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24个月;
3)设计行车速度10km/h。
2荷载布置
2.1上部结构恒重(4.5米宽计算)
(1)钢便桥面层:
8mm厚钢板,单位面积重62.8kg/m2,则2.82kN/m。
(2)I12.6单位重14.21kg/m,则2.98kN/m,间距0.24m。
(3)I22a单位重33.05kg/m,则0.33kN/m,1.98KN/根,间距1.0m。
(4)纵向主梁:
横向5排321型贝雷梁,5.5KN/m;
(5)桩顶分配主梁:
2I28a,单位重86.8kg/m,则0.87kN/m。
2.2车辆荷载
1)挂车-120荷载(轮着地宽度和长度为0.5m×
0.2m)
图2挂-120荷载的纵向排列和横向布置(重力单位:
kN;
尺寸单位:
m)
主要指标
单位
履带-50
车辆重力
kN
500
履带数或车轴数
个
2
各条履带压力或每个车轴重力
56kN/m
履带着地长度或纵向轴距
m
4.5
每个车轴的车轮组数目
组
-
履带或车轮横向中距
2.5
履带宽度或每对车轮着地宽和长
0.7
图3、50T履带吊主要技术指标
2)施工荷载及人群荷载:
4kN/m2
3上部结构内力计算
3.1桥面系
由于本项目便桥桥面系采用框架结构,面板加强肋采用间距为24cm的I12.6焊接成整体,其结构稳定可靠,在此不再对面板进行计算,仅对面板主加强肋进行验算,其荷载分析如下:
1)自重均布荷载:
0.29kN/m,本计算中可忽略不计。
2)施工及人群荷载:
不考虑与梁车同时作用。
3)轮压:
最大轴重为300kN,每轴4组车轮,则单组车轮荷载为75kN,车轮着地宽度和长度为0.5m×
0.2m,单组车轮作用在2根I12.6上,则单根I12.6受到的荷载为:
q1=1/2×
75kN/0.2m=187.5kN/m。
面板主加强肋下的横向分配梁I22间距为1m,则单边车轮布置在跨中时弯距最大计算模型如下:
图4受力模型
图5计算结果(Qmax=18.9kN,Mmax=6.12kN.m)
履带荷载属均布荷载,85t分布作用在4.5m长的区域,对桥面工字钢的作用比轮式荷载小,不予计算。
选用I12.6,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下:
Wx=49cm3,A=14.33cm2,Ix/Sx=8.68(Ix=245cm4,Sx=28.2cm3),b=0.45cm。
σ=M/Wx=6.12kN·
m/49cm3×
103=125MPa<
1.3[σ]=1.3×
145=188.5MPa
τ=QS/Ib=18.9*10/14.33/0.45=29.3Mpa<
1.3[τ]=1.3×
85=110.5Mpa
fmax=9.7×
10-6m<
L/400=2.5×
10-3m
(根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有:
对于临时结构有[σ]=145×
1.3=188.5Mpa)
考虑计算中忽略了面板的分配作用,综合考虑该结构设计满足强度要求。
3.2I22a横向分配梁内力计算
车轮作用在跨中时,横向分配梁的弯矩最大,轮压力为简化计算可作为集中力。
荷载分析:
1)自重荷载:
0.3kN/m×
18+0.142kN/m=5.5kN/m
不考虑与梁车同时作用
3)挂车轮压:
根据第3.1节对面板加强肋的计算知,该计算模型中节点反力即为挂车作用于横向分配梁上的轮压荷载,其节点反力结果如下图:
图6面板加强肋节点反力结果
考虑结构物自重,建立计算模型:
图7计算模型
图8计算结果(Qmax=27.72kN,Mmax=8.75kN.m)
85t履带轮压:
履带吊接地长度为4.5m,I22a布置间距为1m,则履带吊同时作用在5根I22a上,单根I22a的履带轮压为850÷
5=170kN小于运梁车单轴300kN同时作用在单根I22a上,不予计算。
选用I22,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下:
则A=42.1cm2,W=310cm3,I/S=18.9cm(I=3400cm4,S=174.9cm3),b=0.75cm
σ=M/W=8.75kN·
m/310cm3×
103=28.2MPa>
τ=QS/Ib=27.7
2*10//18.9/0.75=20MPa>
85=110.5MPa。
根据上述计算结果知,采用I22结构做分配梁,其强度将满足施工要求。
3.3贝雷梁内力计算
3.3.1挂车荷载分析:
q1=0.3kN/m+1.98kN/m+5.5kN/m=7.78kN/m;
2)施工及人群荷载:
不考虑与车辆同时作用;
3)本项目栈桥最大设计跨径为12m,选择12米跨径进行分析,考虑挂车在栈桥上的行驶路径,单跨贝雷梁受力最不利的情况为挂车一端行驶到跨中和跨端位置,据此,利用SAP2000建立受力模型如下:
工况一、
图9受力模型
图10弯矩图(Mmax=1953.44kN.m)
图11剪力图(Qmax=627.88kN)
图12节点反力图(Nmax=926.88kN)
3.3.2履带吊施工阶段荷载
单跨贝雷梁受力最不利的情况为50T履带吊车行驶到跨中位置和跨端作业,50T履带吊车作业荷载85t×
10/4.5m=188.9kN/m。
据此,利用清华大学结构求解器建立受力模型如下:
工况二
图17、受力模型
图18弯矩图(Mmax=2212.04kN.m)
图19剪力图(Qmax=471.71kN)
图20、节点反力图(Nmax=471.705kN)
工况三
图21、受力模型
图22弯矩图(Mmax=1368.39kN.m)
图23剪力图(Qmax=737.35kN)
图24、节点反力图(Nmax=737.346kN)
经过上述分析知,贝雷梁最大弯矩Mmax2=2212.04kN.m,最大剪力Qmax2=737.35kN。
纵向主梁选用5排单层贝雷架,则贝雷梁
容许弯矩[M]=788.2×
5=3941kN.m,
容许剪力[Q]=245.2×
5=1226kN。
Mmax=2122.04kN.m<
[M]=3941kN.m
Qmax=737.35kN<
[Q]=1226kN,满足强度要求。
3.4承重梁内力分析
承重梁一作为便桥结构的主要承重结构,是便桥结构稳定安全的生命线,采用的型材为2I28a。
根据第3.3节对贝雷梁的计算分析,得到最大节点反力为737.346kN,主纵梁为5单层贝雷,则单排贝雷对承重梁一的作用力为737.346/5≈147.47kN。
下面对最不利情况下,承重梁一的内力情况进行建模分析。
图25计算模型
图26弯矩图(Qmax=66.47kN),
图27剪力图(Mmax=216.54kN.m)
根据上述建立有限元模型进行分析可知,取最大荷载Mmax=66.47KN·
m,Qmax=216.54kN进行桩顶承重梁的截面设计。
Wx=Mmax/[σ]=94.28N·
m/145Mpa=458cm3
A=Qmax/[τ]=216.54kN/85Mpa=25.4cm2
选用2I28a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下:
W=2×
508cm3=1016cm3,
A=2×
55.4=110.8cm2,
I/S=24.6(I=7110cm4,S=292.7cm3),
b=0.85×
2=1.7cm,下面对其强度进行验算:
σ=M/W=66.47kN·
m/1016cm3×
103=65.4MPa<
1.3[σ]
τ=QS/Ib=216.54*10/24.6/1.7=51.8MPa<
1.3[τ]
满足强度要求。
4钢管桩承载力
本便桥结构基础采用单排3根钢管桩桩基础,桩顶最大承载力为挂车行驶到桩顶时,最大荷载为约349.1kN。
考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料。
施工中,理论设计值作为钢管桩施工的参考,施工选用振动锤进行施打钢管桩,实际入土深度结合现场实际地质情况确定。
4.1钢管桩理论入土深度计算:
根据《港口工程桩基规范》(JTJ254-98)第4.2.4条:
式中:
Qd—单桩垂直极限承载力设计值(kN);
—单桩垂直承载力分项系数,取1.45;
U—桩身截面周长(m),本处为377mm*6mm钢管桩取1.184m,420mm*7mm钢管桩取1.319;
—单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值(kPa);
—桩身穿过第i层土的长度(m);
—单桩极限桩端阻力标准值(kPa);
A—桩身截面面积;
地质情况统计如下:
岩土编号
土层名称
地基土容许承载力(kPa)
桩周土极限摩力
(kPa)
顶面
(m)
底面高程
层厚(m)
1
粉土
30~55(取40)
1.31
-3.39
4.7
粉砂
35~55(取45)
-13.69
10.3
3
淤泥质粉质黏土
15~25(取20)
-16.59
2.9
根据上述验算可知单桩最大承受荷载约349.1kN。
现假设桩底打入粉砂LXm,带入上述计算公式中(因端部摩阻力很小,计算时不予考虑),则有:
(单排3根桩)349.1kN=1/1.45×
1.319×
(40×
4.7+45×
LX)求解得:
LX=4.4m。
由计算可知,钢管桩打入粉砂层4.4米。
桩底标高为-7.79m,桩顶标高为+7.171m,则单根桩总长为15m。
(单排4根桩)261.8kN=1/1.45×
1.184×
LX1)求解得:
LX1=3m。
(单根桩长度计算长度为13.6m)
4.2钢管桩稳定性计算
水深3m,按1m冲刷深度考虑,则可假定钢管桩悬臂固结点在-8.8m处,桩顶标高取+7.201m,钢管悬臂长度为16m,根据压杆原理,
,满足稳定要求。
4.3钢管桩强度分析:
根据上述计算结果,现对钢管桩基础进行建模分析:
(此处按单排3根420mm*7mm钢管计算)
图28、计算模型
图29、轴向力结果(418.74kN)图30、变形图(fmax=0.0032m)
图31剪力图(Qmax=210.35kN)图32弯矩图(Mmax=94.7kN.m)
Φ420×
7mm钢管桩Wx=1844.775cm3,A=90.823cm2。
回转半径Rx=14.603cm,
长细比λ=L/rx=1600/14.603=110
查《钢结构设计规范》附表17得稳定系数ψ=0.493
根据上述计算,钢管桩在压弯共同作用下,最大应力为:
<
1.3
,满足要求;
钢管桩挠度
,满足要求。
5计算结论
经分析计算,栈桥各主要受力构件强度和刚度均满足受力要求。
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- 栈桥 计算