浅水区水上钢栈桥结构受力计算书.docx
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浅水区水上钢栈桥结构受力计算书
南通港洋口港区陆岛通道
黄海大桥工程SG-1合同段项目部
浅水区水上钢栈桥结构受力
计算书
计算:
复核:
审核:
审批:
编制时间:
二OO六年九月十日
栈桥计算书
一、工程概况
拟建黄海大桥是洋口港区开发建设的四大系统之一——陆岛通道的控制性工程,施工图设计桥梁建设总长度10050m,位于浅水区长度为6090m、标准跨径30m的组合箱梁直线桥,及位于深水区直线段长2960m、曲线段长1000m、标准跨径40m的组合箱梁桥构成。
本合同段浅水区桥梁基础工程量大,施工工期紧、要求栈桥能覆盖整个浅水区引桥。
以便减少水位对本工程下部结构施工的干扰和限制。
水上栈桥不仅承担大量的交通运输任务,而且还承担着浅水区各个桥墩下部构造施工操作平台的任务,变水上施工为陆上施工,同时也是人员撤离的通道。
栈桥沿浅水区桥梁左侧布置,长6096m、标准宽7m,栈桥在每个桥墩处设置500×1500cm支平台,以满足桥墩施工时设备的布置和错车需要。
栈桥轴线离主桥轴线距离为13.5m,栈桥标高为9.6m,每隔约1.5km设倒车平台一座。
二、栈桥设计
1、栈桥承载力满足:
80t履带吊在桥面行走、在桩位顶部起吊15t重量;30t砼罐车错车;汽超-20、汽挂-120单列通行设计。
2、调头平台的宽度设置满足车辆调头的要求;
3、栈桥的平面位置不妨碍钻孔桩、承台和墩身施工要求和满足整个浅水区施工期间的作业要求;
4、栈桥的基本跨度位15m,栈桥标高按10年一遇潮水位设计,栈桥长度6096m;
5、栈桥每隔约1500m设置一道调头平台,平台宽5m,长30m。
6、栈桥上砼罐车的设计行走速度为10km/h。
三、结构形式
栈桥结构自上而下依次为:
满铺δ10花纹钢板桥面;I16纵向分配梁,布置间距35cm;I32b横向分配梁,布置间距1.5m,长度为7.5m;纵梁选用3组“321”军用贝雷梁,两侧贝雷片主梁为双排单层,中间贝雷片主梁为单层三排;2I56a下横梁,长为7.2m;Φ800×8mm钢管桩,桩间距为6m。
栈桥两侧设栏杆,在栏杆外布置同水、通电管道。
栈桥前端码头结构形式从上到下依次为:
满铺δ10花纹钢板面层;Ⅰ16纵向分配梁,间距0.35m;Ⅰ36a横向分配梁,间距1.5m;纵梁选用“321”贝雷梁7组、每组2片;下横梁采用2I56a;桥墩采用桩基排架,钢管桩为Φ800×8mm、间距为6m,桩长根据河床承载力变化而变化。
四、设计条件
1.1水文气象条件
1.1.1设计潮水位
设计高水位:
6.89m(高潮累积频率10%)。
设计低水位:
0.81m(低潮累积频率90%)。
1.1.2设计流速
水流流速:
1.5m/s
1.1.3风
全年主导风向为SE向,频率9.7%左右,最大风速为32.6m/s。
1.2地质条件
设计地质条件见《南通洋口港区陆岛通道工程5km浅水引桥段工程地质勘查报告》。
五、设计荷载
1、上部结构恒重(7.5米宽计算)
⑴δ10钢板:
7.5×1×0.01×7.85×10=5.888KN/m
⑵I16纵向分配梁:
5KN/m
⑶I32a横向分配梁:
2.6KN/m
⑷贝雷梁:
1KN/m
⑸2I56a下横梁:
15.9KN/根
2、活荷载
a、30t砼罐车(需在栈桥上错车)、汽超-20、挂-120。
b、800kN履带吊:
自重750kN+吊重150kN,在栈桥上空载行走,定点(钢管桩附近)进行起吊作业(见栈桥支平台平面布置图)。
c、施工荷载及人群荷载:
4KN/m2
d、500kN履带吊:
自重500KN,需要在栈桥和栈桥支平台指定位置(靠近钢管桩附近)空载错车(见栈桥支平台平面布置图)。
e、500KN履带吊在栈桥支平台指定位置吊重150KN作业(见栈桥支平台平面布置图)。
履带着地面积812×6385mm
履带中心距4200m
空载时履带最大接地比压0.076Mpa
整机重量为75t
⑶施工荷载及人群荷载:
4KN/m2
考虑栈桥实际情况,同方向车辆间距不小于15米,即一跨内同方向最多只布置一辆重车,施工荷载及人群荷载与活荷载不参加组合。
3、各构件规格及其几何性质如下
3.1、桩:
φ800×8
A=1.99×10-2m2I=1.56×10-3m4W=3.9×10-3m3
3.2、下横梁:
2I56
A=2.7×10-2m2I=13.2×10-4m4W=4.68×10-3m3
3.3、横向分配梁:
I32a横向分配梁间距1500mm
A=6.7×10-3m2I=1.1×10-4m4W=6.92×10-3m3
3.4、纵向分配次梁:
I16纵向分配梁间距350mm
A=2.61×10-3m2I=1.13×10-5m4W=1.41×10-4m3
3.5、面板:
t=10mm
六、结构各构件强度验算
1、面板计算
1)有效板宽bc计算:
故有效板宽bc=0.48m,由于b/l2,故按两边简支单向板计算。
2)恒载计算
面板自重:
q1=0.480.0178.5=0.377kN/m
3)活载计算
a、汽超-20q2=70/(0.60.2)0.2=117kN/m
b、汽挂-120q3=75/1=75kN/m
c、30t砼车q4=60/(0.60.2)0.2=100kN/m
d、80t履带吊q5=0.181030.48=86.4kN/m
4)荷载组合
由上述计算可知,面板按汽超-20控制
q=q1+q2=0.377+100=117.4kN/m
5)强度验算
M=1/8ql2=1/8117.40.352=1.44kNm
W=bh2/6=0.480.012/6=8.010-6m3
σmax=M/W
=1.44106/8.0103=180Mpa<σ=1.4[σ]=1.4145=200Mpa
所以钢面板满足要求。
2、I16纵向分配次梁
1)恒载计算
面板自重:
q1=0.350.0178.5=0.275kN/m
I16自重:
q2=0.205kN/m
2)活载计算
a、30t砼车p1=60/0.60.35=35kN
b、汽超-20q2=70/0.60.35=41kN
c、汽挂-120q3=75/10.35=26.3kN
d、80t履带吊q4=0.181030.35=63kN/m
3)荷载组合
q=q1+q2=0.275+0.205=0.48kN/m
q’=q1+q2+q3=0.275+0.205+63=63.48kN/m
p=p1=41kN
4)强度验算
汽超-20砼车
M=1/4pl+1/8ql2=1/4411.5+1/80.482.02=15.62kNm
80t履带吊
M=1/8q’l2=1/863.481.52=31.74kNm
由上述计算可知,I16纵梁按80t履带吊控制。
考虑面板参与次梁承担荷载作用,抵抗矩计算如下:
计算翼缘宽度bf=b+12hf=6+1210=126mm
σmax=M/W=31.74106/205103
=155Mpa<[σ]=160Mpa
所以I16纵梁满足要求。
3、I32横向分配梁
汽挂-120有两个车轮作用在I32横向分配梁的跨中时弯矩为最不利,不考虑I16的分布作用,计算示意图如下。
Mmax=1/4×140×2.55=89.25kN.m
汽挂-120有三个车轮作用在I32横梁时,剪力最大:
Qmax=300kN
σmax=M/W=89.25106/692103
=129Mpa<[σ]=160Mpa
max=Q/A=30103/6.7102=44.8Mpa<[]=85Mpa
4、贝雷梁内力计算
计算跨径为L计=15m(按简支计算)。
〈1〉弯矩M:
a、汽车-超20级重车会车,通过分析轴力如下图布置时产生的弯矩最大:
Mmax=(0.25×80+90×15/4+90×6.1/2)×1.97
=1245kN.m
b、履带-80布置在跨中时,两侧贝雷片所承受的荷载弯矩最多。
履带-80履带接触桥面长度为5.5m,近似按集中荷载计算:
Mmax=76.8×5.5/2×4.75+76.8×5.5×5.5/8=1293.6kN.m
C、挂-120时,如下图布置时弯矩最大:
Mmax=75×2.8×9.8=2058kN.m
〈2〉对支点剪力Q:
a、汽车-20重车行驶临近支点会车时剪力最大:
Qmax=(70+70×13.6/15+60×6.6/15+60×5.2/15+30×2.2/15)
×1.97=365kN
b、履带-80+150kN前方临近支点时:
Qmax=12.25/15×478.5=391kN
c、挂-120临近支点时
Qmax2=210×(1+13.8/15+9.8/15+8.6/15)=661kN
通过上述计算,栈桥纵梁设置3道贝雷片,两侧为单层双排,中间为单层三排。
5、2I56a下横梁内力
汽挂-120车轮作用在横梁正上方的栈桥中央(横桥向)时,下横梁受力最大。
Pmax=600kN
Mmax=0.25×6000×6=900kN.m
Wx=4684cm3
σ=Mmax/Wx=900×103/4684=192.3MPa<[σ]=215MPa
6、单桩最大承载力
a、汽超-20会车时,如下布置时单桩最承受力最大:
P=335.07+80.53=415.6kN
b、履带-80+吊重150kN时如下布置最不利:
P=408.75×(1+1.8/6)=531.4kN
C、挂-120时最不利位置如下图所示:
P=771.9kN
上部恒组合为:
180kN
按单桩承载力950kN计算
(1)、钢管立柱计算λ
σ=P/A=47.3MPa<[σ]=215MPa
由于钢管桩的细长比较小,不考虑折减系数。
(2)、钢管桩入土深度:
根椐经验考虑冲刷1米。
据P=(UΣqfiLi+qRA)/1.65
950={π×0.8×55Li+1.12×[200+2.1×15×(Li-3)]}/1.65
Li=11.3m
取L=12.3m
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