鋼便橋計(jì)算書

1、鋼便橋設(shè)計(jì)與驗(yàn)算1、項(xiàng)目概況鋼便橋擬采用18+36+21m 全長(zhǎng)共 75m鋼便橋采用下承式結(jié)構(gòu)，車道凈寬4.0m ，主梁采用貝雷架雙排雙層，橫梁為標(biāo)準(zhǔn)件 16Mn 材質(zhì) I28a, 橋面采用定型橋面板，下部結(jié)構(gòu)為鋼管樁（529 ）群樁基礎(chǔ)。2、遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范2.1 遵循的技術(shù)規(guī)范公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004 ）公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范（JTG F50-2001 ）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（ GB S0017-2003 ）裝配式公路鋼橋使用手冊(cè)路橋施工計(jì)算手冊(cè)2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載根據(jù)工程需要，該鋼便橋只需通過混凝土罐車。目前市場(chǎng)上上最大罐車為316m ?？哲囍貫?6.6T 混凝土重

2、 16*2.4=38.4T。總重 =16.6+38.4=55.0T。316m 罐車車輛軸重便橋斷面鋼便橋限制速度5km/h3、主要材料及技術(shù)參數(shù)材料彈模屈服極容許彎曲拉提高后容許彎容許剪應(yīng)提高后容許參考(MP)限(MP)應(yīng)力 (MP)曲應(yīng)力 (MP)力 (MP)剪應(yīng)力 (MP)資料設(shè)計(jì)Q2352.1E+5235145188.585110.5規(guī)范設(shè)計(jì)Q3452.1E+5345210273120156規(guī)范貝雷架2.1E+5345240-245N/ 肢-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JTJ025-86 ，臨時(shí)性結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力按提高 30-40% 后使用，本表提高1.3 計(jì)。4、設(shè)計(jì)計(jì)算（中跨桁架）

3、4.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖按照鋼便橋兩端跨度需有較大縱橫坡的實(shí)際需要， 故每跨斷開，只能作為簡(jiǎn)支架計(jì)算，不能作為連續(xù)梁來計(jì)算。中跨計(jì)算簡(jiǎn)圖36.0m 簡(jiǎn)支梁邊跨計(jì)算簡(jiǎn)圖21.0m簡(jiǎn)支梁4.2 荷載恒載中跨上部結(jié)構(gòu)采用裝配式公路鋼橋貝雷雙排雙層。橫梁為I28a 。43.47kg/m 。單根重5*43.47=217.4kg=2.17KN；縱梁和橋面采用標(biāo)準(zhǔn)面板：寬2.0m ，長(zhǎng) 6.0m ，重 1.8T 。恒載計(jì)算列表如下：序號(hào)構(gòu)件名稱單件重（ KN ）每節(jié)（ KN）縱橋向（ KN/m）1貝雷主梁2.721.67.22橫梁2.16.32.13橋面板181864銷子0.030.720.245花架0.333.9

4、61.326其他0.447合計(jì)17.3活載3如上所述采用16M 的罐車，總重55.0T 。因鋼便橋凈寬4.0M ，罐車通過便橋時(shí)要求車輛居中行駛，故不考慮偏載的不利影響。4.3 內(nèi)力分析與計(jì)算顯然，最大凈寬發(fā)生在跨度中最大剪力發(fā)生在支座處。恒載內(nèi)力M 跨中 =（q/8 ）l 2=17.3*36 2/8=2802 KN-mQ 支座 =ql/2=17.3*36/2=311.4 KN支座反力 F 支=Q 支座 =311.4 KN活載內(nèi)力活載內(nèi)力分析繪制跨中點(diǎn)彎矩影響線（長(zhǎng)度單位 m ）跨中彎矩：M=173.3*9+173.3*9*(18-3.4)/18+30*9*(18-3.4-1.85)/18+1

5、73.3*9*(18-1.35)/18=1559.7+1265.1+191.2+1442.7=4458.7KN·m支點(diǎn)剪力（長(zhǎng)度單位m）Q=173.3+173.3*(36-1.35)/36+173.3*(36-1.35-3.4)/36+30*(36-1.35-3.4 -1.85)/36=173.3+166.8+150.4+24.5=515 KN活載沖擊系數(shù)1+u查公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 （ 5TG D60-2004 ）補(bǔ)充說明選用簡(jiǎn)支梁的基數(shù) f 1 = /2l 2E Ic / m c式中： I C- 結(jié)構(gòu)跨中的截面慣矩I c=2148588 cm4=0.02149m 4E-結(jié)構(gòu)材料的

6、彈性模數(shù)E=2.1*10 6kg/cm2 =2.1*1011N/m 222mc - 結(jié)構(gòu)跨中處延米結(jié)構(gòu)重力mc=17.3KN=1730kg/mc =1730NS/mL-結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨徑 l=36.0m將上述數(shù)據(jù)代入式中：f 1=3.1416/ （ 2*36 2 ）2.1* 10 11 * 0.02149 /1730 =3.1416*1615/（ 2*36 2 ）=1.957HZ根據(jù)（ JTG D60-2004 ）第當(dāng) 1.5HZ < 1.957 < 14HZ時(shí)：u=0.1767lnf-0.0157=0.1186-0.0157=0.10290.1034.4 荷載組合跨中彎矩： M=M

7、恒 +（1+u） M 活4.5 強(qiáng)度驗(yàn)算查裝配式公路鋼便橋使用手冊(cè)表5-6雙排雙層 M=2*3265.4=6530.8 KN-m < 7719.9 KN-m（不安全）選用加強(qiáng)的雙排雙層M=2*6750=13500 KN-m >> 7719.9 KN-mQ=2*490.5=918 KN > 879.4 KN推論：雖然加強(qiáng)的雙排層比不加強(qiáng)的雙排層的恒載跨中彎矩彎曲的支點(diǎn)剪力均勻略有增加。但 M 和 Q 均比實(shí)際產(chǎn)生的有較大的富余，故選用加強(qiáng)的雙排層應(yīng)該是安全的。補(bǔ)充計(jì)算如下：加強(qiáng)桿增加的彎矩和剪力計(jì)算加強(qiáng)桿 - 根約 80kg ；每節(jié)需增加8 根，則每 m 增加重量q=8*

8、80/3=213.3kg/m增加的彎矩M= q/8*l2=2.133*362 /8=345.5 KN·m增加的剪力Q= q/2*l=2.133*36/2=38.4 KN最終強(qiáng)度計(jì)算M=13500 KN ·m > （7719.9+345.5 ）=8065 KN · mQ=918 KN > (841.1+38.4)=879.5 KN結(jié)論：通過上述演算，可見采用加強(qiáng)的雙排雙層貝雷橫梁，其強(qiáng)度即可滿足3工程實(shí)施（便橋能通過16m 混凝土罐車）的安全需求。5、橫梁設(shè)計(jì)及驗(yàn)算橫梁擬采用 16Mn I28a每節(jié)桁架（3.0m ）配置3 根橫梁。查表的 I=7115c

9、m 4；Wx=508.2cm 3；43.47kg/m ；S=292.7cm 35.1 橫梁計(jì)算簡(jiǎn)圖如右下圖所示（長(zhǎng)度單位m）：混凝土罐車過橋時(shí)，令其緩慢居中行駛，故不考慮活載的偏載影響。5.2 荷載橫梁上的恒載面板及橫梁： 2*6m 重 1.8Tq1=18/2/6*1.5=2.25 KN/m橫梁自重q2=43.47kg/m=0.435 KN/m總恒載 q=q 1+q 2=2.25+0.435=2.685KN/m恒載最大彎矩M 恒 =q*l 22 =6.796 KN-m恒載支剪力 Q 恒橫梁上的活載最大罐車的后軸重為17.33T=173.3 KN活載的支點(diǎn)反力（剪力）RA=R B =173.3/

10、2=86.65 KN活載的最大彎矩MC=M O· m5.3 活載沖擊系數(shù)1+u計(jì)算的方法同前，計(jì)算簡(jiǎn)支梁的基頻f 1=/2l 2 E.Ic / m=3.1416/ （2*4.5 2 ）* 2.1*10 11 * 7.115* 10 5 /43.5 =3.1416*0.058*104/ （ 2*45 2 ）=44.99 HZ查表得： u=0.45 ；1+u=1.455.4 橫梁上的內(nèi)力組合跨中彎矩 MMAX =6.8+1.45*117=176.45 KN· m支點(diǎn)剪力 QMAX5.5 橫梁應(yīng)力驗(yàn)算彎曲應(yīng)力4/508.2=3472 kg/cm2> 2730kg/cm2可見

11、，橫梁的彎曲應(yīng)力已遠(yuǎn)超材料的容許值1.3*2100=2730 kg/m2 是不安全的。故不得不另選工字鋼規(guī)格。5.6 橫梁更改的應(yīng)力驗(yàn)算現(xiàn)將橫梁改選為 I32a I=11080cm 4；WX=692.5cm 3 ； S=400.5cm 3 彎曲應(yīng)力 =176.45*10 4/692.5=2548 kg/cm 2剪應(yīng)力 =Q*S/I*b式中： Q- 截面的剪力Q=131.68 KNS-截面的凈面矩S=400.5 cm 2I- 截面的慣性矩I=11080 cm 4b- 截面的腹板厚度b=0.95 cm代入得：剪應(yīng)力 =131.68*10 2*400.5/11080*0.95=501 kg/cm2

12、< Q=1200 kg/cm2結(jié)論：通過上述演算可知，橫梁必須改用16Mn材質(zhì)I32a（或以上的規(guī)格），其強(qiáng)度才能滿足安全的要求，否則將不安全。6、設(shè)計(jì)計(jì)算（邊跨桁梁）6.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖6.2荷載恒載邊跨上部結(jié)構(gòu)擬采用加強(qiáng)單層雙排貝雷桁架。橫梁為I32a 52.69 kg/m，單根重 5*52.69=263.5kg=2.63KN。縱梁和橋面采用標(biāo)準(zhǔn)橋面板：寬 2.0m ，長(zhǎng) 6.0m ，重 1.8T恒載計(jì)算列表如下：序號(hào)構(gòu)件名稱單件重（ KN ）每節(jié)重（ KN）縱橋向（ KN/m）1貝雷主梁2.710.83.62加強(qiáng)桿0.83.21.073橫梁2.637.92.634前面板18186.05

13、銷子0.030.360.126花架0.331.980.667其他0.22合計(jì)14.3活載與計(jì)算中跨時(shí)相同6.3 內(nèi)力分析與計(jì)算最大彎矩發(fā)生在跨中最大剪力發(fā)生在支座附近。恒載內(nèi)力：M 跨中 =14.3*21 2 /8=788.3 KN ·mQ 支座 14.3*21/2=150.2 KN支座反力 F 支=Q 支座 =150.2 KN活載內(nèi)力活載內(nèi)力計(jì)算M 影響線（長(zhǎng)度單位 m）跨中彎矩（10.5-3.4） （10.5-1.35）/10.5+30*5.25*（10.5-3.4-1.85）/10.5=909.8+615.2+792.8+78.75=2396.6KN-m支點(diǎn)剪力（長(zhǎng)度單位m）Q

14、=173.3+173.3*（ 21.0-1.35） /21+173.3*（ 21-1.35-3.4） /21+30*（ 21-1.35-3.4-1.85 ）/21=173.3+162.2+134.1+20.6=490.2 KN沖擊系數(shù)1+u 計(jì)算邊桁架梁的基頻2 E * Ic / m cf= /2 l4式中：I C-結(jié)構(gòu)跨中的截面慣性矩I C =2*1154868cmE-結(jié)構(gòu)材料的彈性模數(shù)E=2.1*1011 N/m 2mc- 延米結(jié)構(gòu)重力mc =14.3KN/m=1430N ·S2/m2l- 結(jié)構(gòu)計(jì)算跨桁l=21.0m代入公式得：f=3.1416/（ 2*21 2 ）2.1* 10

15、 11 * 0.023097/1430 =3.1416*1841/（ 2*21 2 ）=6.557HZu=0.1767*lnf-0.0157=0.3161+u=1.3166.4 荷載組合跨中彎矩·m支點(diǎn)剪力6.5 最終強(qiáng)度驗(yàn)算加強(qiáng)的雙排單層M=2*3375=6750 KN-m > 3942 KN-mQ=2*490.5=981 KN> 795.3 KN結(jié)論：邊跨采用加強(qiáng)的雙排單層貝雷桁架是安全的。7、下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中間墩采用 529 的鋼管群樁基礎(chǔ)。橋墩主面和橫斷面見附圖7.1墩頂荷載恒載中跨跨徑 l=36.0m中跨延米重 q=（17.3+2.13 ） =19.43 KN/m

16、中跨傳給墩的反力F 1=1/2*36*19.43=349.7 KN邊跨跨徑 L=21.0m邊跨延米重q=14.3 KN/m邊跨傳給墩的反力F2=1/2*21*14.3=150.2 KN上部恒載傳給墩的總反力F 恒 =F1 +F2 =349.7+150.2=499.9=500 KN活載支座反力影響線活載反力F 活 =173.3KN+173.3*(21-1.35)/21+173.3*(36-3.4)/36+30*(36-5.4-1.85)/36=173.3+162.2+156.9+25.6=518 KN墩頂荷載組合F=F 恒 +F 活=500+518=1018 KN7.2 墩身荷載樁： 529 1

17、77kg/m=1.77KN/mG 樁 =9*18*1.77=286.7KN樁頂連梁 I32b 57.71kg/m=0.577 KN/mG 連梁 =6*4*0.577=13.8 KN支點(diǎn)梁 I45b 87.45kg/m=6.875 KN/mG 支座梁拉桿，剪刀撐估重2.0T=20 KNG 墩 =286.7+13.8+11.4+20=331.9 KN7.3 荷載組合F=（ 500+331.9 ） +518=1350 KN單樁承載力該樁由 9 根樁組成，考慮到每根樁很難平均受力，故引入偏載系數(shù)1.2 ，則每根樁要求承載能力：N=1350/9*1.2=180 KN7.4 鋼管樁承載力驗(yàn)算鋼便橋水中位于

18、2-2 粉土層中，該土層厚達(dá)30m ，地基承載力基本容許值f ac=135kpa ；土層的樁側(cè)土摩擦阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik =35kpa 。鋼板樁的入土深度按8.0m 考慮。求得單樁承載力：P=1/2U i l i zi =1/2* *0.529*8*35=232 KN7.5 鋼管樁承載力驗(yàn)算P=232 KN > N=180 KN結(jié)論：鋼管樁入土8.0m 就能保證群樁基礎(chǔ)安全。8、關(guān)于橫梁加強(qiáng)的補(bǔ)充計(jì)算將 I28a 改為 I32a 的方案，雖然在設(shè)計(jì)計(jì)算中行的通，但經(jīng)過多方努力，16Mn 材質(zhì)的 I32a 在市場(chǎng)上很難找到，而且其他配件匹配也有問題，所以只能采取對(duì)原橫梁加強(qiáng)的方法。先對(duì)原橫梁在

19、中部3m 范圍的底部加焊“T”型鋼。其腹板為87*11mm ，翼板為 176*13mm 。T 鋼總高 100mm 。I28a ： I=7115cm4F=55.37cm求重心：（14）（）2/ 255.37*101.1*8.7* 10-8.7/ 217*1.3x55.379.5722.1=16.05 16cm18.711.3J7115 55.37* 8239.57 *（23* 17* 8.76）* 1.322.1* （16 -1221222）=16955cm43W16955770.7 cm彎曲應(yīng)力176.45 * 10 42289kg / cm 2770.72289kg / cm 2 1.3*

20、21002730kg / cm 2剪應(yīng)力131.86102292.7227115638.2kg / cm 1200kg / cm0.85經(jīng)驗(yàn)算，加強(qiáng)后的橫梁能夠滿足16m 3罐車安全要求。9、36.0m 鋼桁梁剛度驗(yàn)算9.1鋼桁梁的剛度是由“擾度”與跨度之比來表達(dá)的。對(duì)與鋼便橋的擾度（容許）尚未在有關(guān)的規(guī)范中找到參照有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的資料及臨時(shí)便橋的工程路點(diǎn)，其容許擾度暫以flL 350 來衡量。9.2 鋼便橋的擾度便橋的擾度應(yīng)由以下擾度構(gòu)成：自重?cái)_度、貝雷桁架非彈性擾度（即軸間距產(chǎn)生的擾度）和活載擾度。自重?cái)_度若以每根桿件（貝雷架各桿件）的自重構(gòu)件內(nèi)力、壓縮變形來計(jì)算，將是較于繁瑣的一項(xiàng)工作，現(xiàn)在

21、簡(jiǎn)便的計(jì)算。q17.32.13319.433 KN m1.95T m19.50 kg cmI245962559192510cm 4E 2.1 10 6 kg cm 2l 3600cm5ql 4519.53600 4f2.1 10 69.129 10 4跨中擾度：384EI384519.51.67910 142.22cm3.842.1 9.1291014貝雷梁非彈性擾度據(jù)貝雷桁架擾度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式當(dāng)桁架節(jié)數(shù)是偶數(shù)時(shí)：fdn2 q式中： d- 常數(shù) 對(duì)雙層桁架 d=01717cmn-節(jié)數(shù) 此處 n=12f '0.1717 12 2 83.09cm此計(jì)算值為新國(guó)產(chǎn)貝雷，軸間隙為0.05 。實(shí)際

22、間隙為工廠加工精度有關(guān)，也與貝雷使用的程度有關(guān)。故這里引入1.5 的增大系數(shù)f1.53.094.635cm10.2.3活載擾度分別以四個(gè)集中荷載（罐車軸重） 求算跨中 c 點(diǎn)的擾度， 最后疊加求出活載擾度。從計(jì)算簡(jiǎn)圖中得出跨中擾度f cpb 3l 24b 2b 時(shí)當(dāng) a48 EI第 1 個(gè)集中力：p3.0Tb 18 3.4 1.85 12.75m; a3b 12.7523.25130001275 33600241275 2f c482.110 69.12910631.27510 632.381060.135cm代入得：48 2.1 9.129 1012第 2 個(gè)集中力：p17.33T17330kgb 183.4 14.6m; a 36 14.621.4mfc2173301460 33600 2 4 14602482.19.1291012fc217.331.46 10 630.35 10 60.835cm代入得：48 2.1 9.129 1012第 3 個(gè)集中力：p17.33T17330kg; ab 18.0mfc3pl 317.331033600 348EI482.110 69.12910 60.879cm第 4 個(gè)集中力： p 17330 kg; b 181.3516.65m; a36 16.65 19.35mf