钢栈桥设计计算书

1、栈桥设计计算书栈桥设计计算书目 录一、工程概述一、工程概述.1二、设计依据二、设计依据.12.1 设计规范.12.2 地质条件 .12.3 风速 .12.4 流速 .12.5 水位 .1三、结构布置及材料特性三、结构布置及材料特性.23.1 结构布置图 .23.2 材料特性 .33.3 嵌固点计算 .3四、荷载分析四、荷载分析.34.1 结构自重 .34.2 施工荷载 .34.3 履带吊荷载 .34.4 车辆荷载 .44.5 水流力 .44.6 风荷载 .5五、结构受力计算五、结构受力计算.55.1 工况分析荷载组合.55.2 栈桥平台上部结构受力分析 .65.3 栈桥下部结构受力分析 .11

2、六、钢管桩承载能力计算六、钢管桩承载能力计算.15七、陆上栈桥扩大基础计算七、陆上栈桥扩大基础计算.15八、稳定性验算八、稳定性验算.15 1一、工程概述一、工程概述主栈桥上部采用型钢结构，从上至下依次为：10mm 厚花纹钢面板，纵向分配梁采用工 12，间距 250mm；横向分配梁采用 225a，间距 750mm；主纵梁选用 321 型三组合单层贝雷片，主横梁选用 2H600200 型钢，下部结构采用钢管排架，钢管桩型号为 60010mm，横向设 225a 平联和斜撑。本栈桥设计使用年限为 4 年。二、设计依据二、设计依据2.1 设计规范设计规范1、 钢结构设计标准 （GB50017-2017

3、）2、 港口工程荷载规范 （JTS 144-1-2010）3、 港口工程桩基规范 （JTS 167-4-2012）4、 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ D63-2007）5、 港口与航道水文规范 （JTS 1452015）6、 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2015）7、 建筑结构可靠性设计统一标准 （GB50068-2018）2.2 地质条件地质条件南侧有覆盖层较厚的中砂层和卵石层，北侧中砂层覆盖较浅，部分桥位为裸岩地质。表 1 栈桥地质条件地层代号岩土名称层厚（m）层底标高（m）桩极限摩阻力qfi （kPa）极限端承力qR（kPa）4-2-1中砂/45/4-2卵石/220/

4、6-2-1砂土状强风化花岗岩/80/2.3 风速风速设计风速：17.5m/s（8 级）极端风速：38.5m/s2.4 流速流速设计流速：V=1.64m/s泄洪流速：V=2.15m/s2.5 水位水位 2设计高水位：+11.63m（防洪标准为 10 年一遇洪水）设计低水位：+1.929m三、结构布置及材料特性三、结构布置及材料特性3.1 结构布置图结构布置图栈桥标准跨立面、平面图栈桥断面 33.2 材料特性材料特性表 2 主要材料特性表名 称A(cm2)W(cm3)I(cm4)备注2H600200263.45037.115111460010185.42689.280675426679.17819

5、.7217460.14225a68.9528.86610I1218.177.464883.3 嵌固点计算嵌固点计算60010mm 钢管桩桩的嵌固点计算公式： （见桩基规范 附录 C）50mbEIT 土层为中砂层。式中：m 取 10000kN/m4； b0=2d，其中 d 为桩径 d=0.6m，b0=1.2m； E=2.06108 kN/m2 852.06 100.00080681.710000 1.2Tm嵌固点深度：2.02.0 1.73.4mZTm四、荷载分析四、荷载分析4.1 结构自重结构自重按各构件实际重量计，g=9.8m/s。4.2 施工荷载施工荷载除其他施工荷载外所有区域：2kN/m

6、2 (人群荷载)。4.3 履带吊荷载履带吊荷载100t 履带吊在栈桥上行走，自重 1000kN，履带宽 95cm，长 685cm，中心间距540cm，考虑 1.2 倍动载系数。 44.4 车辆荷载车辆荷载罐车在主栈桥上行走，满载 400kN，空载 120kN，罐车前轮着地面积为2030cm，后轮着地面积为 2060cm；考虑满载罐车与空载罐车错车工况，考虑 1.2动载系数。17.5m 平板车载重在主栈桥上行走，最大总重量 700kN轴距：3.1m+1.3m+11.65m+1.3m+1.3m前、后轴压力 140kN。前、后轮着地面积 0.5m0.2m。4.5 水流力水流力水流力按港口工程荷载规范

7、计算2/2wwFCv A600 钢管桩水流力标准值： 5栈桥顺流向钢管间距 2.15m，考虑遮流效应，L/D=3.58，遮流系数取 0.612/2wwFCv A20.73 1 2.150.6 13=13.2kN2 后排桩的水流力标准值13.2 0.61=8.1kNwF作用点位于水面以下 4.3m。4.6 风荷载风荷载根据港口工程荷载规范 （JTS 144-1-2010）11.0.1 节规定计算0kszww 钢管桩，风压体型系数：；8 . 0s设计风速基本风压=21600=3921600= 0.95地面粗糙度为 A 类，离水面高度最大约 15m，风压高度变化系数：1.52z贝雷梁的挡风系数为0.

8、3nAA单榀贝雷梁的体型系数为0.3 1.30.39sts，0.9 1.50.6b h 0.66栈桥 9 排贝雷梁体形系数为：911 0.660.391.1211 0.66nstwst五、结构受力计算五、结构受力计算5.1 工况分析荷载组合工况分析荷载组合工况荷载工况一（空载渡洪）自重+水流力工况二（正常工作期）自重+车辆荷载+人群荷载+水流力+风荷载考虑自重、车辆荷载、人群荷载、水流力、风荷载。各工况荷载组合如下：工况一：空载渡洪 6荷载组合：1.3+1.5+1.5工况二：正常工作期（履带吊作业时砼罐车不应载重通过）荷载组合：1.3+1.5+1.5+1.5+1.55.2 栈桥平台上部结构受力

9、分析栈桥平台上部结构受力分析栈桥平台上部结构相同，从上至下依次为 10mm 厚花纹钢板、纵向分配梁 I12 间距 25cm、横向分配梁 I32a 间距 75cm，主纵梁双组合 321 贝雷片。表 3 栈桥上部结构最大应力汇总构件名称及规格构件名称及规格受力最大工受力最大工况况组合应力组合应力（MPaMPa）容许值容许值（MPaMPa）剪应力剪应力（MPaMPa）容许值容许值（MPaMPa）备注备注10mm 钢面板50t 罐车105215-满足要求I12 分配粱50t 罐车13921537.3125满足要求225a 横向分配粱50t 罐车50.921522.6125满足要求321 贝雷片100t

10、 履带吊2572.82837.5kNm857.5kN980.8kN满足要求5.2.1 钢面板钢面板钢板厚度为 10mm，纵向分配梁间距为 25cm。(1) 50t 混凝土车作用801.4 1.2224kN/ m0.6q 2224 0.25M=1.75KN.m862M1.75 10=105MPa215MPaW1000 10 /6f满足要求(2)平板车最大载重作用701.4 1.2196kN/ m0.6q 2196 0.25M=1.53KN.m862M1.53 10=91.8MPa215MPaW1000 10 /6f 7满足要求(3)100t 履带吊车作用3221000 101.4 1.2250

11、/8M6850 2=57.5MPa215MPaW1000 10 /6f钢面板满足要求。5.2.2 I12 纵向分配梁纵向分配梁I12 分配梁间距 25cm，跨度 75cm。(1)50t 混凝土车作用最大荷载为罐车后轮作用区，后轮轴重 160kN，按简支梁进行计算，考虑三根型钢受力。160/ 21.4 1.2672kN/ m0.2q max672 0.6 0.620.6M=2=32.3kN m80.62maxM32.3 1000=139MPaW3 77.46maxV=1.4 1.2 40=67.2kN3maxmax67.2 1037.3MPa125MPa3 120 5vVSfIt(2)平板车最大

12、载重作用，考虑三根型钢受力140/ 21.4 1.2588kN/ m0.2q max588 0.5 0.620.5M=2=27.2kN m80.62maxM27.2 1000=171MPa215MPaW3 77.46fmaxV=1.4 1.2 35=58.8kN3maxmax58.8 1032.7MPa125MPa3 120 5vVSfItI14 分配梁强度满足要求。(3) 100t 履带吊车作用履带吊行走方向平行于工 12，工 12 间距 25cm，跨度 75cm，按简支梁进行计算， 8考虑四根型钢受力1000/ 21.4 1.2122.6kN/ m6.85q 22max122.6 0.75

13、M2.2kN m84 8ql3maxmax2.2 1028.4MPa215MPa77.46MfWmaxV0.50.5 122.6 0.75/411.5kNql3maxmax11.5 1019.2MPa125MPa120 5vVSfIt5.2.3 225a 横向分配梁横向分配梁225a 分配梁间距 75cm，最大跨度 110cm。(1)50t 混凝土车作用最大荷载为罐车后轮作用区，后轮轴重 160kN，160/ 21.4 1.2224kN/ m0.6q 荷载作用于跨中：max224 0.6 1.10.6M=2=26.9kN m81.1maxM26.9 1000=50.9MPaW528.8荷载作用

14、于支点：maxV=1.2 1.4 80=134.4kN3maxmax134.4 1022.6MPa125MPa425.7 14vVSfIt(2)平板车最大载重作用140/ 21.4 1.2196kN/ m0.6q 荷载作用于跨中： max196 0.5 1.10.5M=2=20.8kN m81.1maxM20.8 1000=39.3MPa215MPaW528.8f荷载作用于支点：maxV=1.2 1.4 70=117.6kN 93maxmax117.6 1019.7MPa125MPa425.7 14vVSfIt(3) 100t 履带吊车作用履带吊垂直 225a 长度方向行走，225a 间距 7

15、5cm，最大跨度 110cm，履带长度6850cm，考虑 9 根型钢受力。10001.4 1.298.3kN/ m9 2 0.95q 2max98.3 0.95 1.198.3 0.95M=1.2 1.4=24.5kN m48maxM24.5 1000=46.3MPaW528.8maxV98.3 0.9593.4kNql3maxmax93.4 1015.7MPa125MPa425.7 14vVSfIt225a 分配梁满足要求。5.2.4 321 贝雷片纵梁贝雷片纵梁贝雷片最大跨径 12m，按照 12m 简支梁计算。(1) 混凝土罐车作用罐车对贝雷片最不利工况为第一个罐车后轮位于跨中，第二个罐车

16、头部与其相接，单边后轮重 F1=80kN，前轮重 F2=30kN，考虑 2 片贝雷片受力。贝雷片弯矩，最大 365kNm 10贝雷片剪力，最大 114.2kN贝雷片弯矩 M=365kNmM=788.2kNm,贝雷片剪力 114.2kNV=245kN。贝雷片变形形状，最大 6mm(2)平板车对贝雷片最不利工况为后轴所有车轮位于跨中，后轮重F=1403=420kN，考虑 2 片贝雷片受力。最大弯矩max4201.22.6 122.62.6M=2=1348.2m812KN贝雷片弯矩 M=1348.2kNmM=1576.4kNm，贝雷片剪力 105kNV=245kN。(3)100t 履带吊吊装100t

17、 履带吊自重 1000kN，于 12m 跨中弯矩最大，考虑 4 片贝雷片受力1000 1.2175.2kN/ m6.85q 1120max02qM=q/822175.2 6.85175.2 6.856=2572.8kN mM=2837.5kN m28lll 最大剪力max6.85/ 2=1.2 10001KN=857.5KN = 243.5kN.m基础结构受力满足要求。（3）条形基础抗剪计算单个基础横桥向布置，长 8m，宽 1.5m，厚 0.5m。钢管桩承受最大竖向荷载为699.8kN，则，满足要求。3699.8100.47a1.5MPa1.5 0.5 2VMP八、稳定性验算八、稳定性验算取栈桥下部结构计算整体稳定性，不考虑上部结构对桩基的约束作用，取自重为常量，其余荷载为变量，进行屈曲分析。计算结果见下图，临界荷载系数为 5。 17下图为轴力的相对分布图，钢管立柱轴向压应力取 48.4M