钢栈桥设计与没检算书单排双桩-6m跨.doc

西藏泽当大桥新建工程 钢栈桥设计及验算方案 西藏山南地区泽当大桥新建工程钢管桩贝雷梁栈桥设计与检算书1、 设计依据 为贯通西藏山南地区泽当大桥新建工程便道，及水中墩位桩基、墩身、盖梁等施工机械、材料、砼的运输，拟在14#墩至15#墩之间修建一座施工用贝雷钢管桩栈桥。 钢栈桥设计指标： 钢便桥设计长度：L(24米); 钢便桥跨径组合：6m*4跨; 钢便桥桥面宽度：桥面净宽6m; 设计荷载：1、10m³砼运输车总重45吨；2、50吨履带吊，自重+吊重，总重70吨; 设计车速：15km/h; 设计安全等级：二级; 设计基准期：1.5年; 设计洪水频率：参照泽当大桥施工图设计。 2、 设计标准及规范 建筑结构荷载规范 GB 50009-2012 钢结构设计规范 GB 50017-2003 建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008 公路工程技术标准 GTG B01-2003 公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004公路桥涵施工技术规范 JTG TF50-2011装配式公路钢桥多用途使用手册 3、 材质 （1）本钢便桥所用的材料，其品种、规格、机械性能、化学成分应符合相应技术标准的规定，并具有完整的出厂质量证明书。 （2）桁架型钢材料为16Mn，桥板、面板材料为Q235B。 （3）桁架销子的材料为30CrMnTiA,并经过热处理 4、 便桥安全使用规定 1、钢便桥上、下游各50m为禁航区。 2、钢便桥施工完成后，在两桥端设置，限速、限载警示标示，并派专人在桥端设专用挡杆，管理通行车辆 ,保证载重车辆通行时，保持车距不少于20m。 3、严禁车辆在桥上急刹车、转向、偏载，意外停车时，严禁在原地猛烈启动。 4、钢便桥维护：定期检查桥面，清扫桥面，保持桥面整洁。定期检查各连接部位，特别是横梁与桁架的连接部位，如有松动，及时拧紧。5、 栈桥结构我项目部工程主要为跨雅鲁藏布江大桥，遇雅鲁藏布江主要河道及表层液化严重区域时需要修建栈桥桥进行跨越。栈桥设计采用钢管桩和贝雷梁搭设，跨径6m，桥面净宽6m，采用单排基础，每排两根529mm钢管桩基础，其上采用双拼I32b工字钢作为支座横梁，采用两道单层双排加强型贝雷梁作为纵梁，桥面为上承式结构，每1.5m设置一道I32b工字钢作为桥面分配横梁，承力在贝雷梁上，其上纵向铺设I20a工字钢为纵向分配梁（间距0.3m），工字钢顶面铺设6mm厚花纹钢板作为桥面板。钢便桥示意图见下图。6、 栈桥检算4m宽桥跨（a-a截面）验算（1） 概述 栈桥跨径6m，桥面净宽6m，采用单排基础，每排两根529mm钢管桩基础，其上采用双拼I32b工字钢作为支座横梁，采用两道单层双排加强型贝雷梁作为纵梁，桥面为上承式结构，每1.5m设置一道I32b工字钢作为桥面分配横梁，其上纵向铺设I20a工字钢为纵向分配梁，横向间距0.3m，工字钢上铺设6mm厚花纹钢板作为桥面板。（2） 检算参数1. 构件自重1) 贝雷梁：共计四道，每道每跨2片，每片贝雷片按270kg，加强弦杆每片80kg，销子每个3kg，含支撑架、插销等配件，每道每跨按900kg计算，每跨贝雷梁总重为4*900=3600kg2) 桥面板6mm花纹钢板：面积为6*6=36，总重量为：7850*36*0.006=1695.6kg3) I20a桥面纵梁：跨径6m，横断面数量20，每米重27.9Kg，总重为6*20*27.9=3348kg4) I32b分配横梁：每跨4道，每道6m，每米重57.7kg，总重为4*6*57.7=1384.8kg5) 桩顶2I32b支座横梁：每跨2道，每道6m，每米重57.7kg，总重为2*6*57.7=692.4kg6) 钢管桩：直径529mm，壁厚8mm，为计算简便，对每跨钢管桩分解计算，每跨钢管桩数量为2根，按富余长度每根长度18m单位重量为102.789kg/m，总重量为2*18*102.789=3700.4kg每跨栈桥总重为3600+1695.6+3348+1384.8+692.4+3700.4=14420.8kg，合14.42t2. 构件截面特性1) 贝雷梁：此便桥采用双排单层加强型贝雷梁结构，单侧（单层双排）贝雷梁结构截面抵抗矩W为15398（cm3），截面惯性矩J=1154868（cm4），容许弯矩为3375KNm，容许剪力为490KN。2) 桥面板6mm花纹钢板：刚性小，仅在检算时考虑其对I20a桥面纵梁的受力分配作用和稳定作用，不做检算。3) I20a桥面纵梁：截面抵抗矩Wx为237（cm3），截面惯性矩Ix=2370（cm4），面积矩Sx=136.1（cm3），回转半径ix=8.15（cm）。4) I32b横梁：截面抵抗矩Wx为726（cm3），截面惯性矩Ix=11620（cm4），面积矩Sx=541.2(cm3)，回转半径ix=12.6（cm）。5) 钢管桩（直径600mm，壁厚6mm）：轴惯性矩Ix=49387（cm4），回转半径ix=21（cm）。3. 作用荷载1) 自重荷载：G总=27.21*10=272.1KN；2) 汽车荷载：栈桥汽车荷载按公路-级进行计算；3) 人行荷载：行人荷载按3kN/计算，分布在每跨两侧0.5m范围，则每跨总荷载为12*2*0.5*3=36KN，单桩承受行人荷载为36/2=18KN。4) 工况荷载：考虑QUY50履带吊（吊重20t）、45t砼运输车，汽车冲击系数按1.2计算。（3） 桥面结构检算 因人行荷载很小，只作用在桥面两侧0.5m范为，且不与车辆荷载重合，桥面结构检算时不予考虑。I20a桥面纵梁检算：I20a工字钢纵向铺设于桥面I32b横梁上，中-中间距0.3m，I32b横梁间距1.5m。1. I20a纵梁检算1) I20a纵梁受力分析a、桥面板荷载：按均布荷载计算；b、车辆荷载：考虑最不利工况，45t砼运输车后轴作用在1.5m跨中位置，砼运输车轴距为3650+1350(mm)，前后轴荷载分别为6995Kg /18000Kg，前后轮距为2047(mm)/1848(mm)，（轮胎规格为12.00R20，轮胎胎顶宽度为12英寸（30.48cm）参考徐工后双桥10方混凝土搅拌车）。考虑桥面钢板的应力分散作用，按每个后轮的作用力分布在一道I20a工字钢上。每道I20a工字钢受力按集中力计算。且要考虑冲击荷载系数，按1.2取值。2) I20a纵梁抗弯强度和抗剪强度及稳定性、挠度检算 I20a抗弯强度检算 I20a工字钢的抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa，抗剪强度设计值为fv=125MPa。计算跨度L=1.5m，钢板重力，取纵向0.3m宽钢板计算，为均布荷载q=0.1413KN/m集中力弯矩其抗弯强度 式中截面塑性发展系数，I20a工字钢取1.05； 净截面模量，为237（cm3）； 则 I20a纵梁抗弯强度满足要求。 I20a抗剪强度检算I20a纵梁在1.5m跨端所受剪力为集中力的1/2，即其抗剪强度 式中V剪力； S面积矩； I 截面惯性矩； tw腹板厚度，I20a工字钢为7mm； 则I20a纵梁抗剪强度满足要求。 I20a稳定性检算按钢结构设计规范（GB50017-2003）第4.2.1条要求，因I20a纵梁自由长度L与其翼缘板宽度b之比值L/b=1.5/0.1=15>13，需要进行稳定性检算。检算公式为式中： 梁的整体稳定性系数，按钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B确定，I20a工字钢上翼缘受力，自由长度为1.5m，按最不利情况考虑，=2， 则 I20a稳定性满足要求。 I20a桥面纵梁挠度检算I20a纵梁挠度可以分解为受桥面板及纵梁自身重量作用产生的挠度和受车辆后轴集中荷载作用产生的荷载两部分，且其最大挠度位置均在跨中截面。a、 受桥面板及纵梁自身重量作用产生的挠度桥面板自重荷载为均布荷载，q1=0.1413KN/m;纵梁自重荷载为均布荷载，q2=0.279KN/m;q=q1+q2=0.1415+0.279=0.4205KN/mI20a纵梁受均布荷载q作用产生的挠度为 ， 数值太小，可以忽略不计。b、 受集中力F作用产生的挠度 纵梁挠度f=f2=7.6*10-4<l/400=3.75*10-3mI20a桥面纵梁挠度符合要求。2. I32b桥面横梁检算1) I32b桥面横梁受力分析I32b桥面横梁两端支撑在贝雷梁上，净距3.25m，每1.5m一道，承受I20a桥面纵梁传递的荷载和I20a纵梁重量。每道横梁上净宽范围布置11根I20a纵梁（间距0.3m），取桥面纵向1.5m为计算单元检算。按最不利工况，45t砼运输车后轮作用在I32b横梁正上方位置，车后轴作用力按完全传递至横梁考虑,另一后轮距此横梁1.35m，对此横梁的分力为F1。受力情况如下图所示。2) I32b横梁抗弯强度和抗剪强度及稳定性、挠度检算 I32b桥面横梁抗弯强度检算1.5m长I20a桥面纵梁及桥面钢板向下重力为1.5*27.9*10+1.5*0.3*0.006*7850*10=418.5+212=0.6305N。后轴作用力后轴作用力最大弯矩在4m跨中位置，跨中弯矩计算下表I32b桥面横梁跨中弯矩计算表序号名称力的大小（KN）左距(m)右距(m)总宽(m)最大弯矩（KN.m）跨中弯矩（KN.m）11# I20a工字钢重力0.63050.2752.9753.250.159 0.107 22# I20a工字钢重力0.63050.5752.6753.250.298 0.223 33# I20a工字钢重力0.63050.8752.3753.250.403 0.340 44# I20a工字钢重力0.63051.1752.0753.250.473 0.456 11左侧 F+F1118.80.7012.5493.2565.316 51.248 12右侧 后轮作用力118.82.5490.7013.2565.316 51.248 合计103.6 I32b工字钢的抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa，抗剪强度设计值为fv=125MPa。弯矩其抗弯强度 式中截面塑性发展系数，I32b工字钢取1.05； 净截面模量，为726（cm3）； 则 I32b横梁抗弯强度满足要求。 I32b桥面横梁抗剪强度检算I32b纵梁在两端所受剪力为集中力的1/2，即其抗剪强度 式中V剪力； S面积矩； I 截面惯性矩； tw腹板厚度，I32b工字钢为11.5mm； 则I32b横梁抗剪强度满足要求。 I32b桥面横梁稳定性检算按钢结构设计规范（GB50017-2003）第4.2.1条要求，因I32b横梁自有长度L与其翼缘板宽度b之比值L/b=3.25/0.138=24>13，需要进行稳定性检算。检算公式为式中： 梁的整体稳定性系数，按钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B确定，I32b工字钢上翼缘受力，自由长度为4m，按最不利情况考虑，=0.93， 则 I32b工字钢稳定性满足要求。 I32b桥面横梁挠度检算I32b横梁挠度可以分解为受上承桥面结构重量及自身重量作用产生的挠度和受车辆后轴集中荷载作用产生的荷载两部分，且其最大挠度位置均在跨中截面。a、 受上承桥面结构重量作用产生的挠度上承桥面结构荷载按均布荷载计算， q1=(3.25*1.5*0.006*7850*10+10*1.5*27.9*10)/3.25=1.994KN/m自身重量荷载为q2=57.7*10=0.577KN/mq=q1+q2=1.994+0.577=2.571KN/mI32b纵梁受均布荷载q作用产生的挠度为 ，b、 受集中力(F+F1)作用产生的挠度集中力为118.8KN/m， 纵梁挠度f=f1+f2=0.000153+0.002671=0.00282m<l/250=0.013mI32b桥面横梁挠度符合要求。3. 贝雷梁检算1) 贝雷梁受力分析贝雷梁采用双排单层加强型结构，考虑最不利工况，按50t履带桥位于跨中时计算，最大弯矩出现在跨中位置，履带吊行走时要限速，可以不考虑冲击系数，贝雷梁受力简图如下所示：2) 贝雷梁抗弯强度和抗剪强度及挠度检算每道I32b工字钢传递给贝雷梁的力为其自身重力及其分担的I20a纵梁和桥面板的重力，G总=（6*1.5*0.006*7850+20*1.5*27.9+6*57.7）*10=16.071KN。50t履带吊履带接地长度为4.7m，自重50t，吊重20t，考虑偏载系数1.3，总荷载为70*10*1.3/4.7=193.622KN/m。跨中弯矩计算如下表：贝雷梁跨中弯矩计算表序号名称力的大小（KN）左距(m)右距(m)总宽(m)最大弯矩（KN.m）跨中弯矩（KN.m）11# 横梁传递重力16.0711.54.5618.080 24.107 22# 横梁传递重力16.07133624.107 48.213 33# 横梁传递重力16.0714.51.5618.080 72.320 450t履带吊均布荷载193.622598.720 合计743.359 跨中最大弯矩 贝雷梁抗弯强度满足要求。 贝雷梁抗剪强度检算每侧贝雷梁最大剪力产生在每跨两端支座（钢管桩）处，支座处所受剪力为每侧贝雷梁所受向下总合力的的1/2，每侧贝雷梁所受向下总合力包括每跨桥面结构自重（构件自重第1、2、3、4项）和桥面所受50t履带吊质量所产生的总重力的1/2，需考虑偏载系数1.3。G总=(3600+1695.6+3348+1384.8)*10=100.284KNG吊=70*10*1.3=910KN每侧贝雷梁所受向下总合力为 每道贝雷梁端所受剪力为 贝雷梁抗剪强度满足要求。 贝雷梁挠度检算贝雷梁挠度可以分解为受桥面结构自重荷载作用产生的挠度和受车辆荷载(QUY50履带吊）自重作用产生的荷载以及贝雷梁自身销孔间隙所产生的非弹性挠度三部分，且其最大挠度位置均在跨中截面。c、 受桥面结构自重荷载作用产生的挠度桥面结构自重荷载按均布荷载计算，每侧贝雷梁所受均布荷载为F/L贝雷=100.284/2/6=8.357KN/m。贝雷梁由此产生的挠度为 b、受车辆（QUY50履带吊）自重荷载作用产生的挠度车辆（QUY50履带吊）自重荷载为均布荷载，考虑偏载系数1.3，q吊=,193.622KN/m，对贝雷梁作用产生的挠度为 c、贝雷梁自身销孔间隙所产生的非弹性挠度根据装配式公路钢桥多用途使用手册提供的公式，因每孔每道为2节贝雷片组成，按f3=0.05n2计算，n为每孔贝雷片节数。则 贝雷梁跨中最大挠度总大小为 f/L贝雷=0.01664<L贝雷/250=0.024贝雷梁挠度满足要求。 贝雷梁稳定性检算栈桥桥面结构及钢管桩均连接紧密，贝雷梁高1.5m，没侧两道贝雷梁用0.9m宽支撑架连接，跨径12m，整体结构稳定，在栈桥桥面结构抗弯、抗剪和挠度满足要求的情况下，其稳定性不用检算。4. 2I32b工字钢支座横梁检算 1) 2I32b工字钢支座横梁受力分析2I32b横梁支撑于钢管桩顶纵梁上，其上放置单层双排贝雷梁，2I32b横梁起横向联系及支座作用，因为采用双排式基础，每个支座处两道2I32b横梁，受力简图如下所示：2) I32b支座横梁抗弯强度和抗剪强度及稳定性检算 I32b支座横梁抗弯强度检算考虑桥面结构自重及履带吊工作重量，每道贝雷梁向下作用力为 F=（(3600+1695.6+3348+1384.8)*10+70000*10）/4=200.07KN每道2I32b横梁所受集中力为f=F/2=100.04KN最大弯矩在跨中位置，跨中弯矩计算下表I32b支座横梁弯矩计算表序号名称力的大小（KN）边距(m)中距(m)总宽(m)最大弯矩（KN.m）跨中弯矩（KN.m）1F100.040.153.423.7215.006 15.006 2F100.040.153.423.7215.006 15.006 3F100.040.153.724.02-15.006 -15.006 4F100.040.153.724.02-15.006 -15.006 合计0.000 I32b工字钢的抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa，抗剪强度设计值为fv=125MPa。弯矩其抗弯强度 式中截面塑性发展系数，I32b工字钢取1.05； 净截面模量，为726（cm3）； 则 I32b横梁抗弯强度满足要求。 I32b支座横梁抗剪强度检算I32b支座横梁在两端所受剪力为F，即v=f=100.04KN其抗剪强度 式中V剪力； S面积矩； I 截面惯性矩； tw腹板厚度，I32b工字钢为11.5mm； 则I32b支座横梁抗剪强度满足要求。 I32b支座横梁稳定性检算按钢结构设计规范（GB50017-2003）第4.2.1条要求，因I32b横梁自有长度L与其翼缘板宽度b之比值L/b=3.72/0.132=28.2>13，需要进行稳定性检算。检算公式为式中： 梁的整体稳定性系数，按钢结构设计规范（GB50017-2003）附录B确定，I32b工字钢上翼缘受力，自由长度为4m，按最不利情况考虑，=1.07， 则 I32b工字钢稳定性满足要求。3) 2I32b支座横梁局部抗压强度检算2I32b支座横梁受贝雷梁传递集中力 f=100.04KN计算其腹板上边缘处的局部抗压强度：局部抗压强度符合要求。（4） 钢管桩检算1) 钢管桩受力分析 因栈桥跨度较小（仅6m），且贝雷梁整体传力性较好，分析钢管桩受力时按两跨共同受力考虑。钢管桩承受上部2I32b工字钢纵梁传递的桥面恒载和活载及其自重作用。（1）恒载计算钢管桩所受恒载为每跨结构自重荷载，为F=G每跨/4=14.42*10/2=72.1KN。 （2）活载计算 a、砼运输车活载计算：按两跨连续梁分析，考虑最不利工况，作用在便桥的活载按车辆荷载的双后轴荷载作用在两跨中支座处，按4根桩共同受力计算，并考虑冲击系数，单桩承受活载值为2*180*1.2/4=108KN。b、QUY50履带吊活载计算：考虑最不利工况，QUY50履带吊（吊重20t）作用在支座处，单排两根钢管桩承担计算，不考虑冲击系数，单桩承受活载值为（50+20）*10/4=175KN>108KN，计算时活载取175KN。c、单桩承受行人荷载为36/4=9KN。2) 单桩受力计算按标准荷载组合P=1.2*P恒+1.4*P活计算单桩所受总荷载为 1.2*72.1+1.4*（175+9）=344.12KN3) 单桩轴向受压承载力容许值及桩长计算钢管桩单桩承载力计算：根据建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)之公式5.3.7-1： （5.3.7-1） （5.3.7-2） （5.3.7-3）式中：桩身周长，取0.529*=1.662m；qsik桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值，按建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)表 5.3.5-1 取值,取25KPa； Qpk 极限端阻力标准值，按建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)表 5.3.5-2 取值，取650KPa；p桩底端闭塞效应系数，对于闭口钢管桩=1，对于敞口钢管宜按式（5.3.7-2）、（5.3.7-3）取值； hb桩底端进入持力层深度(m)； d 钢管桩内直径(m)，取0.513m； Ap桩底投影面积，取*0.26452=0.22。 预计入土深度为10m，且取安全系数为2.0，则 解之得 li=13.81m。钢管桩进入持力层深度不小于13.81m，取钢管桩入土深度为14.0m，雅江汛期水面上升高度约3.0m，按最不利位置考虑：1、原K0+640处主河道水深约1m，保证汛期桥面高于水面，钢管桩长度不小于14.0+3.0+1=18m；2、K2+200后为液化砂层，表层承载力较差，考虑1m富余量，且基本无水面，钢管桩长度为14.0+3.0+1=18m。统一取钢管桩长度为18m。附件：321型贝雷梁参数表表4-2 桥梁几何特性表结构组合W（cm3）J(cm4)单排单层标准型3578250497加强型7699577434双排单层标准型7157500994加强型153981154868三排单层标准型10735751491加强型230971732303 注：表中数值为半边桥之值，全桥时应乘2。表4-3 桁架结构容许内力表结构型式不加强结构型加强结构型单排单层双排单层三排单层单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层SSDSTSSSRDSRTSRDDRTDR弯矩( kN-m)7881576224616873375480967509618剪力(kN)2454906982454906984950698.9表4-4 荷载、跨径与桥梁组合配置表跨径荷 载汽车-10级汽车-15级汽车-20级履带-50级挂车-80级9SSSSSSSS-12SSSSSSSSDS15SSSSSSRSSRDS18SSSSRDSDSDS21SSRSSRDSDSDSR24SSRDSDSDSRDSR27SSRDSRDSRDSRDSR30DSDSRDSRDSRTSR中交第一公路工程局有限公司 23