下潭尾大桥钢便桥计算书

万家春路（西亭路～翔安北路段）道路工程编制__________审核__________批准__________福建省交建集团工程有限公司万家春路（西亭路～翔安北路段）道路工程项目部二〇一六年十二月目录一、简介 2二、桥面板配筋计算 3三、贝雷梁验算 73.1打桩平台贝雷梁验算 83.2钢便桥验算 12四、工字钢（2I36b）横梁验算 164.1贝雷梁对工字钢的荷载计算 164.2工字钢验算： 19五、钢管立柱验算 235.1钢管立柱的强度验算 235.2钢管立柱的稳定性计算 245.3钢管立柱（受压构件）局部稳定验算 24六、钢管桩计算 246.1钢管桩入土深度计算 256.2钢管桩强度验算 266.3钢管桩弯曲应力复核 26

一、简介钢便桥按12米一跨布置，总长为450米，宽度为6米，车速为10km/h。钢便桥及平台计算参数贝雷梁:Ⅰx=250497.2cm4，W=3578.5cm³，[M]=788.2kN/m，[Q]=245.2KN,理论重量1kN/m，Ⅰ36b工字钢:E=206*106KPa，[Q]=145*106Pa，Ⅰx=16574cm4，d=12mm，截面面积=83.64cm²，Wx=920.8cm³，Sx=541.2cm³，理论重量=65.66kg/m，[τ]=83.5*106Pa，tw=12mm，b=138mm，h=360mm，C30钢筋砼预制板:板厚0.2m，宽度1.0m，长度6m。采用双层布筋，面筋主筋16，分部筋12，底筋16，分部筋12由于施工桩基操作平台上搁置的砼预制板在行车荷载作用下（或桩基施工机械自重、工作时产生冲击力）产生的控制应力（最大跨度2m）大于钢便桥上（最大跨度1.3m）应力，所以在进行板的配筋计算时，选择桩基操作平台上板的受力情况作为工况分析对象，进行控制计算，计算受力示意图如下图所示。二、桥面板配筋计算根据《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB1589-2016）第5页4.2.1条：汽车及挂车的单轴、二轴组及三轴组的最大允许轴荷不应超过下表规定的限值。汽车及挂车单轴、二轴组及三轴组的最大允许轴荷限值单位：Kg类型最大允许轴荷限值单轴每侧单轮胎7000每侧双轮胎非驱动轴10000驱动轴11500二轴组轴距＜1000mm11500轴距≥1000mm，且＜1300mm16000轴距≥1300mm，且＜1800mm18000轴距≥1800mm（仅挂车）18000三轴组相邻两轴之间距离≤1300mm21000相邻两轴之间距离＞1300mm，且≤1400mm24000由上表可知，三轴组当相邻两轴之间距离＞1300mm且≤1400mm时轴荷最大为24000Kg，取三轴组两轴之间距离为1400mm。钢便桥上行走的车辆除上述单轴、二轴组、三轴组车辆外，还包括装载机、挖掘机、50t履带吊车等，但装载机和挖掘机荷载对钢便桥的荷载均小于三轴组的平板拖车，50t履带吊车总荷载按55t计算（吊装荷载以5t计），虽然总质量大于三轴组车辆，但因其荷载为均布荷载（履带与地面接触长度按4.67m计），作用在单块板宽度范围内的荷载为11.73t，小于三轴组车辆，且同一位置同时作用于钢便桥宽度方向上的车辆只允许一辆载重车辆通行，故只选取三轴组的平板拖车进行砼板配筋计算。由于轴距（1400mm）大于板宽度（1000mm）故单块板最多只承受单轴荷载，即24000Kg=240KN，轴单侧荷载为120KN。荷载组合。1、混凝土板自重（静载）：q=1.2×（0.2×1.0×26.0）=6.24KN/m；2、上部车辆荷载（动载并考虑冲击系数）：P=1.4×1.3×（240÷2）=218.4KN；弯矩计算计算模式：按实际受力情计况进行算采用结构力学求解器2.5计算结果如下：弯矩图（单位：KN·m）剪力图（单位：KN）内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.00000000-1.093006450.000000000.00000000-7.33300645-4.2130064520.00000000132.885832-4.213006450.00000000-91.7541677-49.167174130.00000000118.934400-49.16717410.00000000-111.945600-42.178374140.0000000055.0629677-42.17837410.0000000048.82296779.7645935550.00000000-6.644593559.764593550.00000000-12.88459350.00000000由上述计算结果可知：最大弯矩M=66.65KN·m，最大剪力V=132.88KN。钢筋配筋计算：b=1000mm，h=200mm，As=35mm，h0=200-35=165mm，ft=1.43N/mm2，fy=360N/mm2采用受弯构件正截面承载力计算模式αs=M/(α1fcbh02)=66.65*103*103/(1.0*14.3*1000*165*165)=0.1712ξ=1-（1-2×αs）0.5=1-(1-2*0.1712)0.5=0.1891rs=(1+（1-2×αs）0.5=)/2=(1+(1-2*0.1712)0.5)/2=0.9055As=M/(fy*rs*h0)=66.65*1000*1000/(360*0.9055*165)=1239.15mm2;主筋配置716螺纹钢筋：As’=7*3.14*8*8=1406.72mm2＞As=1239.15mm2;配筋率验算：混凝土受压区高度应满足下列条件：①、x≤ξbh0；其中ξb=0.518；②、配筋率ρ≥ρminh/h0；其中ρmin=0.45ft/fy；③、同时配筋率ρ＞0.2%h/h0；x=ξh0=0.1426*165≤ξbh0=0.518*165ρ=As/bh0=1406.72/（1000*165）*100%=0.85%；ρminh/h0=0.45*（1.43/360）*（200/165）*100%=0.217%；0.2%h/h0=0.2%*200/165=0.242%；即：ρ≥ρminh/h0；且ρ＞0.2%h/h0；配筋率验算满足要求！抗剪强度验算：根据《混凝土结构设计规范》54页6.3.1：矩形截面受弯构件的受剪截面应符合下列条件：当h0/b≤4时V≤0.25βcfcbh0；本工程混凝土板h0/b=165/1000=0.165≤4；应采用上述公式进行计算。根据砼板受力计算结果可知V=132.88KN；0.25βcfcbh0=0.25*1.0*14.3*1000*165/1000=589.875KN；故：V≤0.25βcfcbh0；满足要求！根据《混凝土结构设计规范》第113页9.1.7条：当按单向板设计时，应在垂直于受力的方向布置分布钢筋，单位宽度上的配筋不宜小于单位宽度上受力主筋的15%，且配筋率不宜小于0.15%；分布钢筋直径不宜小于6mm，间距不宜大于250mm，当集中荷载较大时，分布钢筋的配筋面积尚应增加，且间距不宜大于200mm；分布钢筋采用12@150mm；其配筋率ρ=41*3.14*6*6/（6000*200）=0.39%＞0.15%。满足要求！混凝土板配筋图如下混凝土板配筋图（单位：mm）三、贝雷梁验算经查50t履带吊技术参数，履带吊自重为50t（含配重），现场履带吊主要吊运贝雷梁、钢管桩、混凝土板及钢筋模板等杂物，经计算重物最重为混凝土板（长×宽×厚）=6.0×1.0×0.2×2.6=3.12t，取重物最大重量为5t进行计算，履带吊总重（55t）大于三轴组车辆最大允许总总重（40t）且履带吊作用范围相对于三轴组汽车更集中，故选取履带吊作为验算。因打桩平台和钢便桥的贝雷梁布置形式及跨度不一致，故对打桩平台和钢便桥分别进行贝雷梁验算。3.1打桩平台贝雷梁验算考虑到履带吊宽度（4.3m）较大，且履带两侧距离路线边缘应有一定安全距离，故履带吊正常行驶时左右平移范围不宜过大，应尽量保持在线路中心附近，选取履带吊在线路中心位置进行计算，如下图所示：履带吊示意图由于履带吊在行驶过程中对各组贝雷梁的荷载不同，故需要先计算履带吊对贝雷梁的荷载，然后选取荷载最大的贝雷梁进行验算。取钢便桥纵向长度（受压范围内）1.0m进行计算：荷载：混凝土板自重：q1’=6.0*1.0*0.2*26/6.0=5.2KN/m；履带吊自重及荷载：q2’=550/（1.5*4.69）*1=78.18KN/m；荷载组合：q1（静载）=1.2*（q1’）=1.2*（5.2）=6.24KN/m；q2（动载）=1.4*（q2’）=1.4*（78.18）=109.45KN/m。（考虑到动载系数1.4大于冲击荷载系数1.3，故选取动载系数1.4进行计算。）计算简图如下（按五跨不等跨梁计算）：计算简图（单位：cm）采用结构力学求解器计算结果如下：反力图（单位:KN）内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.00000000-1.006032280.000000000.00000000-23.6635322-5.3573447820.0000000051.3416603-5.357344780.00000000-20.5683396-3.1046844030.000000006.24000000-3.104684400.00000000-6.24000000-3.1046844040.0000000020.5683396-3.104684400.00000000-51.3416603-5.3573447850.0000000023.6635322-5.357344780.000000001.00603228-0.00000000反力计算结点约束反力合力支座结点水平竖直力矩大小角度力矩10.00000000-1.00603228-0.000000001.00603228-90.0000000-0.0000000020.0000000075.00519260.0000000075.005192690.00000000.0000000030.0000000026.80833960.0000000026.808339690.00000000.0000000040.0000000026.80833960.0000000026.808339690.00000000.0000000050.0000000075.00519260.0000000075.005192690.00000000.0000000060.00000000-1.00603228-0.000000001.00603228-90.0000000-0.00000000由上述计算结果可知：第2排提供反力最大为75.01KN，故可选取第2排贝雷梁作为验算对象。该排贝雷梁在履带吊荷载作用范围内（4.69m）承受荷载为75.01KN/m（该荷载已计算动载系数），计算简图如下图所示（按三跨不等跨梁计算）：混凝土板重量（第2排贝雷梁对应范围）：q1’=0.5*（1+1）*0.2*26=5.2KN/m；贝雷梁自重：q2’=1KN/m；荷载组合：q1=1.2*（q1’+q2’）=1.2*（5.2+1）=7.44KN/m；q2（已计算动载系数）=75.01KN/m。采用结构力学求解器计算结果如下：反力图（单位：KN）弯矩图（单位：KN·m）剪力图（单位：KN）内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.000000007.840620380.000000000.00000000-66.5593796-293.59379620.00000000195.123106-293.5937960.00000000-196.180193-298.87923130.0000000069.5466026-298.8792310.00000000-19.73339730.00000000反力计算结点约束反力合力支座结点水平竖直力矩大小角度力矩10.000000007.84062038-0.000000007.8406203890.0000000-0.0000000020.00000000261.6824860.00000000261.68248690.00000000.0000000030.00000000265.7267960.00000000265.72679690.00000000.0000000040.0000000019.73339730.0000000019.733397390.00000000.00000000由上述计算结果可知:弯矩：Mmax=395.24KN/m＜[M]=788.2KN/m；剪力：Qmax=196.18KN＜[Q]=245.2KN;满足要求！3.2钢便桥验算履带吊在钢便桥上行驶位置如下图所示：荷载：混凝土板自重：q1’=6.0*1.0*0.2*26/6.0=5.2KN/m；单侧履带吊自重及荷载：q2’=550/（1.5*4.69）*1=78.18KN/m；荷载组合：q1（静载）=1.2*（q1’）=1.2*（5.2）=6.24KN/m；q2（动载）=1.4*（q2’）=1.4*（78.18）=109.45KN/m。计算简图如下（按五跨不等跨梁计算）：采用结构力学求解器计算结果如下：反力图（单位：KN）内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.00000000-0.000000000.000000000.00000000-1.24800000-0.1248000020.000000003.75707081-0.124800000.00000000-40.7904291-6.1915416930.0000000044.7943170-6.191541690.00000000-7.09763914-1.3896900840.000000003.12000000-1.389690080.00000000-3.12000000-1.3896900850.000000007.09763914-1.389690080.00000000-44.7943170-6.1915416960.0000000040.7904291-6.191541690.00000000-3.75707081-0.1248000070.000000001.24800000-0.124800000.000000000.000000000.00000000反力计算结点约束反力合力支座结点水平竖直力矩大小角度力矩20.000000005.00507081-0.000000005.0050708190.0000000-0.0000000030.0000000085.58474620.0000000085.584746290.00000000.0000000040.0000000010.21763910.0000000010.217639190.00000000.0000000050.0000000010.21763910.0000000010.217639190.00000000.0000000060.0000000085.58474620.0000000085.584746290.00000000.0000000070.000000005.005070810.000000005.0050708190.00000000.00000000由上述计算结果可知：第2排提供反力最大为85.58KN，故可选取第2排贝雷梁作为验算对象。该排贝雷梁在履带吊荷载作用范围内（4.69m）承受荷载为85.58KN/m（该荷载已计算动载系数），计算简图如下图所示（按三跨连续梁计算）：混凝土板重量（第2排贝雷梁对应范围）：q1’=0.5*（1+1）*0.2*26=5.2KN/m；贝雷梁自重：q2’=1KN/m；荷载组合：q1=1.2*（q1’+q2’）=1.2*（5.2+1）=7.44KN/m；q2（已计算动载系数）=85.58KN/m。采用结构力学求解器计算结果如下：反力图（单位：KN）弯矩图（单位：KN·m）剪力图（单位：KN）内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.000000009.961961050.000000000.00000000-79.3180389-416.13646720.00000000225.022433-416.1364670.00000000-225.022433-416.13646730.0000000079.3180389-416.1364670.00000000-9.961961050.00000000反力计算结点约束反力合力支座结点水平竖直力矩大小角度力矩10.000000009.961961050.000000009.9619610590.00000000.0000000020.00000000304.3404720.00000000304.34047290.00000000.0000000030.00000000304.3404720.00000000304.34047290.00000000.0000000040.000000009.961961050.000000009.9619610590.00000000.00000000由上述计算结果可知:弯矩：Mmax=593.49KN/m＜[M]=788.2KN/m；剪力：Qmax=225.02KN＜[Q]=245.2KN;打桩平台和钢便桥均满足要求！四、工字钢（2I36b）横梁验算4.1贝雷梁对工字钢的荷载计算当履带吊行驶在钢便桥单排桩墩位上横梁正上方时，横梁为最不利受力状况，由于三组轴车辆荷载小于履带吊荷载（55t），故选取履带吊荷载进行工字钢横梁验算，此时工字钢承受的荷载为纵向长度12m的砼板、12m的贝雷梁、6m长工字钢自重和履带吊重量。由于车辆荷载通过混凝土板和贝雷梁传递至工字钢横梁，每片贝雷梁受力不等，故需先计算该状态下贝雷梁对工字钢的荷载，然后对工字钢进行验算，履带吊车长（4.69m）范围内的荷载示意图如下图所示。混凝土板自重：q1’=6.0*1.0*0.2*26/6.0=5.2KN/m；单侧履带吊自重及荷载：q2’=550/（1.5*4.69）*1=78.18KN/m；荷载组合：q1（静载）=1.2*（q1’）=1.2*（5.2）=6.24KN/m；q2（动载）=1.4*（q2’）=1.4*（78.18）=109.45KN/m。计算简图如下（按五跨不等跨梁计算）：采用结构力学求解器计算结果如下：反力图（单位：KN）内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.00000000-0.000000000.000000000.00000000-1.24800000-0.1248000020.000000003.75707081-0.124800000.00000000-40.7904291-6.1915416930.0000000044.7943170-6.191541690.00000000-7.09763914-1.3896900840.000000003.12000000-1.389690080.00000000-3.12000000-1.3896900850.000000007.09763914-1.389690080.00000000-44.7943170-6.1915416960.0000000040.7904291-6.191541690.00000000-3.75707081-0.1248000070.000000001.24800000-0.124800000.000000000.000000000.00000000反力计算结点约束反力合力支座结点水平竖直力矩大小角度力矩20.000000005.00507081-0.000000005.0050708190.0000000-0.0000000030.0000000085.58474620.0000000085.584746290.00000000.0000000040.0000000010.21763910.0000000010.217639190.00000000.0000000050.0000000010.21763910.0000000010.217639190.00000000.0000000060.0000000085.58474620.0000000085.584746290.00000000.0000000070.000000005.005070810.000000005.0050708190.00000000.00000000可知6片贝雷梁荷载不同，具体结果如下：P1’（第一片贝雷梁）=5.01KN；P2’=85.58KN;P3’=10.22KN;P4’=10.22KN;P5’=85.58KN;P6’=5.01KN；上述荷载均为履带吊车长范围内（4.69m）单位长度的荷载。履带吊车长范围以外(7.31m)的荷载为混凝土板自重及贝雷梁自重，乘以静载系数1.2，计入贝雷梁对工字钢的集中荷载。贝雷梁对工字钢的集中荷载计算公式如下：P=履带吊车长范围内的荷载+1.2×履带吊车长范围外的荷载P1=5.01×4.69+1.2×（0.7×0.2×26.0+1.0）×7.31=64.20KN；P2=85.58×4.69+1.2×（1.15×0.2×26.0+1.0）×7.31=462.60KN；P3=10.22×4.69+1.2×（1.15×0.2×26.0+1.0）×7.31=109.16KN；P4=10.22×4.69+1.2×（1.15×0.2×26.0+1.0）×7.31=109.16KN；P5=85.58×4.69+1.2×（1.15×0.2×26.0+1.0）×7.31=462.60KN；P6=5.01×4.69+1.2×（0.7×0.2×26.0+1.0）×7.31=64.20KN；4.2工字钢验算：荷载组合1、工字钢自重（静载）：q=1.2×2×0.6566=1.58KN/m；2、上部荷载：P1=64.20KN；P2=462.60KN；P3=109.16KN；P4=109.16KN；P5=462.60KN；P6=64.20KN；计算简图如下：采用结构力学计算机计算结果如下:反力图（单位：KN）弯矩图（单位：KN·m）剪力图（单位：KN）位移图内力计算杆端1杆端2单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩10.000000000.000000000.000000000.00000000-64.9900000-19.457500020.00000000292.654207-19.45750000.00000000-283.055792-180.01948130.00000000283.055792-180.0194810.00000000-292.654207-19.457500040.0000000064.9900000-19.45750000.00000000-0.000000000.00000000反力计算结点约束反力合力支座结点水平竖直力矩大小角度力矩20.00000000357.6442070.00000000357.64420790.00000000.0000000030.00000000566.1115840.00000000566.11158490.00000000.0000000040.00000000357.6442070.00000000357.64420790.00000000.00000000上述计算结果可知：最大弯矩：Mmax=185.01KN·m；最大剪力：Qmax=292.65KN；最大反力：Nmax=566.11KN；最大位移：fmax=0.91mm；强度验算：根据《公路桥涵施工技术规范》实施手册（JTG/TF50-2011）P37页，在主平面内受弯的实腹构件，其抗弯强度应按下式计算：σ=Mxrx根据国标《钢结构设计规范》（GB50017-2003），对工字形截面，rx截面塑形发展系数取1.05，ry=1.20。根据国标《热轧型钢》（GB/T706-2008），I36b工字钢截面模量Wx=919cm3；σ=185.01×103/(1.05×2×919×10-6×106)=95.87MPa＜[f]=215MPa；满足要求！抗剪验算：根据《公路桥涵施工技术规范》实施手册（JTG/TF50-2011）P37页，在主平面内受弯的实腹构件，其抗剪强度应按下式计算：τ=(V*S)/(Itw)≤fv根据内力计算可知，最大剪力V=292.65KN；根据国家标准《热轧型钢》GB/T706-2008，I36b工字钢毛截面惯性矩I=16500cm4；腹板厚度tw=12mm，Q235钢材抗剪强度设计值fv=125MPa；截面尺寸和中和轴如下图所示。S=2196×（164.6+15.4/2）+1986×（164.6/2）=541818.6mm3；τ=(V*S)/(Itw)=292.65×103×541818.6×10-9/（2×16500×10-8×12.0×10-3×106）=40.04MPa≤fv=125MPa满足要求！刚度验算：根据上述计算结果fmax=0.91mm＜2500/400=6.25mm满足要求！五、钢管立柱验算5.1钢管立柱的强度验算根据上述反力图可知，由钢管柱提供的反力最大值为566.11KN，根据牛顿第三定律，工字钢对钢管柱的竖向压力最大值N=566.11KN。荷载：竖向压力N=566.11KN；σ=566.11×103/（3.14×（0.532-0.5142）/4）=53.17MPa＜[f]=215MPa；满足要求！5.2钢管立柱的稳定性计算Φ530×8mm钢管回转半径：=0.35（D+d）/2=0.35（53.0+51.4）/2=18.27cm，（式中，D为钢管外径，d为钢管内径）λ=lo/i=3.5/0.1827=19.16＜[λ]=150满足要求！查《钢结构设计规范》（GB50017-2003）P130页b类截面轴心受压构件稳定性得。σ=566.11×103/（0.97*3.14*（0.532-0.5142）/4）=44.51＜[f]=215MPa；满足要求！5.3钢管立柱（受压构件）局部稳定验算根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）P59第5.4.5条规定：D/δ=530/8=66.25＜100*235/fy=100*235/235=100；（D—为钢管外径，—为钢管壁厚）满足局部稳定要求！六、钢管桩计算6.1钢管桩入土深度计算桥址区域内的土层主要分布为淤泥、中粗砂、凝灰岩残疾粘性土、全风化凝灰岩，根据《万家春路（西亭路~翔安北路段）道路工程岩土工程勘察报告》，QK13号钻孔附近的地质情况具有代表性，其土层分布如下表所示：河床顶

标高（m）岩层

编号厚度

（m）标高

范围（m）地质

情况摩阻力

（kpa）0.2512.150.2~（-1.95）淤泥022.1（-1.95）~（-4.05）中粗砂5532（-4.05）~（-6.05）凝灰岩残积粘性土6545.6（-6.05）~（-11.65）全风化凝灰岩80根据《路桥施工计算手册》第391页4.2.1条摩擦桩单桩轴受压容许承载力：[p]=0.5（ΣUliτi+AσR）式中：[p]——单桩轴向受压容许承载力；U——桩的周长；li——第i层的层厚；A——桩底横截面面积；τi——第i层摩阻力；σR——桩尖处土的极限承载力。钢管桩为空心薄