轩辕湖公园人行木栈道设计计算书.docx

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轩辕湖公园人行木栈道设计计算书

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轩辕湖公园人行木栈道设计说明

1.基本资料

1.1主要技术指标

桥跨布置：

标准跨径4.0m，设计选择计算跨径4.0m；

设计荷载：

人群荷载据《城市桥梁设计荷载标准》取5.0kN/m2，栏杆水平荷载2.5kN/m2；

桥面宽度：

净1.6m+2×0.10m护栏；

桥面净高：

最小净高为2.81m。

1.2材料规格及布置

a．挑梁

焊接工字钢截面，梁长1.8m，截面尺寸为200×250×10×10mm，悬挑方式：

在焊接工字钢挑梁的一端焊接420×410×12mm的钢板，采用化学定型锚栓工字钢挑梁固定在观景平台翼墙和中华路桥桥台上，以此作为承担木纵梁荷载的下部结构。

b．木纵梁

矩形截面，标准梁长4.0m，斜梯梁长5.5m，截面尺寸为200×200mm，采用欧洲赤松，强度等级TC17，每个跨径布置3根木梁。

与挑梁的连接方式为：

在工字钢挑梁上翼缘板上面焊接角钢，采用铁木螺栓连接，将木纵梁固定在工字钢挑梁上翼缘上。

c．栏杆

桥面横向两侧设防腐木栏杆，栏杆高度1.2m，栏杆立柱截面尺寸为150×150mm，间距2.0m，用欧洲赤松，强度等级TC17，采用角钢和螺栓将栏杆立柱固定在木纵梁上。

d．铺装

铺装采用5cm厚的防腐木条，强度等级TC13的俄罗斯樟子松，采用螺钉将铺装固定在木木纵梁上。

e．化学定型锚栓及螺栓

本栈道挑梁的锚固采用喜利得化学定型锚栓，规格为M16×250mm，其材料应符合喜利得公司所出的官方性能标准；木纵梁和焊接工字钢挑梁连接采用十字槽半沉头木螺钉GB952-868×80mm，栏杆立柱与木纵梁连接采用半圆头方颈螺栓GB12-88M16×200mm。

2.结构验算

2.1荷载计算

a．自重

栏杆：

[（0.15×0.15×1.2×3+0.08×0.1×5×4）×7.5]÷5=0.36kN/m

铺装木条：

0.05×1.8×7.5=0.68kN/m

木纵梁：

0.2×0.2×3×7.5=0.9kN/m

焊接工字钢挑梁：

0.0063×78.5=0.50kN/m

b．活载

人群：

5.0×1.6=8.0kN/m

2.2木纵梁

木纵梁按简支梁计算，其中中梁相当于两个边梁受荷面积之和，选取中梁为设计木纵梁。

木材强度设计值调整系数：

1.1×0.9×1.0=0.99，木材弹性模量调整系数：

0.85×1.05=0.8925；防腐木TC17：

抗弯fm=0.99×17=16.83N/mm2，抗剪fv=0.99×1.6=1.58N/mm2，弹性模量E=0.85×1.05×10000=8925N/mm2。

a．抗弯验算

跨中弯矩设计值M={[1.2×（0.36+0.68+0.9）+1.4×8.0]÷2×4×4}÷8=13.6kN·m

N/mm2＜16.83N/mm2

满足要求，此处未考虑栈道上铺板的有利作用，最小安全系数为1.6。

b．抗剪验算

最大支点剪力设计值V=[1.2×（0.36+0.68+0.9）+1.4×8.0]÷2×4=27.1kN

N/mm2＜1.58N/mm2

满足要求，此处未考虑栈道上铺板的有利作用，最小安全系数为1.5。

本设计采用角钢和螺栓将栏杆立柱固定在木纵梁上，栓孔据支座处较近，对木纵梁抗剪能力有削弱，此处按规范进行木纵梁实际的抗剪承载能力抗剪验算。

剪力设计值V=27.1×190÷200=25.8kN，M16螺栓挖孔18mm。

图1.1木梁与栏杆连接构造图

N/mm2＜1.58N/mm2

此处未考虑栈道上铺板的有利作用，满足规范要求。

c．挠度验算

此处未考虑栈道上铺板的有利作用，选取中梁为设计木纵梁。

规范要求挠度限值[w]=l/250=4000/250=16mm，满足规范要求，

2.3焊接工字钢挑梁

焊接工字钢梁按悬臂梁计算，采用Q345B钢材，抗弯f=310N/mm2，抗剪fv=180N/mm2，弹性模量E=206000N/mm2。

图1.2挑梁构造图

a．抗弯强度验算

悬臂端弯矩设计值M=[1.2×（0.36+0.68+0.9+0.5）+1.4×8.0]×4×0.9=50.9kN·m

N/mm2＜310N/mm2满足要求。

b．抗剪强度验算

最大剪力设计值V=[1.2×（（0.36+0.68+0.9+0.5）+1.4×8.0）]×4=56.6kN

N/mm2＜180N/mm2满足要求。

c．局部承压强度验算

在木纵梁和挑梁连接处，挑梁受集中荷载，按规范验算局部承压强度。

N/mm2＜310N/mm2

d．整体稳定验算

l1/b1=180/20=9，荷载作用在上翼缘，按规范可不计算挑梁的整体稳定性。

e．挠度验算

mm，满足规范要求。

f．预拱度设置

按规范恒载加1/2活载的计算挑梁端部挠度。

mm

变形较小，经考虑可不设置预拱度。

2.4栏杆

栏杆立柱截面尺寸为150×150mm，间距按最大2.5m计，高度1.2m，防腐木材强度等级TC17，栏杆水平荷载为2.5kN/m2，立柱可看作和木纵梁固结，按悬臂梁考虑。

悬臂端最大弯矩设计值M=2.5×2.5×1.05=6.6kN·m

N/mm2＜16.83N/mm2

满足要求，最小安全系数为1.44。

2.5化学定型锚栓连接

本栈道挑梁的锚固采用喜利得HVA化学定型锚栓，规格为M16，据喜利得公司官方公布锚栓性能可得M16基本设计参数：

拉力N设计值34.7kN，剪力设计值V设计值34.6kN。

图1.3挑梁锚栓布置图图

a．抗拉验算

挑梁悬臂端最大弯矩设计值为46.35kN·m，为安全考虑，此弯矩设计值连接板中性轴以上锚栓受拉承担，设每根锚栓受拉力为N则：

kN＜N设=34.7kN

满足要求，最小安全系数为1.6。

b．抗剪验算

挑梁最大剪力设计值仅为56.6kN，每根锚栓剪力设计值V设计值34.6kN，故抗剪强度远远满足，锚栓对连接板的冲切力较小，故不需要对连接板作冲切验算。

2.5木纵梁与挑梁连接

1.4木纵梁与挑梁连接图

为防止木纵梁的伸缩变形，木纵梁之间设10mm的伸缩缝，与挑梁的连接方式：

在工字钢挑梁上翼缘板上面焊接角钢，采用铁木螺栓连接。

木纵梁承受栏杆的水平荷载，现就木纵梁的水平抗推作验算，查相关规范，十字槽半沉头木螺钉GB952-868×80mm的抗拉强度设计值可取100N/mm2，则每根螺钉抗拉力N设计值为3.14×8×8÷4×100=5024N=5.024kN。

水平抗推承载力设计值为4×5.024=20.1kN＞2.5×5=12.5kN，

木纵梁的水平抗推力满足要求，但考虑随着木螺钉会在荷载作用下松动，建议在栈道两侧的焊接工字钢挑梁和木纵梁交界处加焊钢板，此处木纵梁适当开槽，最终将木纵梁卡在挑梁上，以抵抗水平推力。

2.7栏杆立柱和木纵梁连接

为抵抗栏杆的水平推力，栏杆立柱与木纵梁连接采用半圆头方颈螺栓GB12-88M16×200mm，在木纵梁的下部适当开槽，安装螺栓配套的的螺母，一侧螺栓受拉，具体连接如下。

图查相关规范，C级M16螺栓抗拉设计值ftb=170N/mm2，抗剪设计值fvb=140N/mm2。

1.5栏杆立柱与木纵梁连接图

a．抗拉验算

栏杆立柱悬臂端最大弯矩设计值M=2.5×2.5×1.05=6.6kN·m，每个螺栓抗拉力F，

kN＜3.14×16×16÷4×170÷1000=34.2kN，

满足要求，最小安全系数为1.78。

3.结论

对全桥进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算，包括：

挑梁及连接处强度、挑梁变形、木纵梁自身及连接处强度、木纵梁变形、栏杆立柱强度等，经计算，上述各项内容均满足要求，设计安全储备较高，设计满足要求。