12m跨6m寬棧橋設計

1、珠海市金港路橫琴北段（橫琴二橋）工程二標跨中心溝及橫琴互通水域棧橋設計計 算 書設 計 : 復 核 : 審 批 : 中交四公局珠海橫琴二橋二標總項目經理部 二0一三年八月目 錄一、工程概況1二、設計依據(jù)1三、支架結構設計1四、棧橋邊界條件4五、棧橋荷載5六、結果分析7七、貝雷支架鋼管樁設計16八、吊裝偏載計算18九、鋼管柱間剪刀撐及平聯(lián)焊縫驗算18跨中心溝及橫琴互通水域棧橋設計一、工程概況南引橋K6+565K7+757段跨越中心溝水道，其中92#97#墩位于該水道中，該段橋梁設計為大挑臂展翅現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋幅全寬33.5m，跨徑50m。橫琴互通B匝道橋BK0+353.173BK0+434.17

2、3段、C匝道橋CK0+330.408CK0+519.408段跨越橫琴互通西側圍海造塘水域，其B匝道橋第B9#B11#墩、C匝道橋第C7#C14#墩位于該水域內，該段橋梁設計為現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋幅全寬10.5m，跨徑27m。為完成跨中心溝水道南引橋及橫琴互通水中橋梁施工，需在中心溝水道南引橋左側、橫琴互通水域B匝道橋右側、C匝道橋左側搭設棧橋作為設備物資運輸及人員通道，棧橋設計跨度12m，寬6m，跨中心溝水道棧橋中線距離新橋設計中心線23m，棧橋長204m，共計17跨，跨橫琴互通西側水域棧橋中線距離新橋設計中心線10.5m，棧橋長231m，共計18跨。橋位區(qū)域屬圍海預留水道及圍海造塘地貌，地層巖性

3、為淤泥、黏土、淤泥質粘土、粗砂、礫質黏土，下伏基巖為燕山期花崗巖，淤泥層厚2040m，主要為海相沉積和海陸交互相沉積淤泥、淤泥質土，厚度分布不均勻，土質軟，飽和，呈軟塑至流塑狀，靈敏度高、強度低、觸變性高，為完成橋梁施工，需在中心溝水道主線左側及橫琴互通主線右側水域搭設棧橋作為設備物資運輸及人員通道，棧橋采用樁柱式貝雷梁支承體系。二、設計依據(jù)1、珠海橫琴二橋南引橋及互通匝道橋施工圖、工程地質勘察報告2、公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004)3、公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范（JTJ025-86）4、鋼結構設計規(guī)范（GB50017-2003）5、公路工程技術標準(JTG B01-200

4、3)6、路橋涵施工技術規(guī)范（JTGT F50-2011）7、路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTGD63-2007）三、支架結構設計1、棧橋結構總體設計棧橋設計跨度12m，寬6m，采用樁柱式貝雷梁支承體系，該棧橋結構采用MIDAS/CIVIL 建立空間桿系有限元分析模型，跨中心溝棧橋長204m，共計17跨，按連續(xù)梁設計，取3跨建立棧橋模型如圖1“三跨12m跨棧橋計算模型整體圖”，橫琴互通水域棧橋231m，共計18跨，其中C匝道橋棧橋4×12m+2×12m+2×12m+2×12m+2×12m,共計12跨，B匝道橋棧橋21×12m+2×

5、;12m+2×12m,共計6跨，因互通匝道橋曲線半徑較小，棧橋分聯(lián)按折線布置,各折線段按連續(xù)梁設計，轉折處設置鋼管格構墩，取2跨建立棧橋模型如圖2“兩跨12m跨棧橋計算模型整體圖”。2、棧橋鋼管樁基礎棧橋鋼管樁基礎選用A3鋼P630×8mm鋼管，鋼管樁縱向間距12m，橫向間距為4.5m，鋼管樁根據(jù)計算模型分析所得鋼管柱支承反力確定鋼管樁單樁承載力，再結合地質情況計算鋼管樁沉入土層深度，詳見“七、棧橋鋼管樁設計”。為使樁能承受巨大的錘擊應力，在鋼管接口外圈貼焊加強鋼板，鋼管樁與鋼管柱設置連接鋼板及加勁肋。圖1 三跨12m跨棧橋計算模型整體圖圖2 兩跨12m跨棧橋計算模型整體圖

6、3、棧橋臨時墩棧橋臨時墩（鋼管立柱）均采用A3鋼P630×8mm鋼管 ，鋼管柱間設置橫向平聯(lián)及剪刀撐，平聯(lián)及剪刀撐均采用A3鋼C160x63x6.5/10，柱頂支承梁采用A3鋼雙I45b型鋼，中心溝棧橋每56跨設置一制動墩，詳見圖3“跨中溝棧橋制動墩模型圖”，橫琴互通匝道橋轉折處設置格構臨時墩，即在轉折處的兩排臨時墩間設置平聯(lián)及斜撐，如圖4 “橫琴互通鋼管格構墩模型圖”，轉折處格構臨時墩柱頂支承梁采用A3鋼雙I45b型鋼，結構計算時取最不利狀況（單排墩受力狀況）進行強度剛度及穩(wěn)定性分析。圖3 跨中溝棧橋制動墩模型圖 圖4 鋼管格構墩模型圖4、棧橋支承縱梁樁柱式貝雷支架采用國產定型貝雷

7、片、支撐架及其附件拼裝成縱向承重梁，貝雷片采用16Mn鋼制作，支撐架采用A3鋼制作，貝雷梁單層設置，6排、間距90+135+90+135+90cm，貝雷梁頂布置橫橋向A3鋼I25b工字鋼做分配梁，間距約1.5m，橫向分配梁頂布置縱橋向A3鋼I12工字鋼做縱向分配梁，間距約0.3m，因格構臨時墩轉折處橫向分配梁間距過大（最大間距達2.7），該位置采用A3鋼I20a工字鋼做縱向分配梁，縱向分配梁頂均布置厚8mm壓花鋼板做橋面板。5、 3跨（36m）棧橋材料用量（見表1）表1 3跨（36m）棧橋材料用量表 截面號 截面名 料名 規(guī)格 容重（KN/m3） 長度（mm） 重量（KN） - - - - -

8、 - - - - - - -1 弦桿 16Mn 國標 7.698e-008 4.320e+005 8.353e+001 2 腹桿 16Mn 國標 7.698e-008 8.747e+005 6.137e+001 3 支撐架 A3 國標 7.698e-008 3.443e+005 1.320e+001 4 橫向分配梁 A3 I250x118x10/13 7.698e-008 1.500e+005 6.179e+001 5 縱向分配梁 A3 I12 7.698e-008 7.182e+005 8.127e+0016 支承梁 A3 I45b 7.698e-008 2.400e+004 4.087e+

9、001 7 鋼管柱 A3 P630×8mm 7.698e-008 6.400e+004 7.702e+0018 剪刀撐及平聯(lián) A3 C160x63x6.5/10 7.698e-008 5.740e+004 9.698e+0009 貝雷梁聯(lián)系剪刀撐 A3 C 8.0 7.698e-008 1.362e+005 1.074e+001 10 橋面板 A3 8mm厚鋼板 7.698e-008 1.261e+002- 合計: 5.656e+002備注：不含鋼管樁材料用量，貝雷片72片，90cm支撐架45片。四、棧橋邊界條件棧橋設計模擬支架實際邊界情況及不同梁單元、桁架單元之間荷載傳遞情況，分部

10、位做出不同的邊界約束條件、單元之間的釋放梁端約束、接剛性連接、彈性連接，棧橋邊界條件設置如圖5“三跨棧橋支架邊界條件及連接設置圖”，兩跨連續(xù)梁模型邊界條件及連接設置同三跨連續(xù)梁。圖5 棧橋支架邊界條件及連接設置圖五、棧橋荷載1、恒荷載添加自重荷載MIDAS/CIVIL軟件可以根構件的實際重量自動添加，自重按照恒荷載工況添加后和其他施工荷載組合計算。2、移動荷載添加工況一：履帶吊荷載作用在跨中，按照50t 履帶吊，吊重20t，考慮1.1 的沖擊系數(shù)，總荷載為77t，履帶吊履帶中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m,單條履帶橫向由三條縱向分配梁承受，長度為5m，每條工字

11、鋼承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.67KN/m；汽車等級為公路-I級，按一個車道布置，公路-I級車輛荷載主要技術指標如下表2“車輛荷載主要技術指標”，車輛荷載按后軸荷載作用在跨中位置開始依次加載后軸、中軸及前軸重力標準值，詳見圖6“工況一三跨連續(xù)梁棧橋移動荷載加載圖”，工況一主要用于驗算棧橋梁部在最不利結構受力狀況下結構的安全性及適應性。工況二：履帶吊荷載作用在鋼管排架墩位置，按照50t 履帶吊，吊重20t，考慮1.1 的沖擊系數(shù)，總荷載為77t，履帶吊履帶中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m,單條履帶橫向由三條縱向分配

12、梁承受，長度為5m，每條工字鋼鋼承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.67KN/m；汽車等級為公路-I級，按一個車道布置，車輛荷載按后軸荷載作用在跨中位置開始依次加載后軸、中軸及前軸重力標準值，詳見圖7“工況二三跨連續(xù)梁棧橋移動荷載加載圖”，工況一主要用于驗算棧橋鋼管排架墩在最不利結構受力狀況下結構的安全性及適應性，確定鋼管排架墩墩單樁承載力要求。工況三：同工況一的第一、二跨荷載布置。工況四：同工況二的第一、二跨荷載布置。圖6 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋移動荷載加載圖 圖7 工況二：三跨連續(xù)梁棧橋移動荷載加載圖表2 車輛荷載主要技術指標5、荷載組合NUM NA

13、ME ACTIVE TYPELOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR)1 sLCB1 承載能力 相加 自重( 1.000) + 移動工況( 1.000)2 sLCB2 使用性能 相加 自重( 1.000) + 移動工況( 1.000)六、結果分析1、鋼管樁柱式貝雷棧橋強度分析1）縱向分配梁強度圖8 工況一：縱向分配梁組合應力圖圖9 工況一：縱向分配梁剪應力圖縱向分配梁采用A3鋼、I12工字鋼制作，間距約0.3m，頂鋪厚8mm壓花鋼板，建模加移動荷載時，未考慮壓花鋼板對荷載的分配作用（偏安全），移動荷載直接加在縱向分配梁上，最大拉

14、應力出現(xiàn)在汽車后輪作位置，縱向分配梁最組合應力156MPa，略大于規(guī)范規(guī)定允許應力145 MPa，最大剪應力55.9MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應力85 MPa，可以接受。2）貝雷梁強度圖10 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁弦桿組合應力圖圖11 工況三：兩跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁弦桿組合應力圖圖12 工況三：兩跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁弦桿剪應力圖弦桿采用16mMn鋼制作，工況三弦桿最大組合應力144.3MPa于規(guī)范規(guī)定允許應力210 MPa，最大剪應力83.0MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應力120MPa。圖13 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁腹桿組合應力圖圖14 工況四：兩跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁腹桿組合應力圖腹桿采用16

15、mMn鋼制作，工況四腹桿最大組合應力214.7MPa，略大于規(guī)范規(guī)定允許應力210 MPa，但為超過5%，可以接受。3）橫向分配梁強度圖15 工況一：橫向分配梁組合應力圖橫向分配梁采用A3鋼制作，最大壓組合力57.1MPa小于規(guī)范規(guī)定允許應力145 MPa。4）柱頂支承梁強度圖16 工況二：頂支承梁組合應力圖圖17 工況四：頂支承梁組合應力圖柱頂支承梁采用A3鋼制作，最大組合應力64.5 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應力145 MPa。 5）鋼管柱強度圖18 工況二：鋼管柱組合應力圖圖19 工況四：鋼管柱組合應力圖鋼管柱采用A3鋼制作，工況四鋼管柱最大壓組合應力77.6 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應

16、力145 MPa。6)跨中心溝棧橋制動墩支承梁強度圖20 工況二：制動墩支承梁組合應力圖制動墩支承梁采用A3鋼制作，工況四制動墩支承梁最大壓組合應力112.2 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應力145 MPa。7）橫琴互通棧橋轉折處縱向分配梁強度圖21 履帶吊荷載作用轉折處縱向分配梁組合應力圖圖22 汽車荷載作用轉折處縱向分配梁組合應力圖橫琴互通棧橋轉折處（鋼管格構墩位處）橋面板縱向分配梁強度驗算取計算跨徑取3m，分履帶吊荷載及汽車荷載兩種荷載在作用情況，荷載計算同工況一、工況二情況，分別算得每條縱向分配梁（I20a工字鋼）承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.

17、67KN/m；汽車后軸作用在工字鋼上的節(jié)點荷載為140/4=35KN。橫琴互通棧橋轉折處縱向分配梁采用A3鋼制作，縱向分配梁最大壓組合應力122.7MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應力145 MPa。2、鋼管樁柱式貝雷棧橋剛度分析1）貝雷梁剛度圖23 工況一：三跨連續(xù)梁棧橋貝雷梁豎向位移圖貝雷梁最大位移12.3mm，小于規(guī)范規(guī)定的30mm（L/400，對應L=12m），剛度滿足要求。圖24 工況三：兩跨簡支棧橋貝雷梁豎向位移圖工況一、貝雷梁最大位移12.3mm，小于規(guī)范規(guī)定的30mm（L/400，對應L=12m），剛度滿足要求。2）橫琴互通棧橋轉折處縱向分配梁剛度圖25 汽車荷載作用轉折處縱向分配梁豎

18、向位移圖汽車荷載作用轉折處縱向分配梁豎向最大位移6.0mm，小于規(guī)范規(guī)定的7.5mm（L/400，對應L=3m），剛度滿足要求。3、 鋼管樁柱式貝雷支架穩(wěn)定性分析由于貝雷梁結構之間采用制式構件連接，保證穩(wěn)定性滿足要求可以不進行穩(wěn)定性計算，棧橋穩(wěn)定性分析主要在于鋼管排架柱。工況二、中間鋼管立柱支承梁節(jié)點反力從左至右依次為131.1KN、207.0KN、164.1KN、149.5KN、207.3KN、174.4KN；工況四、中間鋼管立柱支承梁節(jié)點反力從左至右依次為142.3KN、213.8KN、175.3KN、161.3KN、219.2KN、185.8KN，如圖26所示。 圖26 工況二、工況四：

19、鋼管排架柱支承梁節(jié)點反力圖圖27 工況二：鋼管排架柱一階失穩(wěn)模態(tài)圖圖28 工況四：鋼管排架柱一階失穩(wěn)模態(tài)圖工況四、一階失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)為10.9，說明結構整體穩(wěn)定性符合要求，構件穩(wěn)定性及連接件強度驗算，可以通過提取對應內力，結合規(guī)范進行計算。表3 工況二、鋼管排架柱屈曲分析臨界荷載系數(shù)表4 工況四、鋼管排架柱屈曲分析臨界荷載系數(shù)七、貝雷支架鋼管樁設計1、鋼管樁單樁承載力計算鋼管樁單樁承載力要求根據(jù)棧橋柱底反力乘相應的提高系數(shù)確定，工況二、最大樁端反力為550.4KN，工況四最大樁端反力為580.3KN，如按1.1的提高系數(shù)，則要求單樁最大承載力為1.1×580.3KN=638.3KN。圖29 工況二：樁柱式貝雷棧橋柱底反力圖圖30 工況四：樁柱式貝雷棧橋柱底反力圖2、鋼管樁長度計算鋼管樁理論長度按公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范JTGD63-2007第-3條結合地質資料計算確定，淤泥層qik=15KPa,qrk=60KPa, 黏土層qik=60KPa,qrk=180KPa,實際樁長按錘擊荷載現(xiàn)場確定。理論計算樁長（不含立柱長度），樁埋入淤泥段長25m，黏土段長4m，Ra=0.5*（*0.63*25*15+*0.63*4*60+*0.3152*180）=636.66KN。理論計算樁長29m，不含河床面以上立柱長度。八