f=兀/2 l 2 JE* Ic/mc式中：Ic-结构跨中的截面惯性矩Ic=2*1154868cm 4E-结构材料的弹性模数 E=2.1*10 11 N/m 2mc-延米结构重力 mc=14.3KN/m=1430NS2/m 21-

16、结构计算跨桁l=21.0m代入公式得:f=3.1416/ (2*21 2) 12.1*1011 *0.023097/1430 =3.1416*1841/(2*21 2)=6.557HZu=0.1767*1nf-0.0157=0.3161+u=1.3166.4 荷载组合跨中弯矩M=788.3+1.316*2396.6=3942.2 KN m支点剪力 Q=150.2+1.316*490.2=795.3 KN6.5 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

17、架是安全的。7、下部结构验算中间墩采用小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7.1.1 恒载中跨跨径l=36.0m中跨延米重 q= (17.3+2.13 ) =19.43 KN/m中跨传给墩的反力 F1=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上部包载传给墩的总反力F ®=F1 +F2=349.7+150.2=499.9=500 KN7.1.2 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

18、*(36-3.4)/36 +30*(36-5.4-1.85)/36=173.3+162.2+156.9+25.6=518 KN7.1.3 墩顶荷载组合F=F 恒+F 活=500+518=1018 KN7.2 墩身荷载桩：5299 177kg/m=1.77KN/mG 桩=9*18*1.77=286.7KN桩顶连梁 132b 57.71kg/m=0.577 KN/mG 连梁=6*4*0.577=13.8 KN支点梁 145b 87.45kg/m=6.875 KN/mG 支座梁=2*6.5*0.875=11.4 KN拉杆，剪刀撑估重 2.0T=20 KNG 墩=286.7+13.8+11.4+20=

19、331.9 KN7.3 荷载组合F= (500+331.9 ) +518=1350 KN7.3.1 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2-2粉土层中，该土层厚达30m,地基承载力基本容许值 fac=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 2 加zi=1/2* 兀*0.529*8*35=232 KN7.5 钢管桩承载力验算P=232 KN > N=180 KN结

20、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128a改为132a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132a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：55.37*(14 10) 1.1*8.7*(10-8.7/2) 17*1.32/2x55.37 9.57 22.1=16.05 M6cmo 1 Q87,1 Q13,J 7115 5

21、5.37*82 *8.73 9.57 *( 6)2 *1.33*17 22.1*(16 -)2122122=16955cm 41695522770.7 cm3弯曲应力-4176.45*10770.722289kg/cm2_22289kg / cm 1.3* 2100 2730kg / cm131.86 102 292.77115 0.85剪应力2_2638.2kg / cm 1200kg/cm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

22、桥的工程路点，其容许扰度暂以fL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。9.2.1 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，现在简便的计算。q 17.3 2,133 19.433 KN m 1.95T m 19.50 kg cm4I 2 4596255 9192510cmE 2.1 106 kg cm2l 3600cm4- 45ql 519.53600跨中扰度:384EI3842.1 1069.129104519.5 1,679 1014才 2.22cm3.84

23、2.1 9,129 109.2.2 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：f dn2 q式中：d-常数 对双层桁架d=01717cmn-节数此处n=12f' 0.171 7 1 22 8 3.09cm此计算值为新国产贝雷，轴间隙为0.05。实际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f 1.5 3.09 4.635cm31 T.3Ur10.2.3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_ 2. 2fPb 3l 4b 当 a b 时48 EI第1个集中力：p 3.0

24、Tb 183.4 1.85 12.75m; a 3b 12.75 23.25代入得:fc13000 1275 3 36002 4 1275248 2.1 106 9.1291.275 106 32.38 106_ 1248 2.1 9.129 10第2个集中力：P 17.33T17330kgb 183.4 14.6m;a 36 14.6代入得:1060.135cm21.4mfc2_ 217330 1460 3 3600-24 1460_ 1248 2.1 9.129 101217.33 1.46 106 30.35 10648 2.1 9.129 10120.835cm第3个集中力：P 17.33T17330kg;a b 18.0mfc3Pl348EI3317.33 10360048 2.1 106 9.129 1060.879cm第4个集中力：P 17330kg；b 181.35 16.65m;a 36 16.65 19.35m4 173