青岛某栈桥结构验算书

栈桥验算书一、适用范围及验算说明：本验算书适用于某大桥土建工程第8合同段栈桥。依据《某大桥栈-I施工图》、实地施工情况和现场拥有的材料，并考虑到施工进度和减轻桥面系自重，对原栈桥局部进行了优化。原栈桥结构为：横向分配梁I25a工字钢，间距为1.5m。纵向分配梁I12.6a工字钢，间距为0.35m。桥面为12mm厚的钢板。钢管桩为φ600mm×12mm×6。现变更为分配横梁I22a的工字钢，间距为0.75m。横断面布置36根槽钢，卧放（纵向分配梁I12.6a工字钢取消）。制动墩采用钢管桩φ630mm×10mm×6，中间墩采用钢管桩φ800mm×10mm×3。二、设计依据1、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)2、《公路工程技术标准》JTGB01－20033、《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）4、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)5、《某大桥栈-I施工图》三、主要参考资料1、《钢结构设计手册》第三版2、《路桥施工计算手册》3、《建筑结构静力计算手册》2004版四、主要技术标准设计荷载：履带吊-100、挂车-120基本可变荷载：履带吊－100、混凝土运输车－40、挂车-120其他可变荷载：①风力：6级风力，设计速度取Vd＝13.8m/s；20年一遇风速为33.5m/s；②波浪力：20年一遇，波浪力为20kN；③冰压力：20年一遇，冰压力为190.9kN；④汽车制动力：按《公路桥涵设计通用规范》采用；⑤温度作用：考虑整体升温32℃，降温35℃。五、地质情况水深3.5m左右，桥位区地质分布为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土、泥岩，其中淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土厚度为3m～6m，下层分布泥岩，较密实。六、主要结构形式支撑桩：制动墩采用φ630mm×10mm×6钢管，中间墩采用φ800mm×10mm×3钢管，跨径为15m桩顶横梁：2I36a上部分配横梁：I22a桥面板：[22a卧放。七、结构验算1、计算荷载=1\*GB2⑴竖向荷载：挂车-120重为120t；履带吊-100重为100t。⑵、水平荷载A、风载：式中：Fwh：横向风荷载标准值（KN）；Wd：设计基准风压（KN/m2），公式为；Awh：横向迎风面积（m2），此处取Awh＝39m2；Vd：设计高度Z的风速（m/s），此处取Vd＝13.8m/s；Z：距水面的高度（m），此处Z＝3.8m；γ：空气重力密度（KN/m3），；k0：设计风速重现期换算系数，此处取k0＝0.9；k1：风载阻力系数，此处取k0＝0.9；k3：地形、地理条件系数，此处取k3＝1.00；g：重力加速度，g＝10m/s2。B、波浪力：F波＝20KNC、冰压力：F冰＝190.9KND、汽车制动力：根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)查得，汽车制动力为汽车荷载重力的10％，但栈桥设计时速为15km/h，此处取水平制动力为120KN。2、桥面系验算桥面槽钢受力验算：（据《公路工程技术标准》JTGB01-2003）挂车-120车重为1200KN，车轴数为4个，每个车轴有4组车轮组，每组车轮组的受力为1200KN/16=75KN,车轮横向间距为0.9m×0.9m×0.9m，车轮与桥面的接触面积为0.5m×0.2m。（履带吊-100施加于桥面的为面荷载，结构受力更趋于安全，因此在此对履带吊-100不予计算），接触面应为三根22a的槽钢。按简支梁和25KN均布荷载进行计算，接触面长为0.2m，计算跨径为0.75m。[22a的截面特性为Iy=158cm4Wy=28.2cm3A=31.8cm2Eg=2.1×105MPa1）强度计算=1\*GB3①、按简支梁计算，弯矩剪力图如下图所示。=2\*GB3②、a=0.275mc=0.2ml=0.75mqc=25KN根据《建筑结构静力计算手册》剪力：弯矩：（其中）=3\*GB3③、正应力和切应力正应力：δ=M/W=4.1KN·m/28.2cm3=1.45×108N/m2=145N/mm2切应力：τ=Q/A=12.5KN/31.8cm2=3.9N/mm2=4\*GB3④、Q235的容许应力值为：[δ]=175N/mm2[τ]=73N/mm2=5\*GB3⑤、相比较所得结果为：δ=145N/mm2＜[δ]=175N/mm2τ=3.9N/mm2＜[τ]=73N/mm2由计算可知，满足要求。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（8-4γ2+γ3）/384EIγ=c/l=0.2m/0.75m=0.27fmax=25KN×0.753（8-4×0.272+0.273）/（384×2.1×105MPa×158cm4）=6.4×10-4m﹤0.75m/400=1.88×10-3m符合要求。桥面采用Q235[22a的槽钢卧放，桥面组合形式为多个槽钢焊接成一个整体，并且下缘与分配横梁的接触面焊接，这样结构受力更趋于安全。(2)、桥面分配横梁受力检算：挂车-120车重为1200KN，车轴数为4个，每个车轴有4组车轮组，每个车轮组的受力为1200KN/16=75KN,车轮横向间距为0.9m×0.9m×0.9m，车轮与桥面的接触面积为0.5m×0.2m。分配横梁在贝雷架上最大间距为1.3m，考虑最不利位置受力，按简支梁和75KN集中荷载进行计算，简支梁长为1.3m。I22a的截面特性为Ix=3400cm4，Wx=309cm3,A=42cm21)、强度计算=1\*GB3①按简支梁计算，剪力图、弯矩图如下：根据《建筑结构静力计算手册》=2\*GB3②、剪力：Q=F/2=3.75×104N弯矩：Mmax=PL/4=7.5×104N×1.3m/4=2.4×104N·m=3\*GB3③、正应力和切应力正应力：δ=Mmax/Wx=2.4×104N·m/309cm3=7.8×107N/m2=78N/mm2切应力：τ=Q/A=3.75×104N/42cm2=8.9×106N/m2=8.9N/mm2=4\*GB3④、Q235的容许应力值为：[δ]=175N/mm2[τ]=73N/mm2相比较所得结果为：δ=78N/mm2﹤[δ]=175N/mm2τ=8.9N/mm2﹤[τ]=73N/mm22）刚度验算根据《建筑结构静力计算手册》挠度：wmax=Fl3/48EI=37.5KN×1.33/（48×2.1×105MPa×3400cm4）=2.4×10-4m﹤1.3m/400=3.25×10-3m结构刚度与强度均满足要求。3、钢管桩承载力计算3.1单桩最大需承力钢管桩最大需承力出现在车辆行驶在桩顶且偏心作用时，根据分析可知，挂-120作用时桩顶最大作用力为842.94kN，履-50作用时桩顶最大作用力为634.56kN。根据等截面替换原则钢管桩φ630mm×10mm×6，A=1168.67cm2，大于钢管桩φ800mm×10mm×3，A=744.56cm2。下面重点计算φ800mm×10mm×3钢管桩。由上分析知钢管桩单桩承载力最大值为842.94kN，据此施工中选用DZJ-90A振动锤进行施打钢管桩，DZ-90A振动锤性能参数见下表。表4.1DZ-90A振动锤性能表电机功率(kW)偏心力矩N·m振动频率r/mmin激振力kN机重kg允许拔桩力KN900～754110078087203503.2钢管桩入土深度(考虑冲刷深度3m)根据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：式中：Qd—单桩垂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2.512m；—单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa）；—桩身穿过第i层层土的长度度（m）；—单桩极限桩端阻阻力标准值值（kPa）；A—桩身截面面积，Φ800×10mm钢管桩桩A=248.18cm2；查看地质资料可可得，在1144号墩(RK28+199.70)处的地质质资料最为为不利，该该区域土层层磨阻力如如表4.2：表4.2土层摩摩阻力统计计(XZK1171)序号土层名称承载力（kPaa）桩周摩阻力（kPa）顶面（m）底面高程（m）层厚（m）1淤泥4510-3.40-9.706.302淤泥质亚粘土7020-9.70-15.405.703亚粘土14035-15.40-18.903.504中砂30055-18.90-20.601.705强风化角砾岩450100-20.60-27.607.00由842.94kkN＝1/1..45×【2.5112×（10×6..3+200×5.77+35××3.5+55××1.7+100×LLx）】（淤淤泥层考虑虑3m深的冲冲刷深度，施施工中对相相应施工区区域进行施施工监测，当当河床冲刷刷深度大于于2m时，须须对桩基础础进行防护护，防止冲冲刷继续。）计算得：Lx==0.966m，桩底如如强风化角角砾岩层1.0m。则[P]=1//1.455×【2.5112×（10×6..3+200×5.77+35××3.5++55×11.7+1100×11）+450×248.18×100-4】＝861.778kN≥842..94kNN。据此知钢管桩需需打入强风风化角砾岩岩层1m，桩底标标高为-21.60，取-22.0m。钢钢管桩的入入土深度为为河床面以以下18.6m，单根钢钢管桩总长长28m。4钢管桩稳定性计计算河床面高程为--3.4m，按3m冲刷深深度考虑，则则可假定钢钢管桩悬臂臂固结点在在-6.4m处，桩顶顶标高取+4.3033m，钢管悬悬臂长度为为10.703m。4.1单根钢管管桩流水压压力计算单根桩流水压力力计算：Fw=kkAγv2/((2g)式中：Fw―――流水压力力标准值（kN）；k――形状系数（钢管管取0.8）；A――阻水面积（m22），计算算至一般冲冲刷线处；；γ――水的重力力密度（kN/mm3）；v――设计流速（1..53m//s）；g――重力加速度（99.81mm/s2）。Fw=kAγvv2/(22g)＝0.8×（0.6××11.224）×10××1.5332÷2÷÷9.811＝6.4kN4.2单根钢管管桩风力计计算4.2.1横桥向向风压计算算根据《公路桥涵涵设计通用用规范》(JTJJ-021189)第2.3..8条计算算横桥向风风压：W=K1K2KK3K4W0（Pa）式中：W0———基本风压压值（Pa），550Pa；K1——设计风速频率换换算系数，取1.0；K2——风载体形系数，钢钢管桩取0.8；K3——风压高度变化系系数，1.08；K4——地形、地理条件件系数，查查表2.33.8——3知，取K4＝1.4；；迎风面积：；横桥向风载：；；4.2.2纵桥桥向风压计计算纵桥向风压按横横桥向风压压的70%计算。纵桥向风载：4.3波浪力波浪力为Pmaax＝20kN。4.4利用SAAP20000建立有限限元模型图4.4.1计算模模型（单位位：kN）图4.4.2变形形图（fmax=0.02244m）图4.4.33轴向力（Nmax=9985.556kN）图4.4.2剪力图图（Qmax=449.844kN）图4.4.3弯矩图（MMmax=1180.117kN..m）4.5使用阶段段钢管桩强强度验算经上述建模分析析知，钢管管桩在冲刷刷后泥面处处最大弯矩矩M=1880.177kN.mm，最大水水平力为34.995kN，最大剪剪力为49.884kN、轴力为985..56kNN。下面利用《港口口工程桩基基规范》中中介绍的m法计算钢钢管桩在泥泥面以下的的变形及弯弯矩：式中：——桩身身在泥面及及泥面以下下的变形（m）；——作用在泥面处的的水平荷载载（kN），34.995kNN；——桩的相对刚度系系数（m）；——桩材料的弹性模模量（），钢管为2.066×1088；——桩截面的惯性矩矩（m4），Φ800×100mm钢管为为1.9×110-3m4；——分别为变形和弯弯矩的无量量纲系数按按，表C.2..2查得；——作用在泥面处的的弯矩（），180..17；——桩侧地基土的水水平抗力系系数随深度度增长的比比例系数（），取4200；——桩的换算宽度，取2d（d为桩受力面的桩宽或桩径）（m），=1.6m；——桩身最大弯矩距距泥面深度度（m）；——换算深度（m）,根据按表C.2.2查得得0.69；——桩身最大弯矩（m）；无量纲系数，根根据按表C.2..2中查得（m）。Φ800×10mmm钢管桩Wx=96682.3348cmm3，A=248.18cm2。根据上述计算，钢钢管桩在压压弯共同作作用下，最最大应力为为：，满足要求；钢管桩挠度，满满足要求。4.6使用阶段段钢管桩间间剪刀撑和和平撑强度度验算钢管桩间剪刀撑撑和平撑均均设计为[20a，经经上述建模模分析知，[20a各杆杆件中最不不利杆件为为