延延高速栈桥计算书文档格式.docx

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《钢结构设计规范》GB50017-2003；

《路桥施工计算手册》；

《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》；

《装配式钢桥使用手册》；

《装配式公路钢桥多用途使用手册》；

1.2工程概况

2015年2月10日至2月15日，由于黄河上游整体气温变化较大，造成黄河上游河道封冰消融，在延延高速黄河特大桥桥址处，主河道出现大面积持续流凌现象，体积大，流速快，为近几年之最。

在此之前，入冬以来河道反复出现流凌、雍冰现象，对钢管桩小规模的冲击，限于流凌体积小及雍冰高度有限，未对便桥造成实质性的破坏，但造成了河道内大面积结冰，雍冰高度持续增大，河道变窄。

入冬以来的持续雍冰积累及温度的迅速变化，流凌体积大，流速快是造成这次便桥破坏的主要原因。

该桥上部结构为两道纵梁，每道纵梁采用三片贝雷架拼装，每三片布置一道横向加劲梁。

0#~8#墩跨径组合为1200+900+3×

2100+1500+2×

1500，长度129m。

纵梁上每间隔75cm布置一道I25a型横向分配梁，桥面为[30槽钢。

下部结构为钢管桩，4#墩桩底入岩4.5m～5.0m。

钢便桥2#墩河道侧六根钢管桩冲毁，仅剩最左侧一排；

3#、4#、5#墩除红色所示单排钢管桩倾斜受力，其余均被冲毁；

桥面内外侧之间倾斜，高差54cm。

目前便桥2#墩剩余一排桩至4#墩之间距离45m，4#墩至6#墩之间距离37.5m。

黄河主河道在2#墩至4#墩之间。

目前4#~6#墩贝雷梁已经全部拉倒，便桥4#墩所剩管桩受冰凌冲击，下游钢管桩倾斜，桩顶双拼I40工字钢支撑扭曲变形。

修复方案先加固4#墩，增加现有便桥的稳定，然后从便桥8#墩向小里程方向，采用钓鱼法施工新便桥，7#、6#钢管桩基础不变，从6#～4#墩桥跨改为12m+12m+12m,利用新建桥桥面做平台，用履带吊拆除拉倒的旧桥，补强4#墩钢管桩基础和分配梁，提升贝雷梁到原高度，更换受损贝雷梁，从2#墩向大里程用钓鱼法在12米处增加两排钢管桩，原来的2#～4#墩21m*2跨度变为12m+30m。

1.3钢栈桥设计

1.3.1主要技术参数

（1）荷载确定

根据本栈桥实际修复后使用情况，桥面荷载考虑以下两种主要荷载：

钢栈桥使用中最重车辆9m3的混凝土运输车；

钢栈桥架设时履带吊的荷载。

混凝土运输车的轴重大轴距短，选取跨中位置作为计算荷载；

将履带吊架梁工况作为检算荷载，履带吊不通过30m跨径栈桥。

1台9m3的混凝土运输车车辆荷载的平面和立面布置如下（参考车型：

三一重工生产的SY5250GJB4（9m3欧Ⅲ）：

底盘型号

SYM1250T4

整备质量

14000kg

整车外形尺寸（长×

宽×

高）

9200×

2490×

3880mm

满载总质量

40000kg

轴距

3575mm+1350mm

↑P1↑P2↑P3Pn/2↑Pn/2↑

三一重工9m3砼罐车

P1=6t，P2=P3=17t，合计：

40t。

履带吊架梁时荷载平面及立面如下（参考车型：

三一重工生产的SCC500E履带起重机，自重50t，最大起吊重量50t）：

履带吊自重50t，吊重按20t考虑，合计70t。

履带吊型号

SCC500E

50000kg

履带尺寸

5720×

700mm×

2

履带着地面积

4500×

工作时履带间隙

3000mm

本项目满载总质量

70000kg

↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑

70t均布荷载35t均布荷载35t均布荷载

三一重工SCC500E履带起重机（自重50t，最大起吊重量50t）

（3）钢弹性模量Es=2.1×

105MPa；

（4）材料许用应力：

Q235钢：

[σ]=210MPa；

[τ]=160MPa。

16Mn钢：

[σ]=273MPa；

[τ]=208MPa。

1.3.2栈桥结构

钢栈桥采用12+9+30+12×

3+15×

2m八跨一联连续梁结构，栈桥宽6m。

栈桥基础采用打入φ630×

10mm钢管桩基础，桩顶安装2I40型钢横梁，布置6排贝雷梁，间距0.45+0.45+2.28+0.45+0.45m，贝雷梁上按照0.75m间距布置I25a横梁，横梁布置在贝雷竖杆及中间位置，面板采用[30槽钢，顺桥向横铺，桥面设置钢管栏杆，高度1.2m。

第二章钢便桥计算

钢便桥计算分别选取采用加强弦杆的9+30+12m最大跨径及标准12+15×

2m跨径未加强连续梁作为计算模型，利用MidasCivil计算程序进行验算。

12+15×

2m跨径取以下9个工况进行，9+30+12m取前4个计算工况。

钢便桥计算工况一览表

编号

名称

荷载1

荷载2

组合系数

工况1

砼罐车跨中无偏载

便桥自重

砼罐车

1.1×

荷载1+1.25×

工况2

砼罐车跨中偏载

工况3

砼罐车支点无偏载

工况4

砼罐车支点偏载

工况5

履带吊跨中无偏载

履带吊

工况6

履带吊支点无偏载

工况7

水流冲击荷载验算

水流冲击

0.9×

荷载1+1.35×

便桥自重通过在程序中设置重力系数进行自动加载，除自重外还需加载砼罐车荷载及履带吊荷载，取便桥最不利位置进行验算。

采用《公路桥涵设计通用规范》4.3.8条，对钢管桩流水压力进行计算。

Fw=KA

K桥墩形状系数，钢管桩为圆形墩查表可知为0.8，A为阻水面积，

为谁的重力密度，V为水设计流速，Fw流水压力标准值，流水压力的着力点在设计水位线下0.3倍水深处。

根据设计院提供的水文地质调查报告及日常水流监测情况综合，桥址处水流最大流速为4m/s。

则单根钢管桩的水流压力荷载为：

1/2*0.8*1000*4^2*0.63*7=28224N

在12+15×

2m跨径中，钢管桩深入覆盖层，将横向流水荷载作为工况七在模型中予以考虑；

在9+30+12m跨径中钢管桩处于主河道未生根，采取了钢管桩内部钻孔植筋注浆的横向加固措施，另行计算。

2m）

工况1（砼罐车跨中无偏载）：

砼罐车跨中无偏载（模型）

砼罐车跨中无偏载（反力）

砼罐车跨中无偏载（位移等值线）

砼罐车跨中无偏载（应力）

工况2（砼罐车跨中偏载）：

砼罐车跨中偏载（模型）

砼罐车跨中偏载（反力）

砼罐车跨中偏载（位移等值线）

砼罐车跨中偏载（应力）

工况3（砼罐车支点无偏载）：

砼罐车支点无偏载（模型）

砼罐车支点无偏载（反力）

砼罐车支点无偏载（位移等值线）

砼罐车支点无偏载（应力）

工况4（砼罐车支点偏载）：

砼罐车支点偏载（模型）

砼罐车支点偏载（反力）

砼罐车支点偏载（位移等值线）

砼罐车支点偏载（应力）

工况5（履带吊跨中无偏载）：

履带吊跨中无偏载（模型）

履带吊跨中无偏载（反力）

履带吊跨中无偏载（位移等值线）

履带吊跨中无偏载（应力）

工况6（履带吊支点无偏载）：

履带吊支点无偏载（模型）

履带吊支点无偏载（反力）

履带吊支点无偏载（位移等值线）

履带吊支点无偏载（应力）

工况7（流水冲击荷载）：

流水冲击荷载（模型）

流水冲击荷载（反力）

流水冲击荷载（位移等值线）

流水冲击荷载（应力）

2m跨径栈桥计算汇总表

项目

数值

部位

工况

备注

1

贝雷弦杆最大应力

207MPa

支点

安全

贝雷立杆最大应力

228MPa

3

II40型钢最大应力

30MPa

4

I25a型钢最大应力

158MPa

5

φ630钢管最大应力

50MPa

一侧钢管

6

栈桥最大位移

2.03cm

一侧贝雷

7

最大支点反力

42.7t

说明：

1、根据12+15×

2m跨径栈桥计算汇总表可知，栈桥各构件应力状态均在安全范围，结构强度满足要求。

2、栈桥桥位处覆盖层较薄，覆盖层下为坚硬裸岩地质，基础情况良好，不再进行钢管桩打入深度计算，为保证钢管桩生根效果，对主河道内钢管桩进行冲击钻孔灌注混凝土确保钢管桩固定牢靠。

2.2贝雷钢栈桥计算过程与结果（9+30+12m）

2.2.1结构计算

9+30+12m跨径栈桥计算汇总表

是否安全

328MPa

否

超限需说明

298MPa

超限需采取措措施

44MPa

167MPa

工况2、4

43MPa

5.05cm

分配梁位移过大需采取措施

52t

1、根据9+30+12m跨径栈桥计算汇总表可知，除工况2外栈桥各构件应力状态均在安全范围，结构强度满足要求。

2、在工况2情况下，贝雷片弦杆和立杆都出现了应力超限的情况，集中在3个支点处分配梁与贝雷片竖杆与弦杆的连接节点处，如图所示：

应力超限节点细部图

理论分析将此处视为节点接触，在实际工程中此处接触为面接触实际产生的应力要小于计算值；

在此节点之外弦杆的应力均在允许值之内，因而弦杆安全；

对于小腹杆超限，可在结构上予以加强，采取小腹杆两侧布设双拼10槽钢进行加强。

此情况为极限偏载下出现的情况，在正常使用情况下，不会出现此工况。

3、为避免说明1中出现的局部应力超限的情况出现，由于便桥为流冰冲毁后重建，使用期较短现场并未采取加固措施，而是通过设置行车路线，保证车辆行车处于中轴线两侧不出现大的偏载，同时在便桥上不允许会车跟车，严格限速逐次通过便桥。

2.2.2便桥横向水流荷载计算

由前述可知单根630钢管桩的流水压力荷载为2.8t，单根800钢管桩流水压力荷载为3.6t。

考虑自重与流水压力共同作用，自重荷载组合系数为0.9，流水压力组合系数为1.35。

原钢便桥4#墩旧钢管桩及新建钢管桩较多，未生根，处于主河道重阻水面积较大，将其作为水流荷载计算最不利位置分析。

采取的加固措施为便桥上下游两侧分别设置两根820钢管桩与便桥630钢管桩采用螺旋管做平联，使之为一整体。

将4根Φ820mm钢管灌完砼然后利用钻机设备进行取芯，每根桩取3根，入岩7m，然后每根放入2组32钢筋注入水泥浆。

4#墩钢管桩分布平面图钢管桩钻孔加固

由上图可知总的横向流水压力为17根630钢管桩与4根800钢管桩总和为：

1.35*（17*2.8+4*3.6）=83.7t

流水压力荷载对钢管桩群的作用效应，只考虑四根820钢管桩所提供的抗拔和抗剪能力（此假设，计算结果趋于保守）。

受力模型简化为下图刚架，只考虑横桥向的作用效果。

易知:

F1=F2=83.7/2=41.85t（组合系数1.35）；

G1=G2=0.9*12*（0.82/2）^2*3.14*26/10*2=32.8t（组合系数0.9）；

钢便桥压力荷载从模型中提取为F3=F5=18.6t；

F4=13.1t（组合系数0.9）；

易求得:

支点A：

水平反力39.4t，方向水平向左，竖直反力19.1t，方向竖直向上。

支点B：

水平反力44.3t，方向水平向左，竖直反力96.6t，方向竖直向上。

两个支点均未出现向下的支反力，钢管桩无抗拔要求，抗拔验算通过。

取下游侧较大水平反力44.3t进行抗剪验算。

820钢管桩钻孔后插入钢筋可提供的水平抗剪力为：

360*3.14*0.25*32^2*12/10000=347t

其中360为钢筋抗剪设计值，12为下游侧抗剪钢筋根数。

安全储备系数为347/44.3=7.8,能够满足抗剪需要。

第三章栈桥施工注意事项

a、钢管桩平面位置偏差控制在双排桩80mm，垂直度控制在1%以内；

b、钢管桩施打完成后，应立即进行钢管桩的横向连接，焊接剪刀撑及钢管平联，所有钢结构的焊接，包括钢管桩的节段焊接、型钢的焊接以及各个连接件的焊接质量需可靠牢固；

c、钢管桩横向连接完成后，立即灌注混凝土，保证桩内混凝土密实，可采用旧棉被对钢管桩底部进行封底，避免混凝土被流水冲走。

d、便桥桥面完成后，进行加固措施的施工，钻孔放入钢筋并灌浆。

第四章栈桥运营注意事项

本修复栈桥工程运行期为8个月，建立健全维护栈桥的相关制度，安排专人负责并做好维护记录。

a、设置行车线路指引，砼罐车按照主动路线行进，严禁跟车会车，超限车辆通行；

b、建立修复后便桥沉降观测记录，监控便桥跨中挠度变化；

c、定期检查贝雷片连接处的销子、定位销的松动脱落情况；

以及焊缝等做好定期养护。