邕江四线大桥施工栈桥计算书建筑施工资料.docx
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邕江四线大桥施工栈桥计算书建筑施工资料
附件2—3
新建云桂铁路引入南宁枢纽站前及部分站后工程
新南宁邕江四线特大桥
栈桥计算书
编制:
复核:
审核:
中铁四局集团有限公司南宁枢纽Ⅰ标工程指挥部
二O一0年六月
1。
工程概况
南宁枢纽东起湘桂线邕宁站,西至云桂线江西村DK21+500,南至南防线吴圩站。
新南宁邕江四线特大桥梁中心里程为:
DK3+619.80,孔跨式样为13×32m+(36+64+36)m连续梁+2×24m+1×32m+(72+2×128+72)m连续梁+(52+88+52)m连续梁+2×32m+(36+64+36)m连续梁+8×32m预应力混凝土梁。
桥梁全长为1723。
68m,桥梁里程范围为D1K2+765。
408~D1K4+489.088.本桥依次跨越江北大道、邕江、江南大道、五一路。
邕江在本桥位处属内河Ⅱ级航道,桥位跨越邕江处江面宽约370m,江面至轨面约33.5m。
连续梁主墩采用圆端型实体墩,边墩及其余桥跨桥墩均采用矩形墩,钻孔桩基础。
本桥主跨(72+2×128+72)m连续梁20#~22#桥墩基础位于邕江水中,现施工常水位水深约5。
3~13。
8m,且河床覆盖层较厚,下为岩层,30m内地质大致情况是第一层覆盖层粘土厚1。
5m,第二层细圆砾土厚10m,第三层泥岩夹泥质粉砂岩夹褐煤20m,19#、23#采用钢板桩围护施工,20#~22#桥墩承台砼施工之前设置双壁钢围堰并进行水下砼封底施工、20#~22#钻孔桩均采用钻孔平台施工.为了对河中墩提供物资设备等,修建栈桥连接钢平台。
栈桥桥址处于施工水位63.85m,百年一遇流速2.1m/s,栈桥桥面标高68.28m.栈桥基础采用φ630mm钢管桩,桩顶设置分配梁采用两根工字钢I40a型钢。
栈桥标准跨度12m,4跨一联。
2。
设计标准
2.1设计原则
栈桥的设计原则按下述的工作状态和非工作状态计算设计,“工作状态"是指有施工人员在栈桥上,必须保证绝对的安全,设防标准最高.要求各构件处于弹性,最大应力小于屈服强度;结构具有足够的耐疲劳性能;工字梁的允许跨中挠度按照桁架选取,为1/400的单跨跨径;桩顶的允许横向位移按照框架柱选取,为1/150的桩长且稳定因子大于4,即小于1/600桩长;桩基的竖向承载力安全系数大于2;结构上的任何连接不破坏.“非工作状态”是指由于出现概率较小、荷载值较大,且栈桥停止施工并封闭,因而要求可以相对放宽,允许发生可修复性的破坏,栈桥经简单的修复后能够迅速地投入使用。
2。
2基本结构形式
主体结构:
栈桥跨度12m,4*12m一联,主梁采用“321"型贝雷桁架,每联之间设置双墩,断面采用八片贝雷片,布置形式见附图。
桥面系:
由I28a作横梁,I14作分配梁,面板采用10mm花纹板。
桩基础:
钢管桩直径φ630mm,δ=10mm;钢管桩所用钢管,材质Q235,采用钢板卷焊。
2.3设计荷载
(1)设计荷载为公路I级;
(2)施工车辆,按混凝土罐车车辆组(单辆混凝土罐车总重40t,前后轴分别为10.5t,2*14.75t)计算,车辆间距10m.
(3)50t履带吊(履带吊接地面积2—4660*760mm2)
(4)设计流速:
2.1m/s。
2。
4主要计算依据
(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》(JTGD63—2007)
(3)《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》(JTJ025-86)
(4)《装配式公路钢桥多用途使用手册》
(5)《桥梁工程》(合肥工业大学出版社)
(6)《南宁枢纽工程设计说明与图纸》
3。
桥面系计算
3。
1桥面系基本材料
栈桥桥面板采用10mm花纹钢板,分配梁I14和横梁I28a。
分配梁间距30cm,横梁间距75cm.桥面系构造见图1。
图1。
桥面系构造
3.2计算荷载
桥面系的设计荷载为公路-I级,混凝土罐车,履带吊—50t.经过计算,公路—I级和履带吊—50t在桥面系分析中不起控制作用,故只考虑混凝土罐车车轮轮压。
3.3计算模型
根据弹性理论,采用有限元法对桥面系进行应力分析.弹性模量取2。
06*103,泊松比取0.3,容重为78。
5kN/m3。
桥面板按四轮荷载作用下连续板计算,考虑混凝土罐车最不利荷载为后轴P=147.5kN,轮压面积为0。
6*0.2m2,为了方便计算,取轮压面积0。
375*0.15m2,则压力荷载147.5/(2*0.375*0。
15)=1306。
7kN/m,每轴共两处,间距1.8m。
图2。
桥面系计算模型(混凝土罐车)
3。
4计算结果
3.4.1桥面板和分配梁的计算
通过midas建模计算,计算结果汇总于下表:
工况
10mm桥面钢板
I14工字钢横梁
桥面板挠度
混凝土罐车轮压荷载
131MPa
83MPa
1.4mm
以上计算结果,桥面板最大应力131MPa,I14分配梁最大应力83MPa,都在容许应力145MPa的范围内.桥面板竖向位移为1。
4mm,满足设计要求。
图3。
桥面板应力图
图4。
I14工字钢分配梁应力图
图5.桥面板挠度图
3.4.2横梁的计算
桥面系横梁最不利布置车轮是车轮刚好压在横梁上,最不利荷载情况下,横梁的应力图见下:
图6.横梁组合应力图
图7横梁剪应力图
图8。
横梁竖向挠度图
由上可得横梁弯曲应力最大值是43.9MPa,剪应力最大值是39。
1MPa,竖向位移0。
40mm。
Q235钢材容许弯曲应力值145MPa,容许剪应力值85MPa,容许挠度1500/400=3。
75mm,满足要求!
4.贝雷桁架计算
4.1栈桥结构分析
计算荷载为公路I级荷载,验算荷载为混凝土混凝土罐车车辆组、单辆50t履带吊。
贝雷梁计算考虑的工况为:
(1)计算荷载:
恒载+公路一级
(2)验算荷载工况一:
横载+双列混凝土罐车车辆组
(3)验算荷载工况二:
恒载+单辆50t履带吊
贝雷梁结构形式为4*12m一联的联系梁,其桥梁立面图见图9.
图9。
一联栈桥立面图
4.2计算结果
4.2.1结构内力计算
贝雷片主梁按整体单梁计算,结果如下:
贝雷梁在恒载+两车道公路-I级作用下的弯矩、剪力包络图见下图。
图10.恒载+两车道公路一级作用下弯矩包络图
图11。
恒载+两车道公路一级作用下剪力包络图
贝雷梁在恒载+两列混凝土混凝土罐车罐车的作用下的弯矩、剪力包络图见下。
图12。
恒载+两车道混凝土罐车荷载作用下弯矩包络图
图13.恒载+两车道混凝土罐车荷载作用下剪力包络图
贝雷梁在恒载+单辆50t的履带吊的作用下弯矩、剪力包络图见下
图14。
恒载+单辆50t履带吊荷载作用下弯矩包络图
图15。
恒载+单辆50t履带吊荷载作用下剪力包络图
弯矩剪力计算结果汇总如下
计算工况
弯矩(kN。
m)
剪力(kN)
最大值
最小值
最大值
最小值
1.恒载+公路I级
1703
1314
891
881
2。
恒载+混凝土罐车
2052
1580
998
956
3。
恒载+履带吊
1170
868
593
593
4.2.2挠度计算
贝雷梁的位移分为弹性和非弹性变形,下面参考《装配式公路钢桥多用途使用手册》计算.
A弹性变形计算
单片不加强贝雷梁的截面抗弯惯性矩
Ix=4*(198。
3+702*12。
74)=250497cm4,
四组双排贝雷片抗弯惯性矩是20039776cm4,弹性模量2。
06*105MPa,根据以上建模利用midas计算挠度值,得到在自重和混凝土罐车组合下,竖向挠度值最大,结果如下:
图16。
恒载+两车道混凝土罐车荷载作用下竖向挠度图
B非弹性变形计
按贝雷梁挠度计算经验公式:
=3.556*42*/8=7.112mm
C.挠度计算结果见下表
工况
恒载+公路I级
恒载+混凝土罐车
恒载+履带吊
挠度(mm)
11.4
13.0
10。
7
4.2。
3结果验算
A内力验算
查阅《装配式公路钢桥多用途使用手册》,“321”贝雷桁架容许内力表:
双排单层:
容许弯矩1576。
4kN*m
容许剪力490。
5kN。
本桥采用四组双排单层贝类桁架,取折减系数0。
85,则:
1576。
4*4*0。
85=5359。
8kN*m〉2052kN*m
490。
5*4*0.85=1667。
7kN>998kN
满足设计要求!
B位移验算
从上可得,贝雷梁的竖向位移最大值是13.0mm,与跨度比为1/923,小于1/400,因此栈桥的刚度能满足使用要求。
5.桩顶横梁计算
5.1桩顶横梁最不利受力
主梁支撑点反力值见下表:
工况
恒载+公路I级
恒载+混凝土罐车
恒载+履带吊
反力kN
1152
1206
764
桩顶横梁支撑贝雷片,其受到最不利集中力P=1206/8=150.75KN。
5.2横梁结构计算
桩顶横梁受到上部贝雷梁传递的荷载,其支撑点在钢管桩上,支撑点按铰点考虑,则桩顶横梁应力图如下所示
图19。
桩顶横梁弯曲应力图
图20。
桩顶横梁剪应力图
由上知桩顶横梁弯曲应力最大值71MPa,剪应力最大值49.2MPa.Q235钢材容许弯曲应力值145MPa,容许剪应力值85MPa,满足要求!
6.钢管桩自身强度的计算
6。
1计算荷载
(1)竖向荷载.由上述计算的一排四个墩荷载最大值按平均计算,1206/4=301。
5kN。
(2)流水压力。
桥址处百年一遇流水速度是2。
1m/s。
河道在丰水期水深达20m,此时钢管桩入水深度20m,则流水压力计算如下:
=0.8*0.63*3.14/2*20*10*2。
12/2/9。
81
=35。
6kN
作用位置在水面以下0.3倍水深处.
(3)汽车制动力.
单车道一联制动力值按照公路Ⅰ级车道荷载计算,一联长度48m,则:
F=10。
5*48*0.1=50.4KN,但是对于公路Ⅰ级汽车荷载制动力不小于165kN,公路Ⅱ级汽车荷载的制动力不小于90kN.然而施工栈桥道路等级较低,设计速度仅是10km/h,其产生的制动力较小,且栈桥又是临时结构,因此单车道制动力按照F=60kN计算。
又在栈桥上禁止车辆超车,则一联的桥梁制动力是F=60kN。
下面计算桥墩抗推刚度。
单排墩:
I=3.7445*10—3m4
δi=li3/(3EI)=203/(3*2.06*105*0。
0037445)=3。
45
则抗推刚度k=0。
289
双排墩:
I=(3.7445*10-3+0。
3152*1.9478*10-2*4)*2=0。
0229
δi=li3/(3EI)=203/(3*2.06*105*0.0229)=0。
565
则抗推刚度k=1.769
则制动力桥墩分布是,
单排墩60*0。
289/(0。
289*3+1。
769)=6。
6kN
双排墩60*1.769/(0。
289*3+1。
769)=40。
2kN。
制动力均作用于墩顶。
6。
2钢管桩结构检算
6。
2.1荷载组合
钻孔钢平台顶面高程+68。
28m,21#墩位河床标高+50.37m。
因此钢管自由桩长17。
91m,,在考虑河床底2m覆盖层,桩的自由长度按20m计算.荷载按以下组合:
组合一:
竖向荷载+制动力
组合二:
竖向荷载+流水压力
竖向力按301.5kN计算,
双排墩每根钢管受到制动力40.2/8=8.04kN,作用于桩顶
单排墩每根钢管桩受到制动力6。
6/4=1。
65kN,作用于桩顶
外侧钢管受到水流压力35。
6kN,作用点桩顶下6。
7m。
6.2.2钢管桩竖向稳定性验算
竖向力F=301.5KN,桩底弯矩Mmax=35。
6*(20—6。
7)=437.5K
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