便桥说明及计算单.docx
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便桥说明及计算单.docx
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便桥说明及计算单
汉洪高速公路第一合同段
(江滩特大桥)
便
桥
计
算
书
计算:
复核:
审核:
铁道部第一工程局桥梁工程处
汉洪高速公路第一合同段项目经理部
二零零五年十月十五日
便桥布置总体说明
一、便桥概况
便桥位于主桥右侧,里程K6+600处,距主桥右幅桥面外边缘15m,直线布置,设计荷载采用汽车-20级。
便桥起点接现有河堤公路,终点接南引桥便道。
便桥跨越长江干堤通顺河,通顺河为Ⅳ级航道,最高通航水位25.14m,通航净宽40m,净高6m。
桥位处受长江倒灌水位影响,汛期(5~10月)多年平均水位23.22m,枯水季节(11~4月)多年平均水位19.18m。
二、便桥结构布置
便桥全长183米,共10个墩,其中3~9号墩位于水中;1、2、10号墩位于旱地上。
其跨径布置为(11.5×2+24+3×30+4×11.5m)。
便桥3~9号墩下部直接采用Φ80cm和Φ50cm钢管桩作支撑。
1、2、10墩采用砼扩大基础,砼内设一层Φ12钢筋网片。
在航道范围,便桥采用3×30m跨径,主梁3、4、5、6跨采用双排单层加强型贝雷梁结构;靠岸边处主梁采用工字钢结构,第1跨采用13根I40工字钢,第2跨采用11根I40工字钢,第7、8、9、10跨采用8根I40工字钢,跨度11.5m。
主梁上满铺15×15cm方木作为分配梁,分配梁上行车道及人行道范围铺5cm木板。
行车道两侧固定15×15cm方木作为护轮木,护轮木净距2.8m。
桥面两侧设∠50×50×5mm的角钢作为防护栏立柱,立柱间用φ16的圆钢及∠40×40×4的角钢纵联,桥面宽度4.4米。
便桥0号台为混凝土扩大基础,基础顶预埋钢板,I40工字钢直接放在基础预埋钢板上并与预埋钢板焊接。
1号墩墩身采用3根Φ50cm的钢管桩,两根I55工字钢拼到一起作为横梁,基础为砼扩大基础,桩间距2.25m。
2号墩为过渡墩,采用混凝土扩大基础,不同的梁高由拆装梁作成的支撑架进行调整。
其墩身采用3根Φ50cm,钢管桩桩间距1.5m。
6号过渡墩采用3根Φ50cm钢管桩。
桩间距1.5m。
3、4、5号墩位于通顺河水中,每墩采用两根Φ80cm的钢管桩作支撑,钢管桩间距2.5m。
7号墩采用2根Φ50cm钢管桩,8号墩采用2根Φ50cm钢管桩。
9、10号墩位于通顺河南岸,采用混凝土基础,2根Φ50cm钢管桩作为墩身。
考虑到汛期涨水后9号墩基础可能会受河水浸泡,在基底打入4米长15×15cm方木以增强基底承载力。
所有桩间均采用[12.6作为横向连接,以增强横向稳定性,3~10号墩桩顶均采用拆装梁1#铁作为横梁。
便桥计算单
对便桥下部结构、主梁、桥面系三部分分别进行计算。
一、下部结构计算
1、钢管桩承载力计算
由便桥结构图可知,4#墩钢管桩受力最大,现对4#墩钢管桩进行承载力计算
a、荷载计算
主梁采用贝雷梁双排单层加强型结构,最大跨度30m,每节贝雷梁3m,重0.501t(包括加强弦杆、支撑架)。
一跨贝雷梁总重:
0.501×4×10=20t,即200KN
桥面系:
方木体积:
v=0.15×4×30=18m3
木板:
v=3×0.05×30=4.5m3
密度:
5.0KN/m3
方木与木板重:
G=(18+4.5)×5.0=112.5KN
恒载自重:
G1=200+112.5=312.5KN
验算活载:
罐车装满砼后总重为32t,即320KN
冲击系数取1.2
便桥是临时性建筑,主要载重车辆是混凝土车,并且满载时只允许单车通过。
b、4#墩最大支座反力计算
计算4号墩的最大支座反力R1
产生最大反力时,车队在桥梁上的位置(车队分布图如下)
将连续梁作为一个先简支后连续结构来计算
根据弯矩平衡条件:
3#墩与4#墩间梁的平衡:
R1/×30=6×(30-4)
4#墩与5#墩间梁的平衡:
R1//×30=12×(30-1.4)
R1/为前轮(6t)对4#墩的压力产生的支反力
R1//为后轮(12t)对4#墩的压力产生的支反力
即:
R1max=R1/+R1//+12=28.64t
即中轮位于桥墩上时,支座反力达到最大值
(28.64×32/30)×10=305.5KN
考虑车辆偏载,计算偏载系数.
车辆最大偏载位置如下图所示,车轮紧靠护轮木。
R2=0.15×P+(0.15+1.80)×P=0.84P
R1=2P-R2=1.16P
1.16P/2P=0.58=58%
为安全起见,单桩受力按活载的60%计算。
又桥梁自重为312.5KN
故单桩受压力最大值为
R=305.5×0.6×1.2+312.5/2=376.21KN
c、单桩竖向承载力计算
1)、钢管桩外径80cm,壁厚1cm,埋深按打入10m计算。
查工程地质勘探报告,工程地质条件为:
淤泥质亚粘土(2—4)极限摩擦力为Ti=20KPa
按《建筑桩基技术规范》计算:
QUK=QSK+QPK=u×(qs1k×L1+qs2k×L2)+qpkAp
式中μ----管桩周长:
μ=0.8×3.14=2.51327m
QUK:
单桩竖向极限承载力标准值
QSK:
单桩总极限侧阻力标准值
QPK:
单桩总极限端阻力标准值
qs1k:
土层极限侧阻力标准值
为了安全QPK不计入承载力
QSK=2.51327×10×20=502.7KN>R=376.21KN(承载力满足要求)
2)、根据钢管桩施打时现场锤击沉桩记录反算钢管桩承载力。
取最终贯入度最大的4#钢管桩计算承载力:
筒式柴油锤:
冲击部分重Q=2.5t;十次贯入度最终为e=2.3cm;活塞跳高平均为:
H=1.4m
根据日本建筑基准法公式:
p=E/(5e+0.1)
一次冲击能E=2QH=2×25×1.4=70KN.m
单桩竖向承载力:
P=70/(5×0.0023+0.1)=627.8KN>339.55KN
故桩基的承载力足够。
3)、钢管整体稳定性计算
河床以上部分钢管长度L=12m,计算长度L0=2L=2×12m=24m
截面惯性矩:
I=(D4-d4)/64=1.935×10-3m4
截面积:
A=0.0248m2=24.8×10-3m2
惯性半径:
i=(I/A)1/2=0.279m
长细比:
λ=L0/i=24/0.279=86
由λ=86,查《钢结构设计规范JBJ17-88》用内差计算得:
稳定系数为=0.743,
б=N/A=376.21×103/(0.743×24.8×10-3)
=20.4×106Pa=20.4MPa<210MPa=[б]<可>
故钢管桩的稳定性满足要求。
2、扩大基础承载力计算
2#墩基础
a、基底承载力计算
基础尺寸:
(长)4m×2m(宽)×0.8m(高)
A=4×2=8m2
根据工程地质勘查报告知:
2#墩处地质为亚粘土(2—2),容许承载力为[σo]=95KPa
基础承载力:
R=A×σo=8×95=760kN
b、基底压应力计算
梁重:
单片贝雷梁:
0.501t/3m;Ⅰ40b工字钢:
0.0738t/m
第3跨梁重(24m贝雷梁):
0.501×4×(24/3)=16.032t
第2跨梁重(11根12m长工字钢):
0.0738×12×11=9.74t
桥面系:
(11.25/30)×(12+24)=13.5t
钢管桩重:
0.0357×3×7.8=0.835t
活载(混凝土车):
32t
混凝土地基:
v=2×4×0.8=6.4m3G=6.4×2.5=16t
基础对地面的最大压力:
(16.032+9.74+13.5)/2+0.835+32×1.2+16=74.8t<76.0t基底承载力满足要求。
二、主梁计算
主梁采用贝雷梁和Ⅰ40b工字钢
a、贝雷梁段
梁体在3、4、5、6跨采用贝雷梁结构,其最大跨径30m,单层双排加强型拼装。
荷载采用汽车-20级,
通过查阅贝雷梁结构设计资料(附录2:
贝雷梁资料)
桥梁的荷载与跨径组合表如下:
由表可知双排单层加强型贝雷梁结构,对汽车—20级,其最大跨径可达36米,本桥采用30米跨度,所以是安全的。
b、工字钢梁段
取不利梁段:
第7跨跨径为11.5m采用8根I40b
1)、计算绝对最大弯距
1.横向荷载分布系数计算:
根据桥面系部分的计算数据,可知桥面活载多加在2#,7#工钢上(桥外侧数第二根),
实际情况方木几乎没有变形,工钢受力基本平均,汽车载荷的横向分布系数为0.125,为安全取0.125×1.1=0.1375
2#工钢上的总活载:
32×1.2×0.1375=5.28t
1.2为汽车的冲击系数
2.绝对最大弯距截面pk的位置:
距梁中点距离
a=0.12mm
3.用etool软件计算,原始数据:
工40bA=94.1cm2,W=1140cm3
L=11.5m,E=210000Mpa,I=227.8×10-6m4
工字钢陈旧折减系数为80%
[σ]=170Mpa×80%=136Mpa
[τ]=80Mpa×80%=64Mpa
集中荷载:
前轮:
(6/30)×5.28=1.056t=10.56KN
中轮:
(12/30)×5.28=2.112t=21.12KN
后轮:
(12/30)×5.28=2.112t=21.12KN
均布载荷:
工40bq1=73.8kg/m=0.738KN/m
桥面系q2=0.469KN/m
q=q1+q2=1.207KN/m
受力图及变形、弯距、剪力图如下:
最大变形(+)35.6mmx=5.87
最大变形(-)0mmx=0
最大弯矩(+)0kN.mx=0
最大弯矩(-)-135.5KN.mx=5.87
强度验算
σ=135.5×1000/1140=118.8MPa<136Mpa
挠度计算:
f/l=35.6/11500=1/323<[f/l]=1/300
变形过大,需对工钢进行进行加强
方木满铺在工钢上,工钢顶面每4m用角钢横向连接,梁的整体稳定性可不计算。
三、桥面系
桥面主要受力结构:
桥面满铺15×15的方木,并在其上加5cm的油松木板。
共有4个不同桥面横截面,取两不利截面进行验算。
1)贝雷梁段桥面系
验算主要构件:
15cm×15cm方木,车道宽:
2.8m
将方木作为一个连续梁结构检算其中一根方木的安全性。
由于方木紧密铺状,并在上面加5cm木板,实际情况是,一根方木最多承受桥上车轮载荷重的1/2甚至是1/3,为了安全取1/2计算。
汽车满载时的载荷分布如下图
一个重轮的力:
(12/2)×(32/30)×1.2=7.68t
一根方木承受1/2:
7.68×0.5=3.84t
32t汽车横向尺寸图:
车轮宽60cm,将集中力换算成均布荷载:
q=3.84×10/0.6=64kN/m
便桥横截面图
车轮的横向移动范围:
车轮外侧距护轮木0cm~40cm
在此范围内:
横向重轮最不利位置:
车轮外测距护轮木0cm
1.受力图及变形、弯距、剪力图:
1.计算结果
最大变形(+)0.6mmx=0.3
最大变形(-)-0.1mmx=1.5
最大弯矩(+)2.8kN.mx=0.9
最大弯矩(-)-2.9kN.mx=0.6
最大剪力(+)28.7kNx=0.9
最大剪力(-)-13.6kNx=2.5
2.强度验算:
方木材料力学性能:
E=1×104MPa[ft]=8.5MPa[τ]=5.95MPa
I=b×h3/12=4.2188×107mm4
截面最大弯矩,发生于距护轮木30cm处。
Mmax=2.9KN.m
最大剪力:
Qm
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