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钢便桥计算说明书

77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程

第1施工标段

临时栈桥计算说明书

浙江省交通工程建设集团有限公司

2011年3月22日

77省道延伸线龙湾至洞头疏港公路工程第1施工标段

临时栈桥计算说明书

1概述

1.1设计说明

根据施工现场的具体地质情况、水文情况、气候情况及两阶段施工设计图纸等，拟建栈桥长约2384.2m，便桥宽度为6米。

栈桥两侧设栏杆，下部结构采用钢管桩基础，上部结构采用贝雷和型钢的组合结构。

栈桥的结构形式为横向七排单层贝雷桁架，桁架间距分0.9m，共27联，标准跨径为15m，每6跨（90m）形成一联每联设置宽度为0.2m的伸缩缝。

栈桥桥面系采用定型桥面板，面系分配横梁为I22a，间距为75cm；基础采用φ630×8mm钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20号槽钢连接成整体。

栈桥各墩基础布置结构形式如下图：

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）《海港水文规范》（JTJ213-98）

6）《装配式公路钢桥多用途使用手册》

7）《钢结构计算手册》

8）《两阶段施工设计图纸》

1.3技术标准

1）桥面设计顶标高为7.0米。

2）设计荷载：

50t汽车双车道布置、履-50（最大吊重按20t考虑）、12m3罐车56t。

3）验算荷载：

（1）12m3混凝土罐车：

自重25T+31T混凝土。

（2）50T履带吊机：

50T（自重）+20T（吊重）=70T，履带接地尺寸5.88m×0.76m。

（3）后八轮汽车：

自重20T+30T（车载重量）

（4）横向风荷载:

风荷载取玉环县坎门10年一遇风荷载值为：

Vd＝34m/s

5）河床高程为-3m左右，详见地质勘察报告。

6）河床覆盖层：

淤泥

7）设计行车速度15km/h。

后八轮汽车荷载布置

履带吊车荷载布置

1.4自重荷载统计

1）栈桥面层：

8mm厚钢板，单位面积重62.8kg，则4.08kN/m。

2）面板加劲肋工12.6,单位重14.21kg/m，则0.14kN/m，间距0.24m。

3）横向分配梁：

I22a，0.33kN/m，2.145kN/根，间距0.75m。

4）纵向主梁：

321型贝雷梁，7.77KN/m。

5）桩顶分配主梁：

2I36a，1.2kN/m，7.2KN/根。

1.5荷载工况

工况一：

履带吊在栈桥15m跨中吊便桥重物

工况二：

履带吊在栈桥15m跨桩顶上部吊便桥重物

工况三：

两辆汽车同时行驶至15m栈桥跨跨中

工况四：

罐车行驶至栈桥15m跨跨中

1.6荷载组合：

1）组合一：

自重荷载+横向风荷载

2）组合二：

自重荷载+履带吊荷载+横向风荷载

3）组合三：

自重荷载+汽车荷载+汽车制动力

4）组合四：

自重荷载+罐车荷载+汽车制动力

根据荷载组合，对单跨15m便桥整体分析，整体模型如下图：

2荷载计算

2.1风载：

1）钢管桩横桥向风压计算

=1*0.9*1*70（0.01KN/m2）*3.15=1.98KN（Ø630*8mm钢管桩）

2）贝雷梁横向风压计算

=0.9*1.44*1*70（0.01KN/m2）*1.17=1.06KN

式中：

Fwh：

横向风荷载标准值（KN）；

Wd：

设计基准风压（KN/m2），公式为

=70（0.01KN/m2）

Awh：

横向迎风面积（m2），此处Ø630*8mm钢管桩取Awh＝3.15m2

单片贝雷梁取Awh=1.17m2

Vd：

设计高度Z的风速（m/s），此处取Vd＝34m/s；（玉环县坎门地区10年一遇风速）

Z：

距水面的高度（m），此处Z＝5m；

γ：

空气重力密度（KN/m3），

；

k0：

设计风速重现期换算系数，此处取k0＝0.9；

k1：

风载阻力系数，此处钢管桩取k1＝0.9；单片贝雷梁取k1＝1.44

k3：

地形、地理条件系数，此处取k3＝1.00；

g：

重力加速度，g＝10m/s2。

受力模型：

横向风荷载方向考虑与履带吊偏载方向相同。

2.2汽车制动力：

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）查得，汽车制动力为汽车荷载重力的10％，栈桥设计时速为15km/h，此处取水平制动力为56KN，则作用在每联每根桩的力为3.29KN。

受力模型：

2.312方罐车行驶至便桥跨中：

罐车后轮单轮受力在分配梁上均布荷载为：

q=220÷2÷0.5=220KN/m

罐车前轮单轮受力在分配梁上均布荷载为：

q=120÷2÷0.5=120KN/m

受力模型：

2.4双车道汽车荷载布置在跨中：

汽车后轮单轮受力在分配梁上均布荷载为：

q=200÷2÷0.5=200KN/m

汽车前轮单轮受力在分配梁上均布荷载为：

q=100÷2÷0.5=100KN/m

受力模型如下

2.5履带吊在栈桥15m跨跨中吊重物：

履带吊在15m跨跨中吊侧面平台重物考虑单边履带受力，荷载分布在8根分配了上每根分配梁均布荷载：

q=700÷7÷0.76=131.6KN/m

受力模型如下:

2.6履带吊在栈桥15m跨桩顶吊重物：

履带吊在15m跨桩顶吊侧面平台重物考虑单边履带受力，荷载分布在8根分配了上每根分配梁均布荷载：

q=700÷7÷0.76=131.6KN/m

受力模型如下:

3上部结构内力计算

3.1I22横向分配梁内力计算

荷载组合二作用最大应力

荷载组合三作用最大应力

荷载组合四作用最大应力

横向分配梁最大弯矩M=35.9kN·m,最大剪力Q=83.2KN

选用I22a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：

Wx=309cm3,A=42cm2,Ix/Sx=19.13cm（Ix=3400cm4，Sx=177.7cm3），b=0.75cm。

σ=M/W=35.9kN·m/309cm3×103=116.2MPa<1.3[σ]

<1.3[τ]

横向分配梁满足设计要求

3.2321型贝雷梁内力验算

①荷载组合二，履带吊15m跨中吊平台重物时应力图：

组合二15m跨中作用上下弦杆最大轴力：

530.7KN

组合二15m跨中作用立杆最大轴力：

113.2KN

组合二15m跨中作用斜杆最大轴力：

138.6KN

②荷载组合三，双车道汽车作用时应力图：

组合三作用上下弦杆最大轴力：

461.3KN

组合三作用立杆最大轴力：

71.4KN

组合三作用斜杆最大轴力：

112.7KN

③荷载组合四，罐车作用时应力图：

组合三作用上下弦杆最大轴力：

337.8KN

组合三作用立杆最大轴力：

61.9KN

组合四作用斜杆最大轴力：

84.9KN

贝雷梁内力计算：

弦杆为2[10型钢，槽10型钢截面特性：

A=12.7cm2Ix=198cm4Wx=39.7cm3ix=3.95cmb=0.53cm

弦杆实际采用有效断面系数R=0.809，弦杆容许承受杆为

[N]=RAOP[σ]=0.809*2*12.7*1.3*2100=563KN

贝雷梁弦杆荷载作用最大应力为N=530.7KN<[N]=563KN

斜杆为I8型钢，截面特性：

A=9.53cm2Ix=99KN.mWx=24.8cm3ix=3.95cmIy=12.8cm4Wy=4.9cm3iy=1.18cm

斜杆长度l0=89cm长细比λ=l0/iy=89/1.18=75.4

查表得ψ=0.66

[N]=ψA[σ]=0.66*9.52*1.3*2100=171KN

贝雷梁斜杆荷载作用最大应力为N=138.6KN<[N]=171KN

立杆为I8型钢，截面特性：

A=9.53cm2Ix=99KN.mWx=24.8cm3ix=3.95cmIy=12.8cm4Wy=4.9cm3iy=1.18cm

立杆长度l0=63cm长细比λ=l0/iy=63/1.18=53.4

查表得ψ=0.818

[N]=ψA[σ]=0.818*9.52*1.3*2100=212.6KN

贝雷梁立杆荷载作用最大应力为N=113.2KN<[N]=212.6KN

贝雷梁组合二荷载作用最大挠度：

组合二15m跨荷载作用下最大挠度f=0.0338m

贝雷梁组合三荷载作用最大挠度：

组合三荷载作用下最大挠度f=0.032m

贝雷梁组合四荷载作用最大挠度：

组合四荷载作用下最大挠度f=0.023m

3.3承重梁内力计算：

组合二履带吊在桩顶偏载吊重物时，单排桩基础承重梁应力最大，最大应力为：

（最大弯矩M=155.5KN，最大剪力Q=317.4KN）

（最大弯矩M=155.5KN，最大剪力Q=317.4KN）

2I36a,W=2×875cm3=1750cm3，

I/S=30.7（I=15760cm4，S=508.8cm3），b=1.0×2＝2cm。

σ=M/W=164.5kN·m/1750cm3=94MPa<1.3[σ]

<1.3[τ]

组合四罐车行驶至桩顶位置时，双排桩基础承重梁应力最大，最大应力为：

（最大弯矩M=230.1KN，最大剪力Q=387.1KN）

双排桩基础横向承重梁

（最大弯矩M=230.1KN，最大剪力Q=387.1KN）

双排桩基础纵向承重梁

（最大弯矩M=199.8KN，最大剪力Q=231.8KN）

2I36a,W=2×875cm3=1750cm3，

I/S=30.7（I=15760cm4，S=508.8cm3），b=1.0×2＝2cm。

σ=M/W=230.1kN·m/1750cm3=131.5MPa<1.3[σ]

<1.3[τ]

满足强度要求。

3.4钢管桩基础验

①荷载组合二履带吊在桩顶偏载作用下最大应力

（M=22.7KN.MQ=3.1KN）

最大轴力N=524.9KN

②、栈桥桩基稳定性计算

荷载及边界条件

荷载条件

1）.涌潮压力

根据瓯江的涌潮，结合现场情况，涌潮（破碎波）压力取9kN/m2，则栈桥钢管桩（D630）最大潮压为9×0.63=5.67kN/m。

2）.水流力

F=ρν2A＝6.75KN

3）风荷载

=0.6×1.17×34/1600

=0.15kPa

4）.桩顶轴力

根据栈桥计算书，单桩桩顶最大轴力取524kN。

边界条件

桩的嵌固点计算：

（见桩基规范附录C）

土层为淤泥土，式中m取2000kN/m4

b0=2d

其中d为桩径d=0.63mb0=1.26m

E=2.06×108kN/m2

T=2.5

嵌固点深度：

（

）

嵌固点坐标：

-3-5.5=-8.5m

稳定性计算

1）．涌潮压力对钢管桩嵌固点的弯矩

M=5.67×5×8.5＝240.9KN/m

2）．水流力对钢管桩嵌固点的弯矩

M=6.75×8.5＝57.4

3）．风荷载对钢管桩嵌固点的弯矩

M＝0.15×2×0.6×8.5=15.3

4）．稳定性计算

钢管桩最大轴力值524kn；

r=（J/A）1/2=（65159/188.6）1/2=18.5cm

计算长度

＝7－（-8.5）=15.5m

λ＝1100/18.5=59.5

属于b类截面

查表得:

φ=0.807

γx——截面塑性发展系数，取1.0

N’EX——欧拉临界力，N’EX=2787KN

βmx——等效弯矩系数，取1.0

=41.5+45.3=86.8<182Mpa

钢管桩的稳定性满足要求。

③单根钢管桩最大入土深度

根据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：

式中：

Qd—单桩垂直极限承载力设计值（kN）；

—单桩垂直承载力分项系数，取1.45；

U—桩身截面周长（m），本处钢管桩外径周长：

1.979

m；

—单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa）；

—桩身穿过第i层土的长度（m）；

—单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；

A—桩身截面面积，Φ630×8mm钢管桩A=156.3cm2；

2#墩-11#墩单桩入土深度计算：

土层摩阻力统计表

序号

土层名称

桩周摩阻力

（kPa）

顶面

（m）

底面高程

（m）

层厚（m）

1

淤泥

12

0

13.2

13.2

2

淤泥

14

13.2

31.4

18.2

3

淤泥质黏土

17

31.4

35.6

4.2

4

黏土

19

35.6

40.7

5.1

由563.9kN＝1/1.45×【1.979×（（12×13.2）+（14*18.2）】>524.9KN

计算得：

Lx=13.2+18.2=31.4m，即钢管桩打入河床以下31.4m。

12#墩-24#墩单桩入土深度计算：

土层摩阻力统计表

序号

土层名称

桩周摩阻力

（kPa）

顶面

（m）

底面高程

（m）

层厚（m）

1

粉砂夹淤泥

12

0

5.2

5.2

2

淤泥

11

5.2

14.3

9.1

3

淤泥

14

14.3

39

24.7

4

黏土

43

39

49.6

10.6

由565.7kN＝1/1.45×【1.979×（（12×5.2）+（11*9.1）+（14*17）】>524.9KN

计算得：

Lx=5.2+9.1+18=31.3m，即钢管桩打入河床以下32.3m。

25#墩-47#墩单桩入土深度计算：

土层摩阻力统计表

序号

土层名称

桩周摩阻力

（kPa）

顶面

（m）

底面高程

（m）

层厚（m）

1

粉砂夹淤泥

15

0

8.3

8.3

2

淤泥

11

8.3

20.4

12.1

3

淤泥

14

20.4

34

14.3

4

黏土

19

34

42.3

8.3

由561.8kN＝1/1.45×【1.979×（（15×8.3）+（11*12.1）+（14*11）】>524.9KN

计算得：

Lx=8.3+12.1+11=32.4m，即钢管桩打入河床以下32.4m。

48#墩-78#墩单桩入土深度计算：

土层摩阻力统计表

序号

土层名称

桩周摩阻力

（kPa）

顶面

（m）

底面高程

（m）

层厚（m）

1

粉砂夹淤泥

15

0

12

12

2

淤泥

14

12

42.2

29.8

3

黏土

43

42.2

51.5

9.3

由570.5kN＝1/1.45×【1.979×（（15×12）+（14*17）】>524.9KN

计算得：

Lx=12+17=29m，即钢管桩打入河床面以下29m。

78#墩-150#墩单桩入土深度计算：

土层摩阻力统计表

序号

土层名称

桩周摩阻力

（kPa）

顶面

（m）

底面高程

（m）

层厚（m）

1

粉砂夹淤泥

15

0

12

12

2

淤泥

14

12

38.1

26.1

3

黏土

19

38.1

46.3

8.2

由570.5kN＝1/1.45×【1.979×（（15×12）+（14*17）】>524.9KN

计算得：

Lx=12+17=29m，即钢管桩打入河床面以下29m。

151#墩-158#墩单桩入土深度计算：

土层摩阻力统计表

序号

土层名称

桩周摩阻力

（kPa）

顶面

（m）

底面高程

（m）

层厚（m）

1

粉砂夹淤泥

15

0

9.8

9.8

2

淤泥

11

9.8

20.5

10.7

3

淤泥

14

20.5

44

23.5

由571.5kN＝1/1.45×【1.979×（（15×9.8）+（11*10.7）+（14*11）】>524.9KN

计算得：

Lx=9.8+10.7+11=31.5m，即钢管桩打入河床面以下31.5m。

4计算结论

经分析计算，栈桥各主要受力构件强度和刚度均满足临时钢结构施工设计规范要求。