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1)自重均布荷载:
一块桥面板自重17.66KN,面积12m2
则q=(17.66÷
12)×
0.24=0.35kN/m;
2)施工及人群荷载:
不考虑与梁车同时作用;
3)汽车轮压:
平均每个车轮接地宽度尺寸为0.4m×
0.2m,考虑桥面板的整体作用,每组车轮荷载由在3根I18工字钢承担,则单根I18承受的荷载按照集中力计算为600kN÷
3÷
6=33.3kN/m。
4)单侧履带压:
履带宽0.76m,单侧履带压在4根I18梁上(间距0.24×
3=0.72m<0.76m),履带长4.7m,则单根I18受力按线性荷载计算为180.85kN/m÷
2÷
4=22.6kN/m,此线性荷载在1.5m长的范围内换算成集中荷载的大小为22.6kN/m×
1.5=33.9kN>33.3kN的汽车轮压,为此对于I18梁的验算选择履带压荷载进行控制验算。
计算模型
弯矩图(Mmax=10.47KN.m)
剪力图(Qmax=40.88KN)
挠度图(Fmax=1.07mm)
选用I18,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下:
Wx=185.4cm3,A=30.74cm2,Ix/Sx=15.67cm(Ix=1669cm4,Sx=106.5cm3),d=0.5cm
σ=M/W=10.47×
106/(185.4×
103)=56.47MPa<
1.3[σ]
τ=QmaxSx/(Ixb)=40.88×
106.5×
106/(1669×
0.5×
105)=40.13MPa<
1.3[τ]=110.5Mpa
(根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有:
对于临时结构弯曲
应力[σ]=1.3×
145=188.5Mpa,剪应力[τ]=1.3×
85=110.5Mpa)
挠度fmax=1.07mm<
L/600=1500/600=2.5mm,满足要求。
计算中忽略了8mm厚面板及钢框架整体分配作用,为此上述计算中是偏安全的,该桥梁面系结构设计满足临时钢结构强度刚度规范要求。
⑵桥面分配梁验算
荷载分析:
1)施工及人群荷载:
2)恒载自重=17.66/6×
1.5+0.33=4.75KN/m;
工况一履带长4.7m,纵向可以同时压在4根I20a横梁上(3×
1.5m=4.5m<4.7m),单侧履带给予单根I20a横梁的集中荷载:
180.85kN/m×
4.7m÷
4=106kN>单组车轮压200kN÷
2=100kN,为此选择履带荷载进行I20a的结构验算。
弯矩图(Mmax=31.56KNm)
剪力图(Qmax=62.57KN)
挠度图(fmax=0.62mm)
工况二:
50t砼搅拌运输车和60t水泥运输车组合过便桥同作用在同一分配梁上。
计算模型
弯矩图(Max=50.2KN.m)
剪力图
挠度图(fmax=2.868mm)
选用双拼I22a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下:
Wx=309.6cm3,A=42.1cm2,Ix=3406cm4,Sx=177.7cm3,b=0.82cm
σ=M/W=50.2×
106/(309.2×
103)=162.1MPa<
τ=QmaxSx/(Ixb)=267.1×
177.7×
106×
2/(3406×
2×
0.82×
105×
2)=84.97MPa<
1.3[据τ]=110.5Mpa
(根公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有:
挠度fmax=2.838mm<
L/600=2200/600=3.67mm,满足要求。
⑶贝雷梁受力验算
分析本栈桥结构形式,计算中选取一跨9.0m进行结构的强度、刚度及杆件稳定性的验算。
将9.0m跨栈桥简化成一简支梁模型进行分析,分析施工荷载作用情形,现对结构物的两种工况进行分析:
工况一:
当履带吊机位于9.0m跨中是贝雷梁承受最大弯矩。
当吊机位于钢管桩顶区域作业时,贝类梁承受最大剪力。
具体的荷载布置情况见本计算书的“荷载分析布置图”,下面分别对工况一、工况二下纵梁内力情况进行建模分析。
工况一,当履带吊位于跨中时:
受力模型
弯矩图(Max=1749.29KNm)
剪力图(Qmax=526.4KN)
工况二,当履带吊位于桩顶区域时:
弯矩图(Max=1340.06KNm)
剪力图(Qmax=777.46KN)
工况三:
当60t水泥运输车和12m3砼搅拌车同时位于9.0m跨中是贝雷梁承受最大弯矩。
均布荷载弯矩:
Max=ql2/8=20.16×
92/8=204.12Kn.m
集中荷载弯矩:
Max=P/l×
[(c-a)x+al]=350×
3.75=1312.5Kn.m
总计最大弯矩:
Max=1516.62Kn.m
工况四:
当60t水泥运输车和12m3砼搅拌车同时位于钢管桩桩顶处是贝雷梁承受最大剪力。
经计算最大剪力:
Qmax=-752.43KN。
经过上述分析比较知,履带吊施工过程中贝雷梁最大剪力Qmax2=777.46KkN,最大弯矩Mmax2=1749.29KNm。
本栈桥贝雷梁内力情况为:
KQ=【245.2kN×
4片】/777.46kN=1.26(安全);
KM=【788.2kN.m×
4片】/1749.29kN.m=1.80(安全);
因此,整体结构强度满足临时钢结构施工设计规范要求。
结合上述计算,单排贝雷梁内力为:
Qmax=777.46kN/4=1964kN,Mmax=1749.291kN.m/4=437.3kN.m
根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》第22页贝雷梁结构分析简图可知,贝雷梁的内力可分为受纯弯和纯剪叠加而成。
一)受纯弯时
弦杆内力Sx=±
M/h=±
437.3/1.4=312.4KN,
弦杆截面积25.48cm2,因此弦杆应力:
σ=±
Sx/A=±
312.4×
103/(25.48×
102)=123.0MPa≤1.3×
210=273MPa
满足强度要求。
弦杆的稳定性:
ng=σcγ/σ=273/123=2.21>nw,稳定性满足要求;
二)受纯剪时
查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页“桁架容许内力表”可知不加强的单排单层贝雷的容许剪力为245.2kN;
斜杆内力:
SF=±
Q/2sinθ=±
√2/2×
194=±
137.2KN
端竖杆内力:
SZ=±
Q/2=±
1/2×
92KN,斜杆、竖杆采用I8,截面积为9.53cm2
因此,
斜杆、竖杆应力σ=±
137.2×
103/(9.53×
102)=144MPa≤1.3×
ng=σcγ/σ=273/144=1.89>nw,稳定性满足要求;
三)挠度验算
桥梁总惯性矩I
查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页表3-5可知,单排单层桁架J=250497.2cm4,纵向的桥面层I18工字钢的Ix=1669cm4,7.0米宽桥沿桥梁方向共有4片桁架和29根I18桥面纵向梁。
因此,其总惯性矩为I=4×
J+29×
Ix=1050390cm4=0.0105039m4。
①弹性挠度
查《路桥施工计算手册》第764页附表2-9中的计算系数可知,均布荷载产生的挠度为:
fq=0.677×
ql4/(100EI),其中EI=2.1×
105Mpa×
0.0105039m4=0.22×
1010N.m2.
因此,fq=0.677×
ql4/(100EI)=0.677×
197.75×
124÷
(100×
0.21×
1010)=1.26×
10-5m=1.26×
10-3cm=0.00126cm。
②非弹性挠度
按照《装配式公路钢桥多用途使用手册》第39页贝雷桁架挠度计算经验公式,当桁架节数为偶数时,简支梁其跨中最大挠度为:
fmax=dn2/8
其中:
n为桁架节数,d为常数;
单层桁架d=0.3556cm,双层桁架d=0.1717cm;
跨内共有3节桁架,且为单层桁架。
将上述数据代入公式得fmax=0.3556cm×
32/8=0.40cm
③总挠度
由以上计算可得到桁架在自重及履带吊作用下产生的最大挠度为:
f总=f非+f弹=0.00126cm+0.40cm=0.40cm。
按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86第1.1.5条“对于临时或特殊结构,其竖向挠度容许值可与有关部门协商确定”以及参考《装配式公路钢桥多用途使用手册》第49页计算示例,其竖向挠度容许值需满足f/L=1/250,即本桥9.0m跨的挠度容许值为f容=900cm/250=3.6cm。
因此,上述计算得到的f总=0.40cm<f容=4.8cm,满足要求。
(4)桩顶横梁检算
I40a工字钢,相关力学参数如下:
W=1085.7cm3A=80.67cm2I=21714cm4g=67.56kg/mSx=631.2cm3b=1.05cm
恒载:
1.538×
12=18.45T=184.5KN
活载:
履带吊位于桩顶区域时,根据上节计算,桩顶横梁反力为:
777.46KN,4片贝雷片平均分配,每一片对工字钢的压力(双拼I40a工字钢)
P=184.5/2/4+777.46/4=218KN
弯矩图(Max=106.29KN.M)
剪力图(Qmax=169.4KN)
挠度图(fmax=1.4mm)
工字钢最大弯矩:
Mmax=106.29KN.m
最大剪力:
N=169.4KN
最大应力:
δ=M/W=106.29×
103/(2×
1085.7×
10-6)=49Mpa<
1.3×
[δw]=188Mpa
安全系数2.7,该结构安全。
最大剪应力:
τ=QmaxSx/(Ixb)=169.4×
631.2×
106/(21714×
1.05×
105)
=46.9Mpa<
1.3[τ]=110.5Mpa
根据国内公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有:
对于临时结构弯曲应力[δ]=1.3×
145=188.5Mpa
[τ]=1.3×
85=110.5Mpa
fmax=1.4mm<
4.5mm满足要求。
(5)一般墩柱检算
① φ529×
8mm钢管桩Wx=1680cm3,A=131.1cm2
根据上述计算,钢管桩在压弯共同作用下,最大应力为:
δ=M/W+N/A=106.29×
106/(1680×
103)+169.4×
103/(131.1×
10
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