贝雷梁栈桥及作业平台计算书

仁义桂江大桥

贝雷梁栈桥及作业平台计算书

编制：

复核:

审核:

西部中大建设集团有限公司

梧州环城公路工程N02合同段工程总承包项目经理部

二。一五年十二月

目录

一、工程概述...........................................................1

二、设计依据...........................................................1

三、计算参数...........................................................2

3.1.材料参数......................................................................2

3.2、荷载参数.....................................................................2

3.3、材料说明.........................................................7

3.4、验算准则.....................................................................8

四、栈桥计算...........................................................8

4.1、计算工况.....................................................................8

4.2、建立模型.....................................................................9

4.3、面板计算.....................................................................9

4.4、工况一计算结果..............................................................10

4.5、工况二计算结果..............................................................13

4.6、工况三计算结果..............................................................17

4.7、工况四计算结果..............................................................20

4.8、工况五计算结果..............................................................23

4.9、入土深度计算结果............................................................25

4.10、屈曲计算...................................................................25

4.11、栈桥计算结果汇总...........................................................26

五、7#墩平台计算......................................................27

5.1、建立模型.....................................................................27

5.2、荷载加载....................................................................27

5.3、荷载工况.....................................................................29

5.4、工况一计算..................................................................30

5.5、工况二计算..................................................................31

5.6,工况三计算...................................................................33

5.7、屈曲计算....................................................................36

5.8、7#墩平台计算结果汇总........................................................37

六、8#墩平台计算......................................................37

6.1、建立模型....................................................................37

6.2、荷载加载....................................................................38

6.3、荷载工况.....................................................................40

6.4、工况一计算结果..............................................................40

6.5、工况二计算结果..............................................................42

6.6.工况三计算结果...............................................................44

6.7、屈曲计算....................................................................47

6.8.8#墩平台计算结果汇总........................................................48

七、结论.............................................................48

一、工程概述

仁义桂江大桥位于梧州旺村水利枢纽库区，上游距离京南水利枢纽约33.9km,

下游距离在建旺村水利枢纽7.5km。全桥采用双幅分离式结构，上部构造为：7x40mT

梁+(64+120+64)m连续钢构+6x40mT梁，左幅桥梁全长781.99m,起止桩号为：

K4+781.862~K5+563.853右幅全长872.45m,起止桩号为：K4+781.401~

K5+563.853。

仁义桂江大桥为通航河流，航道等级升级为IV级，最高通航水位27.63m,最

低通航水位15.96m,百年一遇洪水32.188m,常水位14.1m,汛期一般水位H=20.5m。

按照设计文件，10年一遇的水位为27.63m,该水位也为栈桥的计算控制水位，水

流流速为3m/s。车辆通行最高水位为+20.5m,此时水流流速按照2m/s进行控制。

仁义桂江大桥左幅最低河床冲刷标高为+5.0m,覆盖层为卵石，其中岩石层标高

为-1.23m,覆盖层约6m左右，仁义桂江大桥右幅最低河床冲刷标高为+4.5m,覆盖层

为卵石，其中岩石层标高为-1.09m,覆盖层约5.59m左右。实际测量结果显示，由于

淘沙船的作业，河道内的覆盖层发生了较大变化，大体厚度在一5m之间。

仁义桂江大桥工程上承式贝雷梁栈桥桥面宽度为6m,最大跨度为12m,设计承

重为65t,而施工过程中采用25t汽车吊或50t履带吊进行施工作业，施工时应满

足承载需要。

平台采用贝雷梁+分配梁的方式设置，主要施工设备为冲击钻机。

二、设计依据

1、新建梧州环城公路工程N02合同段仁义桂江大桥水文、地质资料

2、现场实际情况

3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)

4、《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)

5、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2010)

6、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)

7、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)

8、《装配式公路钢桥多用途使用手册》。

9、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008).

10、《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)

三、计算参数

3.1、材料参数

1、采用允许应力法进行检算。

⑴、Q235B钢参数：容许弯曲应力［cr］=145MPa,容许剪应力上］=85M/%

⑵、贝雷梁允许轴力如下表所示：

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称材料断面型式断面面积(cm2)容许承载能力

弦杆16Mn2[102x12.74560kN

竖杆16Mn189.52210kN

斜杆16Mn189.52171.5kN

⑶、钢弹性模量Es=2.lxlO'MPa;

⑷、考虑人群、栏杆等结构，钢栈桥及平台自重按照1.2倍选取。

⑸、各荷载组合系数均为1.0。

3.2、荷载参数

根据本栈桥实际使用情况，桥面荷载考虑以下几种主要荷载：

1、12ms的混凝土运输车

12ms的混凝土运输车，型号为三一重工生产的SY312c-6w(LNG),具体参数如下：

整备质量16200kg

整车外形尺寸(长x宽x高)9950x2500x3975mm

满载总质量47400kg

轴距3220mm+1150nim

前轮荷载总重：Pl=8t,后轮荷载总重：P2=39.4t.

2、50t履带吊

50t履带吊，参考三一重工SCC500E履带起重机，自重为50t,本设计中最大

吊重为20t,吊装时，考虑荷载偏载系数为0.85。

履带吊接触面积为2—4650x760mm2,50t履带吊机限于墩顶起吊作业，严禁跨

中起吊。

3、25t汽车吊

25t汽车吊主要用于栈桥及平台施工，参考PY25型汽车起重机，具体参数如下:

整备质量29.2t

整车外形尺寸(长x宽x高)9200x2490x3880mm

轴距4325mm+1350mm

4、一般车辆

一般车辆包括普通的小车、运输小材料的货车，荷载均比50t履带吊小，可不

进行检算。

5、水流力

栈桥按照10年一遇水位进行控制，H10s=+27.63m,最大流速3.0m/s计算，栈桥

水位主要考虑渡洪影响，在水位达到警戒水位+20.5m时应禁止栈桥上车辆通行。

由于《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)规范中没有涉及桁架受水流力

计算内容，水流力计算内容参照《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)执行。

栈桥主要水流力荷载包括钢管桩和贝雷片所受的水流力，考虑1.2倍荷载放大系数,

以平衡其它小构件所受水流力。

水流力标准值取值为：&=C..1^2A,荷载也可以简化为倒三角形荷载，水面

处水压力为p，，=c,/v2,河床处水压力为o。

c,一水流阻力系数；

p—水密度，淡水取I"”/,海水取1.025〃小；

A—单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积；

V—水流流速，该处取3m/s,

①、主栈桥钢管水流力计算

10年一遇水位进行控制，Hm=+27.63m,最大流速3.Om/s下水流力：

222

圆形结构，00.73,水面处水压力为：pw=Cu,pV=0.73x1x3=6.57W/m

第二排钢管受力应进行折减，按照规范表13.0.3-2要求进行折减系数计算。

L-钢管净距，L=2.5m—0.529/7/=1.97\m,D-钢管直径，D=0.529771

L/D=1.971w/0.529=3.7,查表可知折减系数：机=0.624

I

2

第一排钢管水面处受力为：qw[=pwD=657kNImx0.529=3.48AN/m

3

第二排钢管水面处受力为：彘2=叫/“=0$24x3.48=2.17kN/〃z

第三排钢管水面处受力与第二排相同。

渡洪桩水流力计算与主钢管相同，渡洪桩直径为0.63m。

2

渡洪桩钢管水面处受力为：qwl=pwD=6.51kN/mx0.63=4.14kN/m

此时栈桥水流力分布如下图所示：

第一排钢管水流力（KN/m）第二排钢管水流力（KN/m）渡洪钢管水流力投影（KN/m）

水位达到+20.5m时应禁止施工机械在栈桥通行，此时水流流速为2m/s,水流力

为：

222

圆形结构，00.73,水面处水压力为：pw=CwpV=0.73x1x2=2.92kN/m

2

第一排钢管水面处受力为：=pwD=2.92kN/mx0.529=i.55kN/m

第二排钢管水面处受力为：彘2=〃2亿”=0-624、1.55=0.97雨/加

第三排钢管水面处受力与第二排相同。

此时栈桥水流力分布如下图所示：

4

钢管水流力图(KN/m)

②、主栈桥贝雷梁水流力计算

贝雷梁为多片桁架结构，荷载取值应按照多片桁架结构进行计算。

弦杆投影面积：A,=0.1x3x2=0.6m2

斜杆投影面积：&=005x(0.993x8)=0.4/

竖杆投影面积：=0.05x(1.3x3)=0.2m2

2

单片贝雷梁挡水面积为：A=At+A2+A3=1.2m

单片贝雷梁整个面积为：A'=3xl,5=4.5小

挡水面积系数：〃=A/4=1.2//4.5-2=0.27,查表可得.02.05

12m跨贝雷梁所受水流力：P.'=C„,fV2A=2.05xlx32x1.2x4=44.28Z:ZV

对于多排桁架结构，第二排及以后多排桁架应根据桁片位置进行折减。

折减系数如下表所示：

桁架折减系数取值表

5

第5排贝雷梁折减系数与第3排相同，第6排贝雷梁折减系数与第4排相同。

6排贝雷梁整体荷载系数为：m=之j=i+0.55+0.7x2+0.6x2=2.97

1

12m跨贝雷梁整体所受水流力：F..=mxFJ=2.97x44.28=132kN,将该荷载作

用在钢管顶上，并平均分配，每根钢管受力为：尸=4/3=132kN/3=44kN

③、支栈桥及平台钢管水流力计算

10年一遇水位进行控制，“+27.63%最大流速3.Om/s下水流力：

支栈桥及平台钢管水流力计算与主栈桥类似，主要区别为折减系数不同。

第二排钢管受力应进行折减，按照规范表13.0.3-2要求进行折减系数计算。

L-钢管净距，L=5.5m-0.529m=4.97,D-钢管直径,D=0,529m

L/D，查表可知折减系数：m

=4.971/n/0.529=9,4I=0.84

2

第一排钢管水面处受力为:qw{=pwD=657kN/mx0.529=3.48kN/tn

其它排钢管水面处受力为：qw2=mxqH,=0.84x3.48=2.92kN/m

栈桥水流力分布如下图所示：

第一排钢管水流力（KN/m）其它排钢管水流力（KN/m）

水位达到+20.5m时应禁止栈桥通行，此时水流流速为2m/s,水流力为:

2

第一排钢管水面处受力为：qwl=pwD=2.92kN/mx0.529=1.55kN/m

第二排钢管水面处受力为：qw2=叫外产0.84x1.55=1.3kN/m

6

第三排钢管水面处受力与第二排相同。

钢管水流力(KN/m)

④、支栈桥及平台水流力计算

此时贝雷梁结构与水流作用方向平行，可以参考规范表13.0.3-5进行计算。

矩形梁水力阻力系数：C，=2.32

规范表13.0.3-5为墩柱水流力横向影响系数。

贝雷梁横向间距：8=0.9(取小值)，贝雷梁宽度为：。=0.216

B/D0.9/0.216=4.2,查表可知：叫=1.21

单排贝雷梁整个面积为：A，=0.216x1.5=。.324小

单排贝雷梁所受水流力：fV2A=1.21X2.32Xlx32X0.324=4kN

荷载直接作用在钢管桩顶部。

3.3、材料说明

栈桥上部结构为型钢和贝雷梁组拼结构，下部结构为钢管桩加型钢承重梁结

构。贝雷钢栈桥采用连续梁结构，栈桥宽6m。栈桥钢管桩为。529x10mm钢管桩，

同排布置三根，间距为2.5m,墩顶分配梁为2根工45a型钢横梁。横向贝雷梁布置

6片，间距为(。9m+1.15m+0.9m+L15m+0.9m),贝雷梁顶分配梁为工28a,工

28a间距为0.35m,工28a上顺桥向布置10mm厚桥面板。桥头设简易桥台，台后浇

7

筑混凝土施工便道。

为确保渡洪安全，在下游增设斜桩，以降低栈桥横向变形量，从而提高栈桥的

安全度。渡洪桩与竖直方向倾角为30°,钢管型号为0630mmx12mm,在第二层连

接与主栈桥钢管通过6529mmx10mm作为连接系结构，连接系标高为水上0.5m,与

下层内支撑位置对应，当覆盖层较浅（小于5m）时，应在斜桩内钻孔，并浇筑不小

于4m的水下混凝土，确保形成稳定结构。

平台材料型号与栈桥相同，具体材料详见设计图纸.

3.4、验算准则

栈桥及平台作为一种重要的大临设施，其设计验算准则为：

在栈桥及平台施工状态下，栈桥应满足自身施工过程的安全，但6级风以上应

停止栈桥施工；

在工作状态下，栈桥应满足正常车辆通行的安全性和适用性的要求，平台应满

足钻孔安全要求，并具有良好的安全储备，此时水位低于+20.5m;

在非工作状态下，当栈桥及平台水位超过或达到1。年一遇的洪水位时，栈桥

及平台应能满足整体安全性的要求，允许出现局部可修复的损坏。

四、栈桥计算

4.1、计算工况

工况一：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载47.4th12方混凝土罐车（空载

16.2t）及50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形

式，此时，最大水位小于20.5m。

工况二：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（空载16.2t）、12方混凝土罐车（满载

47.4t）及50t履带吊（空载50t）,各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形

式，此时，最大水位小于20.5m。

工况三：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载47.4t）、空载（仅承受栈桥自重）、

50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式。此时，

最大水位小于20.5m.

8

工况四：

履带吊在墩顶侧向起吊20t,考虑履带的偏载系数0.75,此时，最大水位小于

20.5m。

工况五：

栈桥在10年一遇的水位下承受水流力作用，栈桥禁止通行。

4.2、建立模型

选取3跨12m连续梁用midas进行整体建模计算，模型如下，当检算桩顶分配

梁与钢管桩受力时，钢管桩为主应进行适当调整，由于渡洪桩仅为渡洪需要，在工

作状态和施工状态下对主栈桥受力影响不大，不进行计算。

钢管桩底部为固结结构，上下分配梁之间全部为较接，即上层分配梁的弯矩不

传递至下层分配梁。

栈桥整体模型图

4.3、面板计算

面板按照单向板进行计算，跨度为0.35m,比较荷载，在12m3的混凝土运输车

荷载下面板受力最大，F=394/8=49.3&N，轮压面积为0.2mx0.5m,单位长度lm

进行计算，钢栈桥自重按照1.05选取，■.05x49.3=1035W/fflo

0.5

9

22

M=ql/S=l03.5kN/mx0.35/8=1.5SkN-m,Q=qU2=18,H/V

面板组合应力：。=丝=ill，=94.8M尸"

W1000x1（）2/6

面板剪应力：7=32=，!.8-山、=2.7MPa，满足要求。

2A21000x10

4.4、工况一计算结果

工况一：三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载47.4t）、12方混凝土罐车

（空载16.2t）及50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考

虑偏心形式，最大水位小于20.5m。

工况一作用下荷载的加载如下图所示:

满载罐车+空载罐车+履带吊荷载+水流力（未示）

10

工况一作用下：贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示:

MIDAS/Qvil

POST•PROCESSOR

BEAMFORCE

堆力

1.44041e+002

1.17718e-H)02

9.13944e+001

6.50710e+001

3^7476®-KJ01

0.00000®+000

■9286—I

-1.19193e+002

-1.45516e+002

弦杆轴力图(kN)

POST~PROCESSOR

BEAMFORCE

电力

F嘲懒姗姗糊M删枷

竖杆轴力图(kN)

11

MlUAi/kJVII

POST~PROCESSOR

BEAMFORCE

轴力

6.2662le-K)01

5.06229e-KJOl

3.85836e-H)01

2.6S444e-H)01

D.00000e-K)00

--------9.57334e-K)00

1-2.16126e+001

-3.36518e-K)01

™-4.569lie+001

-5.77303*+001

■6.97696eyOl

斜杆轴力图（kN）

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称材料断面型式断面面积（cm，）容许承载力最大轴力

弦杆16Mn2[102x12.74560kN146kN

竖杆16Mn189.52210kN88kN

斜杆16Mn189.52171.5kN69kN

由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

在工况一作用下：贝雷梁顶部工28a应力如下图所示:

BEAMSTRESS

组合（最大值）

2.57918e+001

1.89018e-K)01

1.20118e-H)01

5.12180e-H)00

0.00000e+000

-1.55482e+001

-2.24382e+001

-2.93282e+001

-3.62182e+001

-4.31082e+001

-4.99981e+001

工28a组合应力图（MPa）

分配梁工28a组合应力为0=50MPa,截面最大剪应力r=20MP“，最大相对变

形为:AZ=1.3/n<1150/300=3.8znw，满足要求。

工况一作用下：钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

12

级合（最大值）

2.45222e+001

1.89342e+001

■-----133461e+001

一•7,75807e+000

0,00000e+000

-------3.41805e+000

-------9.00611e+000

-------1.459426+001

-------2.01822e+001

-------2,S7703e+001

-3,13583e+001

□-3.69464e+001

CB:更+空+屐

MAX:20388

分配梁组合应力为b=36.9"Pa，截面最大剪应力r=23.5MPa,满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况一钢管桩反力图（t）

工况一钢管桩最大反力为27t,钢管桩入土深度将在后文中集中计算。

4.5、工况二计算结果

工况二：三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（空载16.2t）、12方混凝土罐车

（满载47.4t）及50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑

偏心形式，此时水位不大于+20.5m。

工况二作用下荷载的加载如下图所示：

13

空载罐车+满载罐车+履带吊荷载+水流力（未示）

在工况二作用下：贝雷梁弦杆、

14

弦杆轴力图(kN)