高速公路高坡便桥设计方案和计算书.docx
- 文档编号:27579770
- 上传时间:2023-07-03
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:1.26MB
高速公路高坡便桥设计方案和计算书.docx
《高速公路高坡便桥设计方案和计算书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高速公路高坡便桥设计方案和计算书.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高速公路高坡便桥设计方案和计算书
高坡拌合站便道横跨隧道便桥施工方案和力学检算书
编
审
批
日
制:
核:
准:
期:
目
录
第1章概述............................................................1
1.1工程概况.........................................................1
1.2设计说明.........................................................2
1.3设计依据.........................................................3
1.4技术标准.........................................................3
1.5便桥钢材选用及设计参数...........................................4
第2章荷载计算........................................................4
2.1上部结构恒重.....................................................4
2.2车辆荷载.........................................................5
2.3人群荷载.........................................................6
第3章纵梁计算........................................................7
3.1纵梁最不利荷载确定...............................................7
3.2纵梁计算.........................................................7
第4章横梁计算.......................................................10
4.1横梁最不利荷载确定..............................................10
4.2砼罐车荷载下横梁检算............................................11
第5章24M跨贝雷架计算...............................................14
5.1荷载计算........................................................14
5.2挂车-80级荷载下贝雷架计算......................................14
第6章MIDAS空间建模复核计算..........................................17
6.1Midas空间模型的建立............................................17
6.2工况一计算......................................................17
6.3工况二计算......................................................24
第7章桥台地基承载力验算.............................................30
第8章细部构造计算...................................................30
8.1销子和阴阳头计算................................................30
8.2端部支座钢板下砼局部承压计算....................................32
8.3桥台砼抗冲切计算................................................34
第9章结论..........................................................35
第10章施工方案.....................................................35
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
桥台施工.......................................................35
贝雷架安装.....................................................36
横梁安装.......................................................36
纵梁及钢板安装.................................................36
通车试验.......................................................36
施工安全及保证措施.............................................36
2
第1章概述
1.1工程概况
高坡拌合站设置于线路里程DK417+400处横向200米一平坦旱地范围
内(见附图),设办公生活区、搅拌楼、砂石料场、道路、绿化带,占地面
积合计270000m,拌合站下埋深27.03米处有高坡隧道通过,隧道宽14m;拌
和站门前有便道一条,由原来的乡道改建而成,便道处纵断面根据线路纵断
面图确定,如图1-1所示;便道在DK417+313处与高坡隧道立体交叉,交叉
处地下岩层稳定,无溶洞,约4米的表层地质结构为第四系全新统坡洪积层,
土石工程等级为Ⅱ级,表层4米以下为白云质灰岩,土石工程等级为Ⅴ级,
层理产状为:
N45W/45°SE(73°),风化等级为弱风化岩;我单位在此处进
行地质钻探,钻探结果如图1-2所示,与设计资料相符。
由于该便道上将来
经常要通行混凝土罐车等重型车辆,为了确保重型车辆的通行不对隧道施工
产生影响,保证隧道施工安全。
特设置跨径24米,长25.66米,净宽3.8m的临时便桥于该便道上,桥位详见附图。
图1-1
线路纵断面在高坡拌合站处截图
1
图1-2
高坡拌合站处地质钻探照片
1.2便桥设计方案
本便桥设计全长为25.66m,纵向设计跨径为1跨24m,净宽3.8m,采用下承式贝雷架结构。
构成形式为:
主要承重构件为6排单层加强型贝雷桁架,每侧3排,排间距0.45m,使用900型支撑架进行横向联结;桥面为自制桥面板,由8mm厚钢板作为面板和间距0.25m的I14工字钢作为面板纵向加劲肋焊接而成,钢板上焊接φ12mm短钢筋作为防滑设施;横向分配梁为I36b,间距为1.5m;基础采用明挖扩大基础,基础材料为C30砼,尺寸为6.4×2.0×4.2m,基础埋深4.2m,坐落于白云质灰岩持力层。
另外本设计力学检算内容采用商业有限元软件“路桥施工计算专家(RBBCCE)”和Midas/civil2006进行相关计算,并采用容许应力法设计。
便桥布置结构形式如图1-1和图1-2所示
2
图1-1便桥立面图(单位:
m)
图1-2便桥侧面图(单位:
cm)
1.3设计依据
(1)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
(2)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)(3)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)(4)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)(5)《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)
1.4技术标准
(1)设计桥面标高:
1286.82m
(2)设计桥长:
25.66m,单跨24m
3
(3)设计桥宽:
净宽3.8m
(4)设计控制荷载:
设计考虑以下三种荷载:
1、汽车-超20车队
2、混凝土罐车,自重20T+载重30T,考虑1.3的动力系数,按65T荷载设计
3、挂车-80级平板车
设计仅考虑一辆重车在桥上通行,不得同时有多辆罐车在桥上。
(5)设计行车速度10km/h。
1.5便桥钢材选用及设计参数
便桥各构件钢材选用和容许应力如表1-1所示:
表1-1便桥各构件钢材选用和容许应力
构件
材料
种类
型号
轴向容许正应力(MPa)
弯曲容
许应力(MPa)
容许
剪应力(MPa)
桥面钢板
Q235
8mm厚钢板
140
145
85
纵梁
Q235
I14工字钢
140
145
85
横梁
Q235
I36b工字钢
140
145
85
贝雷架弦杆
16Mn
加强型
200
210
120
贝雷架腹杆
16Mn
I8工字钢
200
210
120
节点板
Q235
8-16mm厚钢板
140
145
85
端部支座
固结钢板
Q235
16mm厚钢板
140
145
85
销子
30CrMnT
i
φ49.5mm
1105
1105
585
其他
Q235
140
145
85
第2章荷载计算
2.1上部结构恒重
1)钢便桥面层:
8mm厚钢板,单位面积自重:
0.008×1×1×7.85×1000=62.8kg,即:
0.628kN/m2,桥面宽按4m设计,换
4
-3
算成沿桥跨方向均布线荷载为:
0.628×4=2.512kN/m
2)面板加劲肋I14(纵梁),单位重16.89kg/m,即0.169kN/m,纵向17排,长按24m,沿桥跨方向总均布线荷载为:
2.873kN/m
3)横梁I36b,单位重65.689kg/m,即0.657kN/m,长7m,间距1.5m,共17根,总重0.657×7×17=78.2kN,沿桥跨方向总均布线荷载为:
3.258kN/m
4)纵向主梁:
横向6排321型贝雷梁,每片贝雷重287kg(含支撑架、销子等),总重为:
287×8×10×10×6=137.76kN,换算成桥跨方向均布线荷载为:
5.74kN/m。
2.2车辆荷载
1)汽车-超20级
车轮着地尺寸为0.6×0.2m(宽×长),加载图式如图2-1所示
图2-1汽车-超20级加载图式
按其中最重的车辆计算,如图2-2所示
图2-2汽车-超20级加载图式
5
图2-3砼罐车平立面及加载图式
3
3
2)9m的混凝土罐车
1台9m(考虑冲击系数1.3满载后65t)的混凝土罐车车辆及荷载平面和立面如图2-3所示
3、挂车-80级
加载图式如图2-4所示
图2-4挂车-80级加载图式
2.3人群荷载
人群荷载为4kN/m
2
6
第3章纵梁计算
3.1纵梁最不利荷载确定
其荷载分析如下:
1)自重均布荷载:
2.512+2.873=5.385kN/m(面板+加劲肋纵梁),对于每根纵梁的均布荷载为0.224kN/m
2)人群荷载:
不同时考虑
3)I14加劲肋间距为25cm,横向分配梁间距为1.5m,纵梁受力计算按照跨径为1.5m的5跨连续梁进行验算
4)汽车轮压
●汽车-超20级轮压:
车轮接地尺寸为0.6m×0.2m,纵梁间距
0.25m,0.25×2<0.6,故每组车轮压在3根I14上,考虑冲击系数1.3,则单根I14承受的荷载按照集中力计算为1.3×140kN÷2÷3=30.3kN;
●砼罐车轮压:
车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,每组车轮压在3根I14上,已经考虑汽车冲击系数1.3,则单根I14承受的荷载按照集中力计算为250kN÷2÷3=41.7kN;
●挂车-80级轮压:
车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,纵梁间距
0.25m,0.25×2=0.5,故每组车轮压在3根I14上,考虑冲击系数1.3,则单
根I14承受的荷载按照集中力计算为1.3×200kN÷4÷3=21.7kN;
对比上面3种车辆荷载,得出砼罐车作用时,纵梁加劲肋纵梁受力最不利。
故:
I14梁的验算选择罐车进行控制验算,则单边车轮布置在跨中时弯距最大,
纵梁上面的钢板均布荷载为2.512/17=0.15kN/m
3.2纵梁计算
1)当罐车的后轮作用在两横梁中间时,纵梁弯矩最大。
“路桥施工计算专家”(RBCCE)软件计算模型如图3-1所示
图3-1纵梁计算模型
模型中25kN是根据轴重成比例分配得到,即
7
1525
=
2541.7
其中单元截面性质如表3-1所示
表3-1模型各单元特性表
计算结果如图3-2和图3-3所示:
图3-2纵梁弯矩图和剪力图
8
图3-3纵梁变形图
根据计算结果可知:
(1)最大弯曲应力122.11MPa<[σw]=145MPa,满足抗弯强度要求;
(2)当后轮压在两横梁中央时剪力为34.61kN,而当后轮压在两横梁处时剪力为41.7kN,剪应力τ=VS/Ib,其中剪力取V=41.7kN,I/s=12cm,腹板厚b=5.5mm,代入得τ=41.7×1000/(120×5.5)=63.2MPa<[τ]=85MPa,满足抗剪强度要求;
(3)最大位移1.354mm 2)当罐车的后轮作用在横梁处时,纵梁受到的剪力最大。 RBCCE计算模型如图3-4所示 图3-4纵梁计算模型2 计算结果如图3-5所示 9 图3-5纵梁计算结果 根据计算结果可知: (1)最大弯曲应力77.47MPa<[σw]=145MPa,满足抗弯强度要求; (2)纵梁最大剪力为42.3kN,剪应力τ=VS/Ib,其中剪力取 V=42.3kN,I/s=12cm,腹板厚b=5.5mm,代入得τ=42.3×1000/(120×5.5)=64.1MPa<[τ]=85MPa,满足抗剪强度要求; (3)最大位移0.669mm 由计算可见: I14工字钢作为纵梁,间距0.25m可以满足受力要求。 第4章横梁计算 4.1横梁最不利荷载确定 由于车辆是压在大桥面板上,故认为车辆荷载传递到横梁上时是均衡传递的,认为车辆最前后轴距间的横梁承担车辆集中荷载,这是偏于安全考虑的,对比三种 10 22 2 车辆荷载作用下单根横梁受力见表4-1: 表4-1三种车辆荷载作用下单根横梁受力 车辆荷载 前后轴距和(m) 分配横梁根数 总轴重 (kN) 单根横梁承受(kN) 汽车-超20级 12.8 8 550 68.75 砼罐车 5.5 3 650 216.67 挂车-80级 6.4 4 800 200 从表中可以看出,砼罐车荷载作用下,对横梁的受力最不利。 4.2砼罐车荷载下横梁检算 荷载分析: (1)桥面钢板面荷载为0.628kN/m,纵梁面荷2.873/24=0.12kN/m,总0.628+0.12=0.75kN/m,换算成均布线荷载为: 0.75×1.5=1.13kN/m (2)人群荷载: 不考虑与汽车同时作用 (3)轮压荷载: 按砼罐车轮压计算 车辆行进在桥横向中间时,横向分配梁的弯矩最大,轮压力为简化计算可作为集中力,RBCCE计算模型如图4-1所示: 图4-1横梁计算模型1 各单元特性如表4-2所示 表4-2横梁模型各单元特性 11 计算结果如图4-2和4-3所示 图4-2弯矩图和剪力图 变形图如图5-3所示 12 图4-3横梁变形图 由计算结果图可见 (1)弯曲正应力σ=103.59MPa<[σ]=145MPa,满足抗弯强度要求; (2)剪力263.78kN,剪应力τ=VS/Ib 其中剪力V=263.78kN,I/s=34.1cm,腹板厚b=10.5mm,代入得τ=263.78×1000/(341×10.5)=73.7MPa<[τ]=80MPa,满足抗剪强度要求; (3)最大位移1.764mm 当65T罐车后车轮单个车轮布置在桥面边缘时剪力最大,RBCCE计算模型如图4-4所示: 图4-4横梁计算模型2 计算结果如图4-5所示 13 图4-5横梁计算结果2 (1)最大弯曲应力71.73MPa<[σ]=145MPa,满足抗弯强度要求; (2)最大剪力为196.83kN,剪应力τ=VS/Ib 其中剪力V=196.83kN,I/s=34.1cm,腹板厚b=10.5mm,代入得τ=196.83×1000/(341×10.5)=55.0MPa<[τ]=80MPa,满足抗剪强度要求; 14 (3)最大位移1.411mm 由计算可知,横梁满足各项受力要求,是安全的。 第5章24m跨贝雷架计算 5.1荷载计算 贝雷架为主要承重结构,由两榀构成,每榀由3排组成,每排由8节标准贝雷桁架节构成。 如图5-1所示: 图5-1桥跨布置 荷载分析: 1)自重均布荷载: 根据前面的计算可知均布荷载为: q=2.512+2.873+3.258+5.74=14.383kN/m 2)人群荷载: 不考虑与车辆同时作用; 3)车辆荷载: 按挂车-80验算; 5.2挂车-80级荷载下贝雷架计算 为简化计算,贝雷架的上承受的荷载有集中荷载和均布荷载,均布荷载为桥面系和贝雷架自重,集中荷载为车辆荷载,集中荷载按挂车-80级计算,计算模型如图5-2所示,对单片贝雷架q=14.383/6=2.4kN/m,集中荷载p1=p2=p3=p4=200/6=33.3kN 图5-2 贝雷架计算模型 需要说明的是: 挂车-80轴重等效成集中力不一定在节点上,由于实际是节点受力,故适当把力移动相近节点上计算。 杆件截面特性如表5-1所示 15 2 4 表5-1 贝雷架杆件截面特性 杆件 材料 截面 面积(m) 惯性矩(m) 加强型 上下弦杆 16Mn4[100.005022.04×10 -5 竖杆 斜杆 16MnI80.0009771.025×10 16MnI80.0009771.025×10 -6 -6 贝雷架构件材料考虑稳定后的容许轴力如表5-2所示 表5-2 项目 弦杆加强型弦杆 竖杆 斜杆 贝雷架构件考虑稳定后容许轴力(kN) 允许轴力 560 560×2=1120 210 171 计算结果如图5-3~5-5所示轴力图如图5-3所示 图5-3贝雷架轴力图(单位: kN) 变形图如图5-4所示 图5-4贝雷架变形图 16 图5-5贝雷架最大轴力位置 由计算结果可知: (1)弦杆最大轴力582.81kN<[N]=1120kN,弦杆满足强度和稳定要求; (2)竖杆最大轴力88.9kN<[N]=210kN,竖杆满足强度和稳定要求; (3)斜杆69.14kN<[N]=171kN,斜杆满足强度和稳定要求; (4)最大竖向位移51.01mm 由上面的计算可知: 贝雷架各杆件满足受力要求,是安全的。 第6章Midas空间建模复核计算 6.1Midas空间模型的建立 把贝雷架,横梁,纵梁,钢板作为一个整体进行空间建模, 由于贝雷架杆件之间是焊接,故采用梁单元来建模,对于节与 节之间用销钉连接,看成铰接,在Midas中采用释放梁端约束 的办法实现铰接,另外对于加强型弦杆,看成一个杆件,截面 如图7-1所示,建立的Midas平面模型时,由于截面库中没有 4槽钢截面类型,解决办法是: 首先在AutoCAD中绘制半截 面,将其存为dxf文件,利用Midas中的截面特性计算器导入 该半截面并计算截面特性,然后再将其截面特性计算结果导出Midas的sec文件,然 后在Midas中: 模型→材料和截面截面特性→截面→添加→数值→任意截面→从SPC导入,最后将导入的面积和惯性矩Iyy数值改为原来的2倍,从而实现四槽钢截面的间接输入。 对于 图6-1贝雷架上下弦杆截面 横梁与贝雷架之间的连接和横梁与纵梁之间的连接其中一个采用弹性连接类型中的刚性连接,其余采用弹性连接中的只受压类型,对于板和纵梁之间为焊接,模型中 17 2 采用连接采用共用节点,即刚接,共用节点会导致截面之间交错冲突,Midas中采用截面偏心解决。 两端贝雷架节点处一端固定支座,一端活动支座。 验算荷载为挂车-80级,车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,纵向4个轴,横向4排轮,单轴重200kN,车轮面荷载为: 200/(0.5×0.2×4)=500kN/m。 对于自重程序自动计算。 选取两个工况进行验算,即车辆位于跨中和端部。 6.2工况一计算 工况一: 车辆行进在跨中。 建立的空间模型如图6-2~6-5所示 图6-2工况一空间模型 图6-3工况一空间模型立面图 18 图6-4工况一空间模型平面图 图6-5工况一空间模型侧面图 计算结果如下: (1)8mm厚钢板 钢板正应力如图6-6所示 图6-6工况一钢板正应力 钢板剪应力如图6-7所示 19 (2)纵梁 图6-7工况一钢板剪应力 纵梁弯曲组合应力如图6-8所示 图6-8工况一纵梁组合应力 纵梁剪应力如图6-9所示 20 图6-9工况一纵梁剪应力 (3)横梁 横梁弯曲组合应力如图6-10所示 图6-10工况一横梁组合应力 横梁剪应力如图6-11所示 21 (4)贝雷架 图6-11工况一横梁剪应 力 贝雷架组合应力如图6-12所示 图6-12工况一贝雷架组合应力 贝雷架剪应力如图6-13所示 22 图6-13工况一贝雷架剪应力 (5)整体位移 全桥整体变形如图6-14所示 图6-14工况一全桥整体变形 根据计算结果可以得到: (1)钢板最大正应力42.2MPa<[σ]=140MPa,最大剪应力24.3MPa <[τ]=85MPa,满足受力要求; (2)纵梁最大轴弯组合应力73.3MPa<[σw]=145MPa,最大剪应力26.7MPa<[τ]=85MPa,满足受力要求; (3)横梁最大弯
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高速公路 高坡 便桥 设计方案 计算