某贝雷梁钢便桥计算书.docx
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某贝雷梁钢便桥计算书
峃口隧道钢栈桥计算书
1、工程概况
本施工便桥采用321型单层上承式贝雷桁架,栈桥0#桥台与老56省道相连,6#桥台位于峃口隧道起点位置,横跨泗溪。
便桥孔跨布置为10m+5*15m,全长85米,桥面净宽6米,人行道宽度1.2m,纵向坡度+3%,桥面至河床面净高10米,至水面净空为8.5米(图1为钢栈桥截面图)。
钢栈桥桥面系主体结构由δ=10mm花纹钢板、I10工字钢纵梁(间距0.3m)、I20工字钢横梁(长7.2m,间距0.75m)组成。
桥面板与工字钢采用手工电弧焊焊接连接,桥面系布置于贝雷桁梁之上,与贝雷桁梁之间用U型螺栓固定。
贝雷桁梁由贝雷片拼制而成,横向设置6片,间距0.9m,贝雷片之间采用角钢支撑花架连接成整体。
本桥基础为明挖基础,基础为7×2.6×1.2m的钢筋砼,扩大基础必须坐落于河床基岩上,且基础顶标高低于河床。
基础上部墩身均采用φ630mm(δ=8mm)钢管,采用双排桩横桥向各布置2根,钢管桩之间由平联、斜撑连接。
钢管桩顶设双I32工字钢分配梁。
本桥基础设计为明挖基础,基础采用C25钢筋砼,钢管桩位于砼基础上与预埋钢板焊接牢固,在此不做计算。
图1钢栈桥截面图(单位:
mm)
2、计算目标
本计算的计算目标为:
1)确定通行车辆荷载等级;
2)确定各构件计算模型以及边界约束条件;
3)验算各构件强度与刚度。
3、计算依据
本计算的计算依据如下:
[1]黄绍金,刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].:
人民交通出版社,2001
[2]《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
[3]《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
[4]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
4、计算理论及方法
本计算主要依据《装配式公路钢桥多用途使用手册》(黄绍金,刘陌生著.:
人民交通出版社,2001.6)、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)等规范中的相关规定,通过MIDAS/Civil2012结构分析软件计算完成。
5、计算参数取值
5.1设计荷载
5.1.1恒载
本设计采用MidasCivil建模分析,自重恒载由程序根据有限元模型设定的截面和尺寸自行计算施加。
5.1.2活载
根据《公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004》,汽车荷载按公路-Ⅰ级荷载计算,公路-Ⅰ荷载如图2:
图2公路-Ⅰ级荷载图
程序分析时,汽车活载作为移动荷载分析,采用车道面加载。
为确保行人车辆安全,桥面右侧护栏外侧增设1.2m人行道宽度,桥面宽度取值6m,车轮距为1.8m。
汽车限速15km/h通过,通行的冲击系数由程序根据设定参数自动计算考虑,在“移动荷载分析控制”中,临时钢栈桥结构基频取值1.3Hz,根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)规定,冲击系数为u=0.04。
图3桥面车道布置图
5.2主要材料设计指标
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《装配式公路钢桥多用途使用手册》(黄绍金,刘陌生著.:
人民交通出版社,2001.6),主要材料设计指标如下:
6计算分析
6.1计算模型及边界条件设置
图4为钢栈桥Midas分析模型图。
其中,桩基础采用梁单元,桥面板采用板单元。
图4分析模型
边界条件设置如下:
(1)桥面系构件连接:
桥面板与I10工字钢纵梁、纵梁与I20工字钢横梁均采用共节点连接,横梁与贝雷桁梁采用仅受压弹性连接,连接刚度按经验取值100kN/mm。
由于存在仅受压弹性连接,模型对桥面板进行三处约束,各处约束自由度分别为:
(Dx,Dy,Rz);(Dx,Rz);(Dy,Rz)。
(2)其余构件连接:
贝雷桁梁与2I32工字钢分配梁采用弹性连接,分配梁与钢管桩采用共节点连接。
钢管桩桩底按锚固模拟,约束Dx、Dy、Dz、Rx、Ry、Rz。
6.2计算结果分析
由于Midas计算结果中,桥面系构件总体变形与贝雷桁梁变形一致,导致桥面系构件变形输出结果远大于实际变形,另外再考虑到桥面系构件跨度均较小,故结果分析中桥面系构件仅以强度满足要求进行控制;贝雷桁梁、分配梁结果分析中以强度、刚度均满足要求进行控制。
6.2.1桥面板计算结果
图5为桥面板强度计算结果。
由图可以看出桥面板最大应力为:
σ=20.37MPa 故桥面板设计满足安全要求。 图5桥面板强度 6.2.2I10工字钢纵梁计算结果 图6为I10工字钢纵梁强度计算结果。 由图可以看出I10工字钢最大应力为: σ=90.4MPa 故I10工字钢纵梁设计满足安全要求。 图6I10工字钢纵梁强度 6.2.3I20工字钢横梁计算结果 图7为I20工字钢横梁强度计算结果。 由图可以看出I20工字钢最大应力为: σ=193MPa 故I20工字钢横梁设计满足安全要求。 图7I20工字钢横梁强度 6.2.4贝雷桁梁计算结果 (1)贝雷桁梁强度 图8为贝雷桁梁强度计算结果。 由图可以看出贝雷桁梁最大应力为: σ=249MPa 故贝雷桁梁强度设计满足安全要求。 图8I20贝雷梁强度 (2)贝雷桁梁刚度 图9贝雷梁刚度 图9为贝雷桁梁刚度计算结果。 由图可以看出贝雷桁梁最大变形为: f=15.4mm<[v]=l/400=37.5mm 故贝雷桁梁刚度满足安全要求。 6.2.52I32工字钢分配梁计算结果 (1)分配梁强度 图10I32工字钢分配梁强度 图10为I32工字钢分配梁强度计算结果。 由图可以看出工字钢最大应力为: σ=63.7MPa 故I32工字钢分配梁强度设计满足安全要求。 (2)分配梁刚度 图11I32工字钢分配梁刚度 图11为I32工字钢分配梁刚度计算结果。 由图可以看出分配梁最大变形为: f=2.86mm<[v]=l/400=11.25mm 故分配梁刚度满足安全要求。 6.2.6钢管桩计算结果 (1)钢管桩支反力 图12钢管桩支反力 图13为钢管桩支反力计算结果。 由图可以看出中墩钢管桩最大支反力为: F=495.1kN; (2)钢管桩强度计算 图13钢管桩强度 图14为钢管桩强度计算结果。 由图可以看出钢管桩最大应力为: σ=80.08MPa 故钢管桩强度设计满足安全要求;钢管桩最大应力位于与分配梁连接处,为局部承压应力,其余处应力值范围为: 22.9~55.3MPa。 (3)钢管桩稳定性计算 钢管桩外露高度为5m,横向采用[10槽钢连接,纵向未连接,自由高度取5m。 计 算时钢管桩按一端自由,一端固定考虑。 最大钢管桩反力为: F中=495kN 计算长度: l0=2h=2×5=10(m) 截面面积: A=131.2cm2 回转半径: i=18.457cm 长细比: λ=l0/i=1000/18.457=54.2 查《钢结构设计规范》,可知轴心压杆容许长细比为: [λ]=150;稳定系数: φ=0.835,故有: λ=54.2<[λ]=150 [σ]=[N]/Amφ=495×103/(131.2×102×0.835) =45.18<f=215MPa 综上,钢管桩稳定性设计满足安全要求。 6.2.8栈桥整体计算结果 表2栈桥各构件计算结果汇总表 构件名称 最大应力(MPa) 最大变形(mm) 是否满足要求 备注 桥面板 20.37 / 是 I10工字钢纵梁 90.4 / 是 I20工字钢横梁 193 / 是 贝雷梁 249 15.4 是 大横梁 63.7 2.86 是 钢管桩 80.08 / 是 基础承载力 0.14 是 7、施工注意事项 由于现场施工中存在一些模拟计算中无法考虑到的不确定因素,如自然原因或人为原因造成的临时荷载等,为了尽可能的与模拟条件一致,确保施工安全,须注意以下事项: 1.桥面板与纵梁采用间断焊接连接,横梁两端与贝雷桁梁采用U型螺栓连接固定,中间段与贝雷桁梁不连接。 2.贝雷桁梁与底分配梁采用角钢焊接限位固定措施,防止左右偏移扭转。 3.临时钢栈桥中支点处贝雷桁梁采用[16槽钢竖撑加强,并确保槽钢上下端与贝雷桁梁上下弦杆密贴。 4.分配梁安设在钢管桩槽口内,并且两侧及底部采用薄钢板与钢管焊接固定。 5、实际施工中,钢栈桥桥跨间距按15m/跨进行施工。
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