排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書

1、排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書計(jì)算書計(jì)算： 復(fù)核： 審核： 湖南中大設(shè)計(jì)院有限公司湖南中大設(shè)計(jì)院有限公司2011 年年 2 月月排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 1目目 錄錄1 設(shè)計(jì)說明 .21.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)范圍.21.2 采用設(shè)計(jì)規(guī)范.21.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).31.4 主要設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù).31.4.1 主橋結(jié)構(gòu)型式.31.4.2 橋梁設(shè)計(jì)荷載.42 計(jì)算模型.43 主要計(jì)算結(jié)果.53.1 縱向分配梁內(nèi)力計(jì)算.53.2 橫向分配梁內(nèi)力計(jì)算.73.3 主桁架支反力計(jì)算.93.4 主梁（貝雷梁）軸向應(yīng)力驗(yàn)算.103.4.1 上弦桿軸向應(yīng)力驗(yàn)算.103

2、.4.2 下弦桿軸向應(yīng)力驗(yàn)算.113.4.3 豎桿軸向應(yīng)力驗(yàn)算.113.5 主梁剛度驗(yàn)算.123.6 主梁聯(lián)結(jié)系驗(yàn)算.133.7 12M 跨樁頂分配梁內(nèi)力計(jì)算 .143.7.1 分配梁抗彎驗(yàn)算.143.7.2 分配梁抗剪驗(yàn)算.143.8 鋼棧橋伸縮縫長度計(jì)算.154 下部結(jié)構(gòu)計(jì)算.154.1 鋼管樁入土深度的確定.154.2 單樁承載力驗(yàn)算.154.3 鋼管樁的壓桿穩(wěn)定計(jì)算.17排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 21 設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)說明1.11.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)范圍設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)用于排生巴拉河鋼棧橋的施工，為跨越巴拉河而設(shè)。由于棧橋是為建造長沙至昆明客運(yùn)專線玉屏至昆明段排生巴拉河大

3、橋而架設(shè)，故地質(zhì)情況套用排生巴拉河大橋工程地質(zhì)資料。新建棧橋位于排生巴拉河大橋上游側(cè)，棧橋設(shè)計(jì)荷載為 800KN，設(shè)計(jì)時速為 5km/h，按照雙線布置；棧橋主梁用貝雷梁,主梁下弦標(biāo)高為 613.00m。棧橋共兩聯(lián)，全長 204.05m，標(biāo)準(zhǔn)跨跨度為 12m,橋面寬 7m，中間設(shè)兩處會車道，橋面標(biāo)高 615.00m；棧橋樁基礎(chǔ)采用直徑 1000mm，壁厚 12mm 的鋼管樁。3#-17#墩單個橋墩由 4 根鋼管樁組成，樁頂設(shè)分配梁，分配梁下設(shè)樁間聯(lián)結(jié)系以抵御橫向水平力。在 17#鋼管樁頂端需設(shè)置擋塊防止梁的縱向位移。棧橋樁單樁設(shè)計(jì)豎向承載力 1000KN,棧橋樁施工過程中，應(yīng)采取樁尖高程和貫入度

4、雙控的措施，以保證棧橋的承載力。樁基貫入強(qiáng)風(fēng)化板巖層深度不小于 3m，并且施工時應(yīng)根據(jù)承載力計(jì)算公式進(jìn)行承載力檢算。各榀桁架下的墩頂分配梁兩側(cè)設(shè)置擋塊，防止桁架橫向滑移。貝雷梁桁架在墩頂支座處應(yīng)對腹桿加強(qiáng)以抵抗支座反力。棧橋成橋后應(yīng)定期檢測各墩頂處的沉降量，墩頂沉降量不應(yīng)大于8mm。應(yīng)定期對棧橋各構(gòu)件的工作狀況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處治。1.21.2 采用設(shè)計(jì)規(guī)范采用設(shè)計(jì)規(guī)范1、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-20032、 軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范JGJ 83-913、 鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.5-20054、 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ 025-865、 港口工程

5、樁基規(guī)范JTJ 254-986、 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB10002.2-20057、 鐵路鋼橋制造規(guī)范TB10212-2009排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 31.31.3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1、設(shè)計(jì)行車速度：5km/h；2. 設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)：800KN；3. 車道寬度：寬度按 3.5m 計(jì)； 4. 地震基本烈度：地震動峰值加速度小于或等于 0.05g。1.41.4 主要設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)主要設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1.4.1 主橋結(jié)構(gòu)型式棧橋主梁采用貝雷梁,具體斷面布置圖如下所示，在分配梁上布置六片貝雷梁，間距為0.9m。會車道分配梁上布置8片貝雷梁，間距0.9m。為了防止貝雷

6、梁發(fā)生側(cè)移，各榀桁架下的墩頂分配梁兩側(cè)需設(shè)置擋塊，同時在貝雷梁下需架設(shè)20 x20 x8cm橡膠支座，使受力更加均勻，以免貝雷梁和分配量之間發(fā)生點(diǎn)接觸。棧橋斷面布置圖如下所示：圖 1 棧橋斷面布置圖橫向上各貝雷梁之間由聯(lián)結(jié)系聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)系結(jié)構(gòu)圖如下所示：排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 4圖 2 主梁聯(lián)結(jié)系結(jié)構(gòu)圖1.4.2 橋梁設(shè)計(jì)荷載 1恒載 （1）結(jié)構(gòu)自重；按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-2003 采用。 （2）二期恒載；包括橋面板、縱向分配梁、橫向分配梁、欄桿、各種管線等附屬設(shè)施重量。2活載 （1）的砼罐車空載 15t 重，滿載 40t 重；310m （2）三一重工履帶吊 80t 重，

7、最大單件重 20t； （3）人群荷載：；2/3mKN （4）動載系數(shù)取 1.2?？紤]棧橋?qū)嶋H情況，同方向車輛間距不小于 15 米，即一跨內(nèi)同方向最多只布置一輛重車，并考慮滿載砼罐車和空載砼罐車錯車。2 計(jì)算模型計(jì)算模型主橋整體計(jì)算按空間模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，采用 midas civil 建立空間梁單元模型，結(jié)構(gòu)離散見下圖所示。整個模型共建立 4842 個單元， ，節(jié)點(diǎn) 2103 個。排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 5圖 3 全橋計(jì)算模型3 主要計(jì)算結(jié)果主要計(jì)算結(jié)果3.13.1 縱向分配梁內(nèi)力計(jì)算縱向分配梁內(nèi)力計(jì)算縱向分配梁的計(jì)算按如下兩個工況進(jìn)行計(jì)算：（1）工況一：的砼罐車滿載 40t 重，單

8、邊車輪作用在跨中時，縱向310m分配梁的彎矩最大，簡化為跨度為 L=1.5m 的簡支梁集中荷載驗(yàn)算，集中荷載如圖 4 所示：圖 4 滿載砼罐車作用下縱向分配梁受力圖考慮動載系數(shù) 1.2，P 取值為 48KN；排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 6滿載砼罐車作用下縱向分配梁彎矩圖如下圖所示：圖 5 滿載砼罐車作用下縱向分配梁彎矩圖從圖中得出彎矩的最大值在跨中位置，。mKNM1 .18max（2）工況二：履帶吊 80t 重，最大單件吊 20t 重，合計(jì) 100t。按單邊履帶均布荷載計(jì)算,履帶壓地長度為 6m，寬度為 76cm，因此分配到兩片縱梁上。如圖 6 所示：圖 6 履帶吊車作用下縱向分配梁受

9、力圖計(jì)算得：；mKNq/502 . 16/1211010021履帶吊車作用下縱向分配梁彎矩圖如下圖所示：排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 7圖 7 履帶吊車作用下縱向分配梁彎矩圖從圖中得出彎矩的最大值在跨中位置，。mKNM9 .16max（3）抗彎驗(yàn)算：由上述兩種工況計(jì)算得知：,查路橋施工計(jì)算手冊附mKNM1 .18max表 3-31 得知：I16 的39 .140 cmWx，因此滿足抗彎要求。 MPaMPacmmKNWMx2155 .1289 .1401 .183max（4）抗剪驗(yàn)算：由上述兩種工況計(jì)算得知：,查路橋施工計(jì)算手冊KNqlQ5 .3721max附表 3-31 得知：I16 的

10、211.26cmA ，因此滿足抗剪要求。 MPaMPacmKNAQ12536.1411.265 .372max3.23.2 橫向分配梁內(nèi)力計(jì)算橫向分配梁內(nèi)力計(jì)算（1）恒載計(jì)算: 恒載包括 10mm 厚防滑鋼板、I16 縱向分配梁的重量和 I25a 橫向分配梁的重量，間距 L=1.5m。計(jì)算過程如下：mmkgmkgmkgmmq5 . 1/ )/08.385 . 1/50.200 . 14/6 .780 . 15 . 1 (2mKN /714. 1排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 8mKNLqM49. 05 . 1714. 1818122跨中如圖 8 所示：圖 8 自重作用下橫向分配梁彎矩圖（2

11、）工況一：恒載+活載（40t 砼罐車）按罐車軸重分布得知后輪最大荷載為：KNKNP962 . 1402mKNmKNLPMM49.3649. 041max跨中（3）工況二：恒載+活載（80t 履帶吊+20t 吊重）80t 履帶吊輪壓，加上 20t 吊重（按集中荷載簡支梁計(jì)算）：KNtP1002 . 1611010021mKNmKNLPMM99.3749. 041max跨中（4）抗彎驗(yàn)算：由上述兩種工況計(jì)算得知：,mKNM99.37max查路橋施工計(jì)算手冊附表 3-31 得知：I25a 的34 .401 cmWx排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 9，因此滿足抗彎要求。 MPaMPacmmKNWM

12、x21564.944 .40199.373max（5）抗剪驗(yàn)算：由上述兩種工況計(jì)算得知：,查路橋施工計(jì)算手冊附表 3-KNQ50max31 得知：I25a 的251.48cmA ，因此滿足抗剪要求。 MPaMPacmKNAQ12531.1051.48502max3.33.3 主桁架支反力計(jì)算主桁架支反力計(jì)算下表中列出了各單項(xiàng)及組合下各支座支承反力值：表 1 支座內(nèi)力表（半橋）墩號自重（KN）車道荷載（最大）（KN）車道荷載（最小）（KN）車輛荷載（最大）（KN）車輛荷載（最小）（KN）履帶車（最大）（KN）履帶車（最?。↘N）組合值（KN）0#30.36 691.88 -46.88 588.

13、41 -37.74 759.41 -75.78 789.77 1#78.35 914.49 -69.98 926.45 -68.73 1021.74 -109.23 1100.10 2#68.69 888.38 -94.05 889.64 -73.21 989.67 -141.09 1058.36 3#70.55 890.92 -83.54 888.31 -68.22 992.05 -128.79 1062.60 4#70.13 890.23 -83.93 888.26 -68.06 991.25 -129.22 1061.37 5#70.55 890.92 -83.54 888.31 -68

14、.22 992.05 -128.79 1062.60 6#68.69 888.38 -94.05 889.64 -73.21 989.68 -141.09 1058.37 7#78.35 914.50 -69.99 926.47 -68.74 1021.75 -109.24 1100.10 8#30.36 691.21 -46.78 588.57 -37.82 758.78 -75.47 789.15 合計(jì)566.04 7660.91 -672.75 7474.07 -563.95 8516.37 -1038.68 9082.41 說明：(1) 表中反力均按支座單元的局部坐標(biāo)系輸出。(2) 內(nèi)

15、力方向正負(fù)號規(guī)定見梁單元局部坐標(biāo)系中內(nèi)力或應(yīng)力正負(fù)號的約定 （即：單元 i 端內(nèi)力與單元局部坐標(biāo)系同向?yàn)檎┡派屠哟髽蚴┕や摋蚬こ逃?jì)算書 10圖 9 支座單元局部坐標(biāo)系中內(nèi)力正負(fù)號的約定3.43.4 主梁（貝雷梁）軸向應(yīng)力主梁（貝雷梁）軸向應(yīng)力驗(yàn)算驗(yàn)算根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，對于受壓或受拉并在一個主平面內(nèi)受彎曲的鋼梁，應(yīng)滿足公式，其中為鋼材的容許應(yīng)力。 NMAW Q345 鋼材的軸向受壓基本容許應(yīng)力取值為 200 MPa，在主力組合下容許應(yīng)力的提高系數(shù)為 1.0。3.4.1 上弦桿軸向應(yīng)力驗(yàn)算選取最不利的上弦桿進(jìn)行分析，由計(jì)算結(jié)果知道，最不利的位置為第一跨跨中附近和 1#支點(diǎn)

16、位置。上弦桿內(nèi)力圖如下所示：排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 11圖 10 上弦桿軸向應(yīng)力圖（半橋）由上圖得到，第一跨跨中處上弦桿的最大壓應(yīng)力為 97.3MPa，1#支點(diǎn)處的最大拉應(yīng)力為 51.6MPa。3.4.2 下弦桿軸向應(yīng)力驗(yàn)算選取最不利的下弦桿進(jìn)行分析，由計(jì)算結(jié)果知道，最不利的位置為第一跨跨中附近和 1#支點(diǎn)位置。下弦桿內(nèi)力圖如下所示：圖 11 下弦桿軸向應(yīng)力圖（半橋）由上圖得到，第一跨跨中處下弦桿的最大拉應(yīng)力為 98.6MPa，1#支點(diǎn)處的最大壓應(yīng)力為 53.7MPa。3.4.3 豎桿軸向應(yīng)力驗(yàn)算選取最不利的豎桿進(jìn)行分析，由計(jì)算結(jié)果知道，最不利的位置為 1#支點(diǎn)位置。豎桿內(nèi)力圖如下

17、所示：排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 12圖 12 豎桿軸向應(yīng)力圖由上圖得到，在 1#支座上方的斜豎桿最大壓應(yīng)力為 249.8MPa，斜豎桿的最大拉應(yīng)力也達(dá)到了 158.9MPa。由計(jì)算數(shù)據(jù)可以得到，上弦桿最大壓應(yīng)力為 97.3 MPa200 MPa， 出現(xiàn)在第一跨跨中附近，最大拉應(yīng)力為 53.7MPa200 MPa，出現(xiàn)在 1#支 座的上方；下弦桿最大拉應(yīng)力為 98.6 MPa200 MPa，出現(xiàn)在第一跨跨 中附近，最大壓應(yīng)力為 53.7MPa200 MPa，出現(xiàn)在 1#支座的上方；豎桿 最大壓應(yīng)力為 249.8 MPa 200 MPa，出現(xiàn)在 1#支點(diǎn)上方豎桿旁邊，最大 拉應(yīng)力為 53

18、.7MPa200 MPa，出現(xiàn)在 1#支座的上方豎桿的旁邊。 由于支座上方斜向豎桿的應(yīng)力不滿足公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中 16Mn 鋼材最大軸向應(yīng)力為 200MPa 的規(guī)定，因此需要加強(qiáng)。3.53.5 主梁剛度驗(yàn)算主梁剛度驗(yàn)算(1) 結(jié)構(gòu)重力撓度如下圖所示：圖 13 主桁架結(jié)構(gòu)重力撓度圖排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 13 (2) 靜活載撓度如下圖所示：圖 14 主桁架活載撓度圖主梁豎向撓度值如下表所示：表 2 主梁豎向位移表第一跨第二跨第三跨第四跨第五跨第六跨第七跨靜活載豎向位移11.0639.7289.7609.7489.7489.7629.730撓跨比1/10851/12341

19、/12301/12311/12311/12301/1234由表 2 可見，本橋主跨在靜活載作用下產(chǎn)生的最大豎向位移為 11.063mm，撓跨比為 1/1085，滿足公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第 1.1.5 條小于L/800 的規(guī)定要求（L 為計(jì)算跨度） 。3.3.6 6 主梁聯(lián)結(jié)系驗(yàn)算主梁聯(lián)結(jié)系驗(yàn)算選取最不利的主梁聯(lián)結(jié)系進(jìn)行分析，由計(jì)算結(jié)果知道，最不利的位置為 1#支點(diǎn)位置。主梁聯(lián)結(jié)系內(nèi)力圖如下所示：圖 15 主梁聯(lián)結(jié)系應(yīng)力圖排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 14由上圖得到，主梁聯(lián)結(jié)系的最大壓應(yīng)力為 114.7MPa200 MPa，最大 拉應(yīng)力為 25.7MPa200 MPa，均滿足規(guī)范

20、要求。 3.73.7 12M12M 跨樁頂分配梁內(nèi)力計(jì)算跨樁頂分配梁內(nèi)力計(jì)算3.7.1 分配梁抗彎驗(yàn)算荷載作用下樁頂分配梁的彎矩圖如下所示：圖 16 樁頂分配梁彎矩圖由上圖可知：，通過 midas 的截面特性計(jì)算器算的截面mKNM7 .46max抵抗矩36 .964 cmWx，因此滿足抗彎要求。 MPaMPacmmKNWMx2155 .486 .9647 .463max3.7.2 分配梁抗剪驗(yàn)算荷載作用下樁頂分配梁的剪力圖如下所示：圖 17 樁頂分配梁剪力圖排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 15由上述兩種工況計(jì)算得知：,計(jì)算分配梁的橫截面積如下：KNQ4 .48max200.24212. 0

21、40212. 060cmA，因此滿足抗剪要求。 MPaMPacmKNAQ12517.2000.244 .482max3.83.8 鋼棧橋伸縮縫長度計(jì)算鋼棧橋伸縮縫長度計(jì)算鋼棧橋全長 204m，分兩聯(lián)，分別為：102m+102m。根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊附表 3-19 鋼材的物理性能 P413 頁查出：鋼材的線膨脹系數(shù)。5102 . 1mmCLTL04896. 0102 . 1102405因此鋼棧橋伸縮縫長度設(shè)置為 5cm，橋臺處伸縮縫設(shè)置為 6cm。4 下部結(jié)構(gòu)計(jì)算下部結(jié)構(gòu)計(jì)算4.14.1 鋼管樁入土深度的確定鋼管樁入土深度的確定本設(shè)計(jì)中要求每根鋼管樁的豎向承載力不小于 1000KN，現(xiàn)場地質(zhì)覆蓋

22、層為卵石土，卵石土厚度為 26m,卵石土下為強(qiáng)風(fēng)化板巖，卵石土的平均側(cè)摩阻力值取 90KPa，端阻力值取 500KPa,鋼管樁所需最小入土深度 X 值為：KNmXm1000500012. 00 . 1900 . 1計(jì)算得出：X3.48m，即最小入土深度為 3.48m。在本設(shè)計(jì)中要求鋼管樁透過卵石土層，貫入強(qiáng)風(fēng)化板巖深度不小于 3m，滿足設(shè)計(jì)要求。4.24.2 單樁承載力驗(yàn)算單樁承載力驗(yàn)算樁頂荷載一般包括軸向力、橫向力和力矩。其中，軸向力一般為壓力，但有時也可能出現(xiàn)軸向拉力（即受拔） 。相應(yīng)地，單樁承載力包括軸向受壓、軸向受拉和橫向承載力。對豎向樁，軸向和橫向分別為豎向和水平向，故上述三種承載力

23、又稱為豎向受壓、豎向受拉和水平承載力，本項(xiàng)目計(jì)算樁頂荷載包括軸向力、橫向力和力矩，所以要驗(yàn)算單樁的承載力。在軸向荷載作用下，無論受壓還是受拉，樁喪失承載能力一般表現(xiàn)為兩種排生巴拉河大橋施工鋼棧橋工程計(jì)算書 16形式：其一，樁周土的阻力不足，發(fā)生急劇而量大的軸向位移（沉降或拔升） ，或者位移雖不急劇增加，但因位移量過大而不適于繼續(xù)承載；其二，樁自身的強(qiáng)度不夠，被壓壞或拉壞。所以，樁的軸向承載力應(yīng)分別根據(jù)樁周土的阻力和樁身強(qiáng)度確定，采用其中較小者。一般來講，軸向受壓時摩擦樁的承載力決定與樁周土的阻力，支承于巖層上的端承樁承載力則往往是樁身強(qiáng)度起控制作用。在橫向作用下，樁的破壞同樣可表現(xiàn)為樁周土的抗力或樁身強(qiáng)度不足。此外，當(dāng)長期或經(jīng)常承受橫向力或拔力時，對建筑樁基還需限制樁身的裂縫開展寬度，甚至不允許出現(xiàn)裂縫，視壞境條件而定。在這種情況下除樁身強(qiáng)度外，還應(yīng)進(jìn)行抗裂計(jì)算。圖 18 鋼管樁示意圖如果卵石土覆蓋層厚度2m 時，由上述結(jié)果得知鋼管樁貫入強(qiáng)風(fēng)化板巖3m 滿足要求。由于鋼管樁被河床巖石、砂封實(shí)，鋼管樁樁頂加載后鋼管樁壁與填充物不會發(fā)生相對錯動，鋼管樁容許承載力按實(shí)心樁體計(jì)算。在路橋