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计算书
便桥计算书
A荷载确定
1.恒载
桥面系(含双拼I22分配梁):
3×2.752t/6=1.376t/m
贝雷桁梁:
0.33×6/3=0.66t/m
护栏、风、水、电等按0.2t/m计
∑=2.016t/m
2.动荷载
施工重车荷载主要表现在12m3混凝土罐车,其中:
砼罐车自重15t+砼重30t;60t水泥+自重15t运输车行驶状态自重约80t;计算时考虑车辆冲击系数及偏载影响,取用1.4冲击系数。
选用50t履带吊车荷载进行便桥主梁及钢管桩基础荷载验算;50t履带吊机:
50t(自重)+15t(吊重)×1.3(冲击系数)=85t。
B荷载验算
⑴桥面板验算
桥面系面板为8mm厚度的花纹板,骨架为29根I18工字钢,焊接成框架结构,其结构稳定可靠,在此不再对面板进行计算,仅对面板主加强肋工字钢I18进行验算,I18桥面横断面内间距为24cm,双拼I22a横向分配梁间距为1.5m,I18其受力计算按照跨径为1.5m的连续梁进行验算。
其荷载分析如下:
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 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: 不考虑与梁车同时作用; 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÷2÷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。 计算模型 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<1.3[σ] 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: 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=2.838mm 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。 工况二: 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: 受力模型 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=±1/2×194=±92KN,斜杆、竖杆采用I8,截面积为9.53cm2 因此, 斜杆、竖杆应力σ=±Sx/A=±137.2×103/(9.53×102)=144MPa≤1.3×210=273MPa 弦杆的稳定性: 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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