邕江四線大橋施工棧橋計算書

1、附件2-3新建云桂鐵路引入南寧樞紐站前及部分站后工程新南寧邕江四線特大橋棧橋計算書編制:復(fù)核:審核:中鐵四局集團有限公司南寧樞紐標(biāo)工程指揮部二O一0年六月1.工程概況南寧樞紐東起湘桂線邕寧站，西至云桂線江西村DK21+500，南至南防線吳圩站。新南寧邕江四線特大橋梁中心里程為：DK3+619.80，孔跨式樣為1332m+（36+64+36）m連續(xù)梁+224m+132m+（72+2128+72）m連續(xù)梁+（52+88+52）m連續(xù)梁+232m+（36+64+36）m連續(xù)梁+832m預(yù)應(yīng)力混凝土梁。橋梁全長為1723.68m，橋梁里程范圍為D1K2+765.408D1K4+489.088。本橋依次

2、跨越江北大道、邕江、江南大道、五一路。邕江在本橋位處屬內(nèi)河級航道，橋位跨越邕江處江面寬約370m，江面至軌面約33.5m。連續(xù)梁主墩采用圓端型實體墩，邊墩及其余橋跨橋墩均采用矩形墩，鉆孔樁基礎(chǔ)。本橋主跨（72+2128+72）m連續(xù)梁20#22#橋墩基礎(chǔ)位于邕江水中，現(xiàn)施工常水位水深約5.313.8m，且河床覆蓋層較厚，下為巖層，30m內(nèi)地質(zhì)大致情況是第一層覆蓋層粘土厚1.5m，第二層細圓礫土厚10m，第三層泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖夾褐煤20m，19#、23#采用鋼板樁圍護施工，20#22#橋墩承臺砼施工之前設(shè)置雙壁鋼圍堰并進行水下砼封底施工、20#22#鉆孔樁均采用鉆孔平臺施工。為了對河中墩提供物資

3、設(shè)備等，修建棧橋連接鋼平臺。棧橋橋址處于施工水位63.85m，百年一遇流速2.1m/s，棧橋橋面標(biāo)高68.28m。棧橋基礎(chǔ)采用630mm鋼管樁，樁頂設(shè)置分配梁采用兩根工字鋼I40a型鋼。棧橋標(biāo)準(zhǔn)跨度12m，4跨一聯(lián)。2.設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)2.1設(shè)計原則棧橋的設(shè)計原則按下述的工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)計算設(shè)計，“工作狀態(tài)”是指有施工人員在棧橋上，必須保證絕對的安全，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)最高。要求各構(gòu)件處于彈性，最大應(yīng)力小于屈服強度；結(jié)構(gòu)具有足夠的耐疲勞性能；工字梁的允許跨中撓度按照桁架選取，為1/400的單跨跨徑；樁頂?shù)脑试S橫向位移按照框架柱選取，為1/150的樁長且穩(wěn)定因子大于4，即小于1/600樁長；樁基的豎向承載力安

4、全系數(shù)大于2；結(jié)構(gòu)上的任何連接不破壞。 “非工作狀態(tài)”是指由于出現(xiàn)概率較小、荷載值較大，且棧橋停止施工并封閉，因而要求可以相對放寬，允許發(fā)生可修復(fù)性的破壞，棧橋經(jīng)簡單的修復(fù)后能夠迅速地投入使用。2.2基本結(jié)構(gòu)形式主體結(jié)構(gòu)：棧橋跨度12m，4*12m一聯(lián)，主梁采用“321”型貝雷桁架，每聯(lián)之間設(shè)置雙墩，斷面采用八片貝雷片，布置形式見附圖。橋面系：由I28a作橫梁，I14作分配梁，面板采用10mm花紋板。樁基礎(chǔ)：鋼管樁直徑630mm，=10mm；鋼管樁所用鋼管，材質(zhì)Q235，采用鋼板卷焊。2.3設(shè)計荷載（1）設(shè)計荷載為公路I級；（2）施工車輛，按混凝土罐車車輛組（單輛混凝土罐車總重40t，前后軸分

5、別為10.5t，2*14.75t）計算，車輛間距10m。（3）50t履帶吊（履帶吊接地面積2-4660*760mm2）（4）設(shè)計流速:2.1m/s.2.4主要計算依據(jù)（1）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）（2）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTG D63-2007）（3）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ025-86）（4）裝配式公路鋼橋多用途使用手冊（5）橋梁工程（合肥工業(yè)大學(xué)出版社）（6）南寧樞紐工程設(shè)計說明與圖紙3.橋面系計算3.1橋面系基本材料 棧橋橋面板采用10mm花紋鋼板，分配梁I14和橫梁I28a。分配梁間距30cm，橫梁間距75cm。橋面系構(gòu)造見圖1.圖1.橋

6、面系構(gòu)造3.2計算荷載橋面系的設(shè)計荷載為公路-I級，混凝土罐車，履帶吊-50t.經(jīng)過計算，公路-I級和履帶吊-50t在橋面系分析中不起控制作用，故只考慮混凝土罐車車輪輪壓。3.3計算模型 根據(jù)彈性理論，采用有限元法對橋面系進行應(yīng)力分析。彈性模量取2.06*103，泊松比取0.3，容重為78.5kN/m3。橋面板按四輪荷載作用下連續(xù)板計算，考慮混凝土罐車最不利荷載為后軸P=147.5kN，輪壓面積為0.6*0.2m2，為了方便計算，取輪壓面積0.375*0.15m2，則壓力荷載147.5/（2*0.375*0.15）=1306.7kN/m，每軸共兩處，間距1.8m。圖2.橋面系計算模型（混凝土罐

7、車）3.4計算結(jié)果橋面板和分配梁的計算通過midas建模計算，計算結(jié)果匯總于下表：工況10mm橋面鋼板I14工字鋼橫梁橋面板撓度混凝土罐車輪壓荷載131MPa83MPa1.4mm以上計算結(jié)果，橋面板最大應(yīng)力131MPa，I14分配梁最大應(yīng)力83MPa，都在容許應(yīng)力145MPa的范圍內(nèi)。橋面板豎向位移為1.4mm，滿足設(shè)計要求。圖3.橋面板應(yīng)力圖圖4. I14工字鋼分配梁應(yīng)力圖圖5.橋面板撓度圖橫梁的計算橋面系橫梁最不利布置車輪是車輪剛好壓在橫梁上，最不利荷載情況下，橫梁的應(yīng)力圖見下：圖6.橫梁組合應(yīng)力圖圖7 橫梁剪應(yīng)力圖圖8.橫梁豎向撓度圖由上可得橫梁彎曲應(yīng)力最大值是43.9MPa，剪應(yīng)力最大

8、值是39.1MPa，豎向位移0.40mm。Q235鋼材容許彎曲應(yīng)力值145MPa，容許剪應(yīng)力值85MPa，容許撓度1500/400=3.75mm,滿足要求！4.貝雷桁架計算4.1棧橋結(jié)構(gòu)分析計算荷載為公路I級荷載，驗算荷載為混凝土混凝土罐車車輛組、單輛50t履帶吊。貝雷梁計算考慮的工況為：（1）計算荷載：恒載+公路一級（2）驗算荷載工況一：橫載+雙列混凝土罐車車輛組（3）驗算荷載工況二：恒載+單輛50t履帶吊貝雷梁結(jié)構(gòu)形式為4*12m一聯(lián)的聯(lián)系梁，其橋梁立面圖見圖9.圖9.一聯(lián)棧橋立面圖4.2計算結(jié)果結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算貝雷片主梁按整體單梁計算，結(jié)果如下：貝雷梁在恒載+兩車道公路-I級作用下的彎矩、剪

9、力包絡(luò)圖見下圖。圖10.恒載+兩車道公路一級作用下彎矩包絡(luò)圖圖11.恒載+兩車道公路一級作用下剪力包絡(luò)圖貝雷梁在恒載+兩列混凝土混凝土罐車罐車的作用下的彎矩、剪力包絡(luò)圖見下。圖12.恒載+兩車道混凝土罐車荷載作用下彎矩包絡(luò)圖圖13.恒載+兩車道混凝土罐車荷載作用下剪力包絡(luò)圖貝雷梁在恒載+單輛50t的履帶吊的作用下彎矩、剪力包絡(luò)圖見下圖14.恒載+單輛50t履帶吊荷載作用下彎矩包絡(luò)圖圖15.恒載+單輛50t履帶吊荷載作用下剪力包絡(luò)圖彎矩剪力計算結(jié)果匯總?cè)缦掠嬎愎r彎矩（kN.m）剪力（kN）最大值最小值最大值最小值1.恒載+公路I級170313148918812.恒載+混凝土罐車20521580

10、9989563.恒載+履帶吊1170868593593撓度計算貝雷梁的位移分為彈性和非彈性變形，下面參考裝配式公路鋼橋多用途使用手冊計算。A彈性變形計算單片不加強貝雷梁的截面抗彎慣性矩Ix=4*（198.3+702*12.74）=250497cm4，四組雙排貝雷片抗彎慣性矩是20039776cm4，彈性模量2.06*105MPa，根據(jù)以上建模利用midas計算撓度值,得到在自重和混凝土罐車組合下，豎向撓度值最大，結(jié)果如下：圖16.恒載+兩車道混凝土罐車荷載作用下豎向撓度圖B非彈性變形計按貝雷梁撓度計算經(jīng)驗公式：=3.556*42*/8=7.112mmC.撓度計算結(jié)果見下表工況恒載+公路I級恒載

11、+混凝土罐車恒載+履帶吊撓度（mm）11.413.010.7結(jié)果驗算A內(nèi)力驗算查閱裝配式公路鋼橋多用途使用手冊，“321”貝雷桁架容許內(nèi)力表：雙排單層：容許彎矩1576.4kN*m 容許剪力490.5kN。本橋采用四組雙排單層貝類桁架，取折減系數(shù)0.85，則：1576.4*4*0.85=5359.8kN*m2052kN*m490.5*4*0.85=1667.7kN998kN滿足設(shè)計要求！B位移驗算從上可得，貝雷梁的豎向位移最大值是13.0mm，與跨度比為1/923,小于1/400，因此棧橋的剛度能滿足使用要求。5.樁頂橫梁計算5.1樁頂橫梁最不利受力主梁支撐點反力值見下表：工況恒載+公路I級恒

12、載+混凝土罐車恒載+履帶吊反力kN11521206764樁頂橫梁支撐貝雷片，其受到最不利集中力P=1206/8=150.75KN。5.2橫梁結(jié)構(gòu)計算樁頂橫梁受到上部貝雷梁傳遞的荷載，其支撐點在鋼管樁上，支撐點按鉸點考慮，則樁頂橫梁應(yīng)力圖如下所示圖19.樁頂橫梁彎曲應(yīng)力圖圖20.樁頂橫梁剪應(yīng)力圖由上知樁頂橫梁彎曲應(yīng)力最大值71MPa，剪應(yīng)力最大值49.2MPa。Q235鋼材容許彎曲應(yīng)力值145MPa，容許剪應(yīng)力值85MPa，滿足要求！6.鋼管樁自身強度的計算6.1計算荷載（1）豎向荷載。由上述計算的一排四個墩荷載最大值按平均計算，1206/4=301.5kN。（2）流水壓力.橋址處百年一遇流水速

13、度是2.1m/s。河道在豐水期水深達20m，此時鋼管樁入水深度20m，則流水壓力計算如下： =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倍水深處。（3）汽車制動力。單車道一聯(lián)制動力值按照公路級車道荷載計算，一聯(lián)長度48m，則：F=10.5*48*0.1=50.4KN，但是對于公路級汽車荷載制動力不小于165kN，公路級汽車荷載的制動力不小于90kN。然而施工棧橋道路等級較低，設(shè)計速度僅是10km/h，其產(chǎn)生的制動力較小，且棧橋又是臨時結(jié)構(gòu)，因此單車道制動力按照F=60kN計算。又在棧橋上禁止車輛超車，則一聯(lián)的橋梁制動力是F=60k

14、N。下面計算橋墩抗推剛度。單排墩：I=3.7445*10-3m4i=li3/（3EI）=203/（3*2.06*105*0.0037445）=3.45則抗推剛度k=0.289雙排墩：I=(3.7445*10-3+0.3152*1.9478*10-2*4)*2=0.0229i=li3/（3EI）=203/（3*2.06*105*0.0229）=0.565則抗推剛度k=1.769則制動力橋墩分布是，單排墩60*0.289/（0.289*3+1.769）=6.6kN雙排墩60*1.769/（0.289*3+1.769）=40.2kN。制動力均作用于墩頂。6.2鋼管樁結(jié)構(gòu)檢算荷載組合鉆孔鋼平臺頂面高程

15、+68.28m，21#墩位河床標(biāo)高+50.37m。因此鋼管自由樁長17.91m，在考慮河床底2m覆蓋層，樁的自由長度按20m計算。荷載按以下組合：組合一：豎向荷載+制動力組合二：豎向荷載+流水壓力豎向力按301.5kN計算，雙排墩每根鋼管受到制動力40.2/8=8.04kN，作用于樁頂單排墩每根鋼管樁受到制動力6.6/4=1.65kN，作用于樁頂外側(cè)鋼管受到水流壓力35.6kN，作用點樁頂下6.7m。鋼管樁豎向穩(wěn)定性驗算豎向力F=301.5KN，樁底彎矩Mmax=35.6*（20-6.7）=437.5KN*m壓應(yīng)力 =F/A+M/w=37.4MPa拉應(yīng)力 =F/A-M/w=-6.4MPa剪應(yīng)力

16、 =35.6KN鋼管樁自由長度按兩端鉸接考慮，則計算長度20m，鋼管樁回轉(zhuǎn)半徑i=21.923cm，所以=20/0.21923=91.3。查得=0.573，則=0.573*145=83MPa37.4MPa,滿足要求!剪切應(yīng)力容許值85MPa,滿足要求!鋼管樁橫向穩(wěn)定性計算鋼管樁在制動力或流水壓力作用下產(chǎn)生橫向的位移，各組合對單排和雙排墩的橫行位移計算如下:圖21.雙排墩在豎向力+制動力作用下水平位移圖圖22.雙排墩在豎向力+流水壓力作用下水平位移圖圖23. 單排墩在豎向力+制動力作用下水平位移圖圖24.雙排墩在豎向力+流水壓力作用下水平位移圖計算結(jié)果匯總于下表荷載組合雙排墩水平位移m單排墩水平位移m豎向力+制動力0.0270.023豎向力+流水壓力0.0210.021由上可得鋼管樁的位移最大值0.027m，與樁長比值0.027/20