桥梁受力计算

2.10.4水中箱梁钢管桩贝雷支架验算钢管桩贝雷支架以新环岛路互通主线道路桥第2联第2跨为例：（1） 荷载及荷载组合情况竖向荷载模板、拱架、支架、脚手架等自重，分项系数：Yi=1.2；新浇混凝土、钢筋混凝土或新砌体等自重，分项系数：Yi=L2；施工人员及施工机具运输或堆放的荷载；，分项系数：Yi=L4振捣混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：Yi=L4；倾倒混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：Yi=L4；其它可能产生的竖向荷载；水平荷载新浇混凝土时对侧面模板产生的压力，分项系数：Yi=L2；倾倒混凝土时产生的水平荷载，分项系数：Yi=L4；振捣混凝土时产生的水平荷载，分项系数：Yi=L4；其它荷载风荷载；流水压力、流水压力或船只、漂浮物撞击力；由于在对支架进行计算时，水平荷载（⑵可不考虑，因此力的组合考虑为⑴+⑶，只有在对高墩或高截面模板进行计算时，荷载⑵才考虑作为控制力计算。（2） 钢管支架受力分析模板自重：1.0KN/m2；施工人员、施工料具运输、堆放荷载：L0KN/m2；振捣砼产生的荷载：2.0KN/m2；倾倒砼产生的冲击荷载：2.0KN/m2。取新环岛路互通主线道路桥第2联第2跨箱梁断面为例，箱梁的截面积As=8.93此箱梁混凝土自重： 单幅每跨混凝土重量为：g=&93x26=232.18KN/m,g=232.18=18.35KN/m2桥面宽度为12.65m,则箱梁混凝土自重产生的荷载为 12.65 ,贝g荷载组合后为：g=1.2x(1.0+18.35)+1.4x(1.0+2.0+2.0)=30.22KN/m2其主桥箱梁断面结构形式及受力分析模式参见图2.10-8。图2.10-8箱梁断面结构形式及受力分析模式①承重结构物受力分析a.分配梁［10型钢受力计算分析分配梁按纵桥向布置，间距暂定为35cm。按多跨连续梁受力考虑，其支点位置为承重梁的位置，计算间距为1.50m,计算底板及腹板位置处的分配梁受力，参见图6-2：模板荷载：g1=0.35x1.0KN/m2=0.35KN/m；施工人员、施工料具运输、堆放荷载：g2=0.35XL0KN/m2=0.35KN/m;振捣砼产生的荷载：g3=0.35X2.°KN/m2=0.7KN/m；倾倒砼产生的冲击荷载：g4=0.35X2.0KN/m2=0.7KN/m；箱梁混凝土自重：g5=J35x18-35K/m2=6-42K/m

则荷载组合后为:g=1.2x(g+g)+1.4x(g+g+g)1 5 2 3 4=1.2x(0.35+6.42)+1.4x(0.35+0.7+0.7)=10.57KN/m利用有限元计算软件，对该多跨连续梁模型进行计算可以得到最大弯矩及支点位置的最大反力。图2.10-9点位置的最大反力。图2.10-9分配梁［10型钢受力分析模式M =2.51KN.m，c="max==63.7Mpa<170Mpamax W39.4X103 " ，最大支反力为N=16.15KN。b.承重梁(工16型钢)受力计算分析承重梁的受力为计算模型中工16钢的支点反力，其受力模型也可以简化为多跨连续梁，计算间距为贝雷梁的间距，其受力模型参见图。P=16.15EN图2.10-10P=16.15EN图2.10-10承重梁工16钢受力分析模式Q=37.95KN，M =11.18KNm，c=M^="一8X106=79.29Mpa<170Mpamax max W 141x103I1127S=80.8cm3，I=1127cm4，b=88mm,—= =13.9cm2=13.9x10-2m，S80.8TmaxQSTmaxQS_37.95x103x80.8x103I艾d 1127x104x6=45.35Mpa<[c]=100Mpa最大支反力为N=62.42KN。c.贝雷梁受力计算分析贝雷梁承受的力为上部全部荷载，为方便计算，取承重梁支点位置处的支反力，作为贝雷梁的计算荷载，现取边跨部位计算，其计算简图参见图6-4。利用SAP2000有限元软件计算得到：M =254.78Mpa，Q=144.34KNN =271.88KN查阅《装配式公路钢桥多用途使用手册》，“321”贝雷桁架容许应力表：双排单层：容许弯矩：Mmax=1576,4KNm容许剪力：Qmax=490.5KN本支架采用三组双排单层贝雷桁架，则：M'=M^=15；.4=788.2KNm>254.78KN.mQ=Qmax=4905=245.25KN>144.34KN皿密 2 2 ，从贝雷桁架纵梁结构受力上看这种跨径满足要求。勺_L顷_L卜：」.司_L削_L山1- 顺 -图2.10-11贝雷梁受力分析模式桩顶横梁受力计算分析桩顶横梁中间部分受力为贝雷梁的支点反力，取半幅箱梁桥作为一个计算单元，箱梁翼缘板处受力单独计算取集中荷载，计算如下。a).箱梁翼缘板处受力为均布荷载计算分配梁顺桥向间距考虑为100cm一道，其受力荷载按均布荷载考虑，为方便计算取100cm宽断面内的荷载作为计算荷载。模板加支架型钢荷载：％=L0°x4.0KN/m2=4.0KN/m；施工人员、施工料具运输、堆放荷载：幺2=L00Xl°KN,m2=L00KN,m；振捣砼产生的荷载：g3=1.00x2・0KN/m2-2.°0KN/m；倾倒砼产生的冲击荷载：g4=1.00x2・°KN/m2=2.00kn/m；箱梁混凝土自重:g5=1.0x16.96KN/m2=18.35KN/m箱梁混凝土自重:则荷载组合后为:g=1.2x(g+g)+1.4x(g+g+g)1 5 2 3 4=1.2x(4.0+18.35)+1.4x(1.0+2.0+2.0)=33.82KN/mI.计算分配梁：利用SAP2000有限元软件模拟分析，其在均布荷载作用下的计算简图参见图6-5。ft1ft!ft1ft1ftT，zn/ J/ Lni_95_i_95_一90_515.)/\.|,95_|23图2.10-12翼缘板处箱梁分配梁受力分析模式计算得到：最大弯矩肱max=ZW,最大剪力乌疽35-03KW2二=2.93x106=17.235cm3综合考虑取工12.6钢做分配梁，考虑［。综合考虑取工12.6钢做分配梁，考虑材料的自重影响计算后得到:Q=^max=2.93x106=37.9Mpa<170MpaW77.4x103 ，最大支点反力为N=3503KNII.计算承重梁承重梁的受力为计算模型中工12.6钢的支点反力，其受力模型也可以简化为多跨连续梁，计算间距为支撑钢管桩之间的间距，其受力模型参见图6-6。图2.10-13图2.10-13翼缘板处箱梁承重梁受力分析模式计算得到.最大弯矩Mmax=204.71KN.m，最大支点反力N=218.84KN204.71x10204.71x106170=1204.2cm3综合考虑取工50a钢做分配梁，考虑=110.1Mpi<170Mpa，最大_M…_204.71x10=110.1Mpi<170Mpa，最大材料的自重影响计算后得到：.——厂—1858.9x103支点反力为N=218.84KNb).桩顶荷载计算桩顶横梁中间部分受力为贝雷梁的支点反力N1=271.88kn,取半幅箱梁桥作为一个计算单元，箱梁翼缘板处受力单独计算取集中荷载N2=218.84KN，计算如下ii汕即 将知 k圳.制 J I\\i!-j . . ■ 4 . ■J. . . . .LLjikliL -1, 叫 』 .L iw 一图2.10-14桩顶横梁受力分析模式计算得到.最大弯矩Mmax=787.34KN.mM max［M max［。］787.34x106170=4631.41cm3综合考虑取2H600钢做分配梁，考虑材料的自重影响计算后得到:。=M^=787.34x106=150.83Mpa<170Mpa最大支点反力为W2x2610x103最大支点反力为N=1521.63KN钢管桩计算钢管桩高度H<10m的采用一道剪刀撑结构；钢管桩高度H>10m的采用二道剪刀撑结构。a.钢管桩入土深度计算河床标高：-6.0m；冲刷深度：按3m考虑，冲刷后河床标高按-9.0m考虑；单根桩所受最大轴向力Pg^KN；因桩所受最大轴向力已求得，故可按CZK164钻孔位估算桩的入土深度：CZK164钻孔位的地质资料见表一。表2.10-3地质汇总表名称项目^顶面标高（m）底面标高（m）土层厚度（m）极限摩阻力T,i（KPa）桩端承载力bi（KPa）②淤泥-6.92-10.323.4012—②1淤泥质亚粘土-10.32-11.721.4020—④亚粘土-11.72-13.722.0045—④2细砂-13.72-15.722.0045—④1粗砾砂-15.72-16.320.6080—⑤弱风化花岗岩-16.32-18.522.20150—⑤残积砾质粘性土-18.52-28.5210.0065—⑥全风化花岗岩-28.52-35.026.5080—⑦强风化花岗岩（砂砾状）-35.02-43.828.80120600⑦1强风化花岗岩（碎石状）-43.82-47.723.901501000⑧弱风化花岗岩-47.72-48.120.40—3000⑨微风化花岗岩-48.12-53.825.70—4500按CZK164钻孔孔位处资料考虑计算：根据计算，桩所受竖向力最大为1521.63KN，钢管桩的桩径采用0.8m。假定打入残积砾质粘性土层，残积砾质粘性土层的顶标高为-18.52m则：PL0.5（7£alt）1521.63=0.5x0.8xkx…… <1.0x4.8x12+1.0x1.4x20+1.0x2x45+1.0x2x451521.63=0.5x0.8xkx成0.6x80+2.2x150+1.0x65l[P]-单桩轴向受压容许承载力（奶），当荷载组合〃或荷载组合〃/或荷载组合/站或荷载V作用时，可提高25%（荷载组合/中如含有收缩，徐变或水浮力的荷载效应，也应同样提高）；U-桩的周长（m）；li-承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度（m）；T-与l.对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（Kpa）；Or-桩尖土的极限承载力；以:a-分别为震动沉桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数，锤击沉桩其值均取1.0。得l=873m，桩底标高为：-1&52-8.73=-27.25m，实际取值-25m。钢管桩入土深度为：-3.°+25.0=22.0m；桩在土层内的长度为L2=4.8+1.4+2+2+0.6+2.2+8.73=21.73m。b、钢管桩强度计算中800X610钢管，其能承受的最大力为A=0.0248m2,A=0.0199m2，1 2P1=A]g]=0.0248x170x103=4216KN>1521.63KN②风荷载计算分析：a.横桥向风压计算z一距地面或水面的高度，取14.635m；Y—空气重力密度，y=0.01201&-0.0001Z=0.012KN/m3；匕一高度z处的设计基准风速，取匕=60m/'；g一重力加速度，g=9.81m/s2；k0—设计风速重现期换算系数，取k0=1.0（考虑厦门为台风多发期地区）;k1-风载阻力系数，取k1=1.3；k3—地形、地理条件系数，取k3=1.0；

E YV2 0.012X602CCS,,Wd—设计基准风压，AWh一横向迎风面积W=~2^=—2~9^81—=2.2KN/m2Wd—设计基准风压，AWh一横向迎风面积Awh=10.64x39.175=416.82m2.F=kkkWA=1.0x1.3x1.0x2.2x416.82=1192.1KNWh013dWhb.纵桥向风压计算纵桥向风压为横桥向风压的40%，所以，风在纵桥向作用于平台上的力为气=1192.1x40%=476.84KN流水压力及波浪力计算a.单根钢管桩的水流压力（一般冲刷总深度至-9.0m）钢管桩的水流压力按倒三角形计算，则桩身应考虑群桩效应计算阻水面积，则:单根桩的计算宽度：则:七=K「K0.K.d式中：d--与外力H作用方向相垂直平面上桩的宽度（或直径）;Kf--形状换算系数，查表知：圆形截面桩取0.9；K0--受力换算系数，查表知为1+万；K--桩间的相互影响系数;当%>0.6七时，K=1.0当L 当L 0-6h1时1-b,

-Q.6-L•—h1式中：L1--桩间净距;h1--桩在地面或最大冲刷线下的计算深度，可按下式计算:30+&，但不得大于桩入土深度。%=3.8-0.8=3.0m;气=3（d+1）=3x（0.8+1）=5.40.6h]=0.6x5.4=3.24

L1=3.0 0.6七k=b,+上们.L所以： 0.6h根据与外力作用方向平行的所验算的一排桩柱的桩数而定的系数，根据规范知：b，=0.45•—1=•—1=0.45+h11-0.453.0 x——0.6 5.4=0.96b=K.K.K.d=0.9x(1+-L)x0.96x0.8=1.55mif0 0.8气=1.55x（9+0.27）=14.37m2根据《公路桥涵设计通用规范》JTJD60-2004，第4.3.8条：YV2 10x0.772P=KAY一=0.8x14.37x =3.47KN2g 2x9.81b.波浪力计算取50年一遇H1%浪高3.10m计算，根据盖拉德经验公式计算浪长：L=17~33H（h为浪高），取L=20H=20X3.10=62.0m。对于圆形柱桩当D/L（D/L=0.6/62=9.7X10-3）W0.2时为小尺寸桩柱（D为桩径）用下式计算波浪力：2冗dP =0.785KvYD2Htanh(-^)4冗dP =0.167K2丫DH2[1+ )]d 4兀d、max V Lsinh(—l)式中：PLmax--水平波压速度分力的最大值，出现在波峰位置处冬广0；PDmax--水平波压惯性分力（由加速度引起）的最大值，出现在波峰和1/4波=270。D=08=12.9x10-3<0.12 『Kv--建筑物附近速度修正值，L62 ，所以Kv取1.00;

D--桩径，0.8m；d--静水水深；为5.88mH--浪高，取3.10m；7--水的容重，取10KN/m3Pl =Pl =0.785K^7D2H一2兀dtanh =0.785x1.0x10x0.82x3.10xtanhL(2兀x5.88)I62J=8.32KNpDmax>0.5p =0.5x8.32pDmax>0.5p =0.5x8.32=4.16KN，所以最大波压用下式计算:LmaxPmax=pDmax1+0.25(P)2'

p^

Dmax=13.47x1+0.25x(8.32¥<13.47J=14.75KN4兀d4兀x5.88P =0.167K27DH2Dmax V1+•1/兀dsinhL=0.167x1.02x10x0.8x3.102x1+ 62_.k4kx5.88sinh 62=13.47KN支架钢管桩计算通过用Sap2000建模计算可知，钢管桩的最大受力如下:最大轴力:Pmax最大轴力:Pmax=1521.63K；最大弯矩:M=408.21KN•m强度计算:1521.63KN 408.21KN•m + =134.7MPaf0.0248m2 1.15x0.00484m3整体稳定性计算:N

中AN

中AN

中AN

中APJM_N气JP7W1-0.8I7W(1-0.8I+门也+叩xyy中wbyy、N—N'EyJ式中：吃、七一一对强轴工-工和弱轴＞一＞的轴心受压构件稳定系数，b类截面，取顼广时F