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钢便桥计算书
钢便桥计算书
狮子山施工钢便桥
计
算
书
中铁航空港集团峨米铁路
项目经理部三分部
二〇一六年八月
第1章概述
1工程概况
1.1便桥设计方案
本便桥设计全长为13m,纵向设计跨径为1跨11.5m,宽7m,采用上承式工字钢组合结构。
构成形式为:
主要承重构件为10排I56b工字钢组成,排间距0.75m,长12m;桥面防滑花纹钢板,钢面板下设置I20a工字钢做为横向分配梁,间距根选取0.4m,与槽钢桥面板焊接;桥台采用混凝土桥台,基础和台身采用C25混凝土。
尺寸根据施工现场情况而定,基础为7.6m长,高0.5m,1.5m宽,桥台长7.2m,高3.5m,宽1.4。
本栈桥按容许应力法进行设计。
1.2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)
1.3技术标准
(1)设计桥长:
13m,单跨11.5m
(3)设计桥宽:
净宽7m
(4)设计控制荷载:
设计考虑以下三种荷载:
①汽车-20,根据《公路桥涵通用设计规范》,取1.3的冲击系数。
②50T履带吊机:
履带接地尺寸4.5m×0.7m。
③挂车-100级平板车,根据《公路桥涵通用设计规范》,取1.3的冲击系数。
设计仅考虑单辆重车在桥上通行。
图1、汽车-20车荷载布置图
图2、履带吊车荷载布置
图3、挂车-100级加载布置图
1.4自重荷载统计
1)栈桥面层:
桥面钢板,单位延米重31.42kg,长12m,中心间距30cm,总重:
0.3142*12*23=86.72KN,沿桥跨方向均布线荷载为:
86.72/12=7.23KN/m
2)横梁I20a,单位重27.9kg/m,即0.279kN/m,长7m,间距0.4m,总重0.279×7×30=58.59kN,沿桥跨方向总均布线荷载为:
5.859kN/m.
3)纵梁I56b,单位重115kg/m,即1.15kN/m,长12m,间距0.75m,总重1.15*10*12=138KN,沿桥跨方向总均布线荷载为:
11.5kN/m.
1.5行人荷载
根据《公路桥涵设计通用规范》,取值3kN/m。
第2章横梁计算
2.1横梁最不利荷载确定
由于车辆是压在桥面板上,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,对比三种车辆荷载作用下单根横梁受力见表2-1:
表2-1三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-20
4.5
11
650
59.09
履带
4.5
11
500
45.5
挂车-100级
6.4
15
1000
66.67
从表中可以看出,挂车荷载作用下,对横梁的受力最不利。
2.2挂车荷载下横梁检算
荷载分析:
桥面槽钢自重荷载为7.23kN/m,横梁自重荷载0.279kN/m
作用在横梁I20a工字钢上的均布线荷载为:
7.23*0.4/7+0.279=0.692kN/m
人群荷载:
不考虑与汽车同时作用
轮压荷载:
按挂车-100车轮压计算
活载P=250*1.3/2=162.5KN/m,恒载q=0.692KN/m
采用RBCCE计算
根据计算结果可知:
查的I20a:
I=2370cm4W=237cm3
最大弯矩M=24.62kn,最大剪力155.65kn,按照容许应力法进行相关验算
σw=Mmax/rw=24.62×103/237×10-6=103.89Mpa<145Mpa
强度满足要求;
剪应力τ=VS/Ib
其中剪力V=155.65kN,I/s=17.2cm,腹板厚b=7mm,代入得τ=155.65×1000/(172×7)=129.28MPa<[τ]=140MPa,满足抗剪强度要求;
第3章11m跨纵梁计算
3.1荷载计算
纵向主梁:
每排主梁延米重量为115kg/m,总重为:
115×10×10-3×12×10=138kN,换算成桥跨方向均布线荷载为:
11.5kN/m
1)自重均布荷载:
根据前面的计算可知均布荷载为:
q=7.23+5.859=13.089kN/m
2)人群荷载:
不考虑与车辆同时作用;
3)车辆荷载:
按挂车-100验算;
3.2纵向主梁计算
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纵梁自重,集中荷载为车辆荷载,集中荷载按汽车轮压荷载计算,计算模型如图所示,对单片I56b工字钢q=13.089/10+1.15=2.46kN/m,
集中荷载:
挂车-100,p1=p2=p3=p4=1.3×(250/10)=32.5KN
用rbcce求得:
最大弯矩M=245.42kn.M,最大剪力79.14kn
查的I56b:
I=68512.5cm4W=2446.69cm3
σw=Mmax/rw=245.42×103/2446.69×10-6=100.31Mpa<145Mpa
强度满足要求;
剪应力τ=VS/Ib
其中剪力V=79.14kN,I/s=47.14cm,腹板厚b=14.5mm,代入得τ=79.14×1000/(471.4×14.5)=11.57MPa<[τ]=83MPa,满足抗剪强度要求;
由计算可见:
I56b工字钢作为纵梁,间距0.75m情况,各种车辆均能满足受力要求。
第4章桥面槽钢计算
桥面板采用[28a槽钢,槽钢下设中心间距400mm的I20a工字钢横梁,桥面板净跨径为300mm(20a工字钢翼板宽度为100mm)。
4.1、荷载计算
其荷载分析如下:
1)自重均布荷载:
0.3142*23=7.23kN/m(沿桥跨方向菌斑荷载,对于每根纵梁的均布荷载为0.3142kN/m
2)人群荷载:
不同时考虑
3)[28a纵向槽钢间距30cm,横向分配梁间距为0.4m,纵梁受力计算按照跨径为0.4m的5跨连续梁进行验算
4)汽车轮压
汽车-20级轮压:
车轮接地尺寸为0.6m×0.2m,纵梁间距0.3m,0.3×2=0.6,故每组车轮压在2根[28a上,在槽钢上的分布宽度为0.2m;考虑冲击系数1.3,则单根[28承受的线荷载为1.3×140÷2÷2÷0.2=227.5kN/m;
挂车-100级轮压:
车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,纵梁间距0.3m,0.25×2=0.5,故每组车轮压在2根[28a上,考虑冲击系数1.3,则单根[28a承受的线荷载为1.3×250÷2÷2÷0.2=406.25kN;
对比上面3种车辆荷载,分别计算挂车-100级作用和75t履带时。
4.2桥面纵梁计算
当挂车-100级作用在纵梁上,考虑横梁间距为40cm时,其计算模型、弯矩、剪力为:
最大弯矩:
4.58KN.m,最大剪力:
48.6KN
查的[28a开口侧截面抵抗矩W=35.718cm3,I=217.9cm4tw=1.25cm,A=40.02cm2
最大弯矩M=6.28KN.M,最大剪力56.64kn
σw=Mmax/w=4.58×103/(35.7×10-6)=128.3Mpa<145Mpa
强度满足要求;
τ=V/A,其中剪力取V=48.6kN,A=40.02
τ=48.6×1000/(40.02)=12.14MPa<[τ]=140MPa
满足抗剪强度要求;
刚度验算:
由以上模型可知,将汽车轮压荷载简化为集中荷载,处于跨中时计算的挠度是远远大于实际情况的。
以此计算挠度:
刚度验算:
fmax<[f]
fmax=Pl3/(48EI)其中E=2.05×105MPa
fmax=(81.25×0.43)/(48×2.05×1011×2.179×10-6)
=0.024mm<[f]=1/400m=10mm
故刚度满足要求
由计算可见:
[28a槽钢作为纵梁,间距0.4m情况,各种车辆均能满足受力要求。
第5章基础设计
5.1基础承载力计算
桥身钢结构自重27.54吨,荷载:
拖车100吨
桥梁上部恒载反力N1=27.54/2=13.77T
桥梁上部活载反力N2=100T
桥台自重G=2.5×7.6×0.85×0.4+2.5×7.2×3.5×1+2.5×7.6×1.5×0.5=83.71T
不考虑偏心作用,墩身受中心荷载作用,其地基承载应为:
σ=
=
=173.2KPa
注意:
桥台基础底部承载力必须>174KPa,因一般河岸淤泥质地基承载力较低,建议开挖至相应基础深度,并通过试验确定地基承载力,确保满足要求。
5.2抗滑移稳定验算
台侧土压力按朗肯土压力公式计算。
取γ=18kN/m3,ka=0.33,
则墩侧土压力Pa=0.5γh2ka=0.5×18×42×0.33=47.52kN
∑Ni=G=83.71=837kN
∑Pi=Pa=47.42kN
基底摩擦系数按沙砾取μ=0.35
则kc=0.35×837/47.52=6.16>1.3
满足要求。
5.3抗倾覆验算
墩侧土压力按朗肯土压力公式计算。
取γ=18kN/m3,ka=0.33,
则墩侧土压力Pa=0.5γh2ka=0.5×18×42×0.33=47.52kN
于是,倾覆力矩
M1=Pa×0.3h=47.52×0.33×4=62.73kN·m
墩身抗倾覆力矩
M2=G·0.5×4=837×2=1674kN·m
抗倾覆稳定系数
K0=M2/M1=1674/62.73=26.68>1.5
满足
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