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文档简介
高速公路
栈桥设计计算书
二零一七年十月
目录
1.概述.......................................................1
2.设计规范及依据............................................1
3.设计条件...................................................1
4.结构布置型式及材料特性....................................1
4.1结构布置型式..........................................1
4.2材料特性.............................................2
5.荷载计算..................................................3
5.1恒载..................................................3
5.2活载..................................................3
6.桩嵌固点计算..............................................4
7.主栈桥计算................................................4
7.1工况分析..............................................4
7.2工况与计算模型.......................................5
7.3计算结果汇总..........................................9
7.4钢管桩稳定性验算.....................................10
8.钢管桩桩长计算............................................11
9.上部结构计算..............................................12
临时工程•栈桥设计计算书
1.概述
2.设计规范及依据
(1)主线及互通匝道初步设计图
(2)《初步设计阶段工程地质勘查报告》;
(3)《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010);
(4)《港口工程桩基规范》(JTS167-4-2012);
(5)《海港水文规范》(JTS145-2-2013);
(6)《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
(7)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-20I5);
3.设计条件
1、栈桥设计边界条件引用《初步施工图设计》设计说明相关数据。
2、主线栈桥设置在前进方向左侧。
3、栈桥宽度按9米设计。
4、栈桥荷载主要8方混凝土罐车、50t吊机、钢护筒重约301,钢筋笼约201,回旋
钻机和旋挖钻机。
4.结构布置型式及材料特性
4.1结构布置型式
栈桥顶标高暂定+3.0m,宽9m。面层体系自上而下依次为桥面板、横向分配梁122a。
主纵梁采用321型单层9排贝雷片,承重梁采用2H600X200X11X17型钢;栈桥下部
结构采用桩基排架,排架横向桩间距3.825m,纵向间距12m,每60m设置制动墩,每
120m设计伸缩缝,排架桩基采用中630x8mm。
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临时工程•栈桥设计计算书
栈桥标准横断面
4.2材料特性
1)Q235钢材的强度设计值:
弯曲应力/=215MPa(/<16mm),/=205MPa(16mm<Z<40mm)
剪应力=125MPa(/<16mm),fv=120MPa(16mm</<40mm)
2)Q345钢材的强度设计值:
弯曲应力/=310MPa(Z<16mm),/=295MPa(l6mmy<35mm)
剪应力fv=180MPa(Z<16mm),fv=170MPa(l6mm<Z<35mm)
端面承压£=40(UN
3)321型贝雷特性:
弦杆许用内力[N]=560kN;竖杆许用内力[N]=21OkN
斜腹杆许用内力[N]=17L5kN
临时工程•栈桥设计计算书
5.荷载计算
5.1恒载
结构自重。
5.2活载
5.2.1车辆荷载
(1)10方混凝土罐车:载重时重量43t
总重:400kN
轮距:1.8m
轴距:4.05m+1.35m
前轴重力标准值:70kN
后轴重力标准值:2X180kN
前轮着地面积:0.30mX0.20m
后轮着地面积:0.60mX0.20m
车辆荷载布置与桥面考虑两辆车并排行驶,如下图所示:
30JUCUCO
一1.8一一L3J一1.8一
(2)80t履带吊通行;桩顶起吊,吊重303总重1103侧吊考虑70%重量作用在
同一条履带。
履带着地面积:5.5mx0.8m履带中心距:4.2m
5.2.2汽车制动力
纵向荷载考虑汽车制动力,根据《公路桥涵设计通用规范》QTGD60-2004)中4.3.5
查得,汽车制动力为汽车荷载的10%,此处栈桥按双车道设计,取水平制动力为
2x43=86KN,按单跨相邻两跨9根钢管桩分配制动力,每根桩的力为9.6KN,受力
点位于桩顶部位。
临时工程•栈桥设计计算书
6.桩嵌固点计算
钢管桩嵌固点计算引用《港口工程灌注桩设计与施工规程》(JTJ_248-2001)计算公
\EI
式431-1,4.3.1-2,L>4T,T=?t=r)T。
Vmb。
L,:桩的入土深度(m)
T:桩的相对刚度系数(m)
Ep:桩的弹性模量QkN/m1),Q235钢斗=2X10MN/〃J
Ip:桩的截面惯性矩(M*),
巾630X8mm钢管桩Ip=0.756x10-3mm4
m,桩侧地基土水平抗力系数随深度增加的比例系数(%N/M(),按《港口工程灌
注桩设计与施工规程》表4.3.1取值。流塑粘性土,淤泥m取3000雨/一
Z:桩的受弯嵌固点距泥面的深度(m)
7:系数,取L8〜2.2,当桩顶较接或自由长度较大时取消值,这里取中位数2.0。
4)630X8mm钢管桩嵌固点计算:
T=5座=2.09m,t=4.18
\岫)
泥面标高-0.5m,嵌固点标高-0.5-4.18=-4.68m,取5m。
钢管桩入土深度L>4T=8.36m,按弹性长桩考虑。
7.主栈桥计算
7.1工况分析
7.2.1计算工况
计算按二跨12米为模型,按两10方混凝土罐车和履带吊机分别作用,计算荷载
工况如下:
工况荷载
工况一自重+双罐车偏载作用边墩
工况二自重+双罐车偏载作用跨中
工况三自重+双罐车偏载作用中墩
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临时工程•栈桥设计计算书
工况四自重+履带纵向偏载作用边墩
工况五自重+履带纵向偏载作用跨中
工况六自重+履带纵向偏载作用中墩
工况七自重+履带横向偏载作用边墩
工况八自重+履带横向偏载作用跨中
工况九自重+履带横向偏载作用中墩
考虑①自重、②罐车、③履带吊、④车辆制动力(仅罐车)。
各工况荷载组合如下:
正常工作期
基本组合:
1.2义①+1.4X(②+④)
1.2X①+L4X③
标准组合:①+②+④
①+③
履带吊通行时罐车不通行。履带吊通行分别考虑作用在跨中(弯矩最大)及端部
(剪力最大)贝雷上。
7.2工况与计算模型
7.2.2计算模型
采用MIDAS计算,各构件均采用梁单元。
一、主栈桥整体计算模型:
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12m跨单排墩分析模型
双罐车偏载作用边墩
双罐车偏载作用跨中
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履带纵向偏载作用中墩
履带横向偏载作用边墩
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履带横向偏载作用中墩
7.3计算结果汇总
1)构件计算结果汇总
构件类型工况一工况二工况三工况四工况五
组合应力(MPa)78.469.490.748.351.5
钢管桩
弯矩(kN•m)97.375.295.79.915.8
(t)630X8
轴力(kN)630.4597.8800694.2702.3
承重梁组合应力(MPa)44405132.435.2
2H600X200剪应力(MPa)30.230.740.434.431.9
弦杆轴力(kN)95.4223.357.2305.8365.3
12m跨
竖杆轴力(kN)113.283.797.1189.1131.5
贝雷
斜杆轴力(kN)65.37649.8146.1129.9
构件类型工况六工况七工况八工况九备注
组合应力(MPa)63.449.551.565.6
钢管桩
弯矩(kN-m)2.4610.32.4基本组合
4)630X8
轴力(kN)980.2743.5737.71017.2
承重梁组合应力(MPa)43.455.755.569.3
基本组合
2H600X200剪应力(MPa)52.135.637.650.8
弦杆轴力(kN)96.6218.8269.5112.8
12m跨
竖杆轴力(kN)181.1143.3107.4114.8标准组合
贝雷
斜杆轴力(kN)103.679.5100.393.7
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临时工程•栈桥设计计算书
2)整体位移
类别工况一工况二工况三工况四工况五
竖向位移(mm)6.312.93.91520.9
类别工况六工况七工况八工况九备注
竖向位移(mm)4.912.015.75.6标准组合
3)4)630X8钢管桩反力(固结)
工况工况工况工况工况工况工况工况工况
类别备注
四五八七八九
标准
轴力(kN)459.1448.3592.7501.8515.6714.2539.9548.2747.9
组合
7.4钢管桩稳定性验算
钢管桩6630x8:
工况三下,最不利内力组合:N=800kN,M=95.7kN*m
工况九下,最不利内力组合:N=1017.2kN,M=2.4kN«m
钢管桩“630x8:A=15632mm2Ix=0.756X109mm4Wx=2,4X106mm3i=220mm
两端按较接考虑,计算长度按Lo=8OOOmmA=Lo/i=36.4
属于b类截面,查表得q)x=(Py=O.912
1)弯矩作用平面内稳定计算:
NBEYMY
工况三:CJ=+卬=小〃、=91.8Mpa<f=215Mpa
A<PxYXW1X(1-0.8N/N,EX)
工况九:(7=—+-----/㈣/=72.4Mpa<f=215Mpa
A(pxyMixQ一0-8N/N'EX)
2)弯矩作用平面外稳定计算:
N,九工乂工
工况三:G=----Fri_84.0Mpa<f=215Mpa
0yA(Pb^lX
,N,BtxMx
工况九:(J=----1-Tl=66.lMpa<f=215Mpa
(Pb^lx
钢管桩稳定性验算满足要求。
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临时工程•栈桥设计计算书
8.钢管桩桩长计算
泥面标高参考《初步设计阶段工程地质勘查报告》。
根据《港口工程桩基规范》(JTS167—4—2012)第4.2.4条:
2/」(①4+型)
YR
式中:
Qd—单桩垂直极限承载力设计值(kN);
力―单桩垂直承载力分项系数,取1.45;
U—桩身截面周长(m);
单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值(kPa);
4—桩身穿过第i层土的长度(m);
%—单桩极限桩端阻力标准值(kPa);
CQZK35钻孔地质条件:
桩侧摩阻力桩端阻力
岩土名称标高(m)
(kPa)(kPa)
淤泥质粉质粘土-1.5〜-7.515——
粉砂-7.5〜75.430——
淤泥质粉质粘土-15.4〜-33.21560
粉质粘土-33.2〜-52.230120
细砂-52.2〜-59.965200
CQZK38钻孔地质条件:
岩土名称标高(m)桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)
淤泥质粉质粘土-0.47〜-7.8715——
粉砂-7.87〜-15.7730——
淤泥质粉质粘土-15.77〜-39.871560
粉质粘土-39.87〜-41.7740160
粉质粘土-41.77〜-59.6730120
细砂-59.67〜-68.7765200
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临时工程•栈桥设计计算书
CQZK39钻孔地质条件:
岩土名称标高(m)桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)
淤泥质粉质粘土1.37〜-5,6315——
粉砂-5.63—12.3330——
淤泥质粉质粘土-12.33〜-42.831560
粉质粘土-42.83—58.6330120
细砂-58.63〜-68.6365200
CQZK43钻孔地质条件:
岩土名称标高(m)桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)
淤泥质粉质粘土1.15—7,6515一
粉砂-7.65〜-14.3530—
淤泥质粉质粘土-14.35〜-38.051560
粉质粘土-38.05〜-45.5540160
粉质粘土-45.55〜-58.9530120
粉质粘土-58.95〜-69.0550180
钢管桩“630X8桩端最大压力标准值748kN。以CQZK39地质资料计算,桩底标
高-30m。
Qd=p^-x1.92x(5.2x12+4x20+5.6x25+4.1x35+0.62x40)
+—!-x15130x10
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