橋梁受力計算

1、2.10.4水中箱梁鋼管樁貝雷支架驗算鋼管樁貝雷支架以新環(huán)島路互通主線道路橋第2聯(lián)第2跨為例：（1）荷載及荷載組合情況豎向荷載模板、拱架、支架、腳手架等自重，分項系數(shù)：丫i二I?；新澆混凝土、鋼筋混凝土或新砌體等自重，分項系數(shù)：丫i二I，2；施工人員及施工機具運輸或堆放的荷載；，分項系數(shù)：丫i二1.4振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的豎向荷載，分項系數(shù)：丫i-1.4；傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的豎向荷載，分項系數(shù)：丫i-1.4；其它可能產(chǎn)生的豎向荷載，水平荷載新澆混凝土?xí)r對側(cè)面模板產(chǎn)生的壓力，分項系數(shù)：丫i二I，2；傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載，分項系數(shù)：丫i二1.4；振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載，分項系數(shù)：丫i二1.4；

2、其它荷載風(fēng)荷載；流水壓力、流水壓力或船只、漂浮物撞擊力；由于在對支架進行計算時，水平荷載可不考慮，因此力的組合考慮為+，只有在對高墩或高截面模板進行計算時，荷載才考慮作為控制力計算。（2）鋼管支架受力分析模板自重：1.0KN/m2；施工人員、施工料具運輸、堆放荷載：1.0KN/m2；振搗砼產(chǎn)生的荷載：2.0KN/m2；傾倒砼產(chǎn)生的沖擊荷載：2.0KN/m2。取新環(huán)島路互通主線道路橋第2聯(lián)第2跨箱梁斷面為例，箱梁的截面積As=8.93m2o箱梁混凝土自重：單幅每跨混凝土重量為：g=&93%26=232.18KN/m,232.18g=18.35KN/m2橋面寬度為12.65m,則箱梁混凝土自重產(chǎn)生

3、的荷載為1265,貝y荷載組合后為：g=1.2x(1.0+18.35)+1.4x(1.0+2.0+2.0)二30.22KN/m2其主橋箱梁斷面結(jié)構(gòu)形式及受力分析模式參見圖2.10-8。L城1EJLO615引圖2.10-8箱梁斷面結(jié)構(gòu)形式及受力分析模式承重結(jié)構(gòu)物受力分析a.分配梁10型鋼受力計算分析分配梁按縱橋向布置，間距暫定為35cm。按多跨連續(xù)梁受力考慮，其支點位置為承重梁的位置，計算間距為1.50m,計算底板及腹板位置處的分配梁受力,參見圖6-2：模板荷載：g1二0.35x1.0KN/m2二0.35KN/m；施工人員、施工料具運輸、堆放荷載：g2=，35xL0KN/m2=35KN/m；振搗

4、砼產(chǎn)生的荷載：g3二0.35X2.0K/m2二7K/m；傾倒砼產(chǎn)生的沖擊荷載：g二0.35x2.0KN/m2二0.7KN/m4；箱梁混凝土自重：二0.35x18.35KN/m2二6.42KN/m則荷載組合后為：g二1.2x(g+g)+1.4x(g+g+g)15234二1.2x(0.35+6.42)+1.4x(0.35+0.7+0.7)二10.57KN/m利用有限元計算軟件，對該多跨連續(xù)梁模型進行計算可以得到最大彎矩及支點位置的最大反力。圖2.10-9分配梁10型鋼受力分析模式M=2.51KN.m,c=max=63.7Mpa170MpamaxW39.4X103,最大支反力為N=16.15KN。b

5、.承重梁(工16型鋼)受力計算分析承重梁的受力為計算模型中工16鋼的支點反力，其受力模型也可以簡化為多跨連續(xù)梁，計算間距為貝雷梁的間距，其受力模型參見圖。P=16.15EN13|25l1?x35=66513dOI90I1401處I140I90IS67D圖2.10-10承重梁工16鋼受力分析模式Q=37.95KN,M=11.18KNm,c=11.18X106=79.29Mpa170MpamaxmaxW141x103S=80.8cm3,I=1127cm4,b=88mm,=S1127808=13.9cm2=13.9x10-2m,=45.35Mpa254.78KN.mmax22Q490.5Q=Qmax

6、=245.25KN144.34KNmax22，從貝雷桁架縱梁結(jié)構(gòu)受力上看這種跨徑滿足要求。圖2.10-11貝雷梁受力分析模式樁頂橫梁受力計算分析樁頂橫梁中間部分受力為貝雷梁的支點反力，取半幅箱梁橋作為一個計算單元，箱梁翼緣板處受力單獨計算取集中荷載，計算如下。a).箱梁翼緣板處受力為均布荷載計算分配梁順橋向間距考慮為100cm一道，其受力荷載按均布荷載考慮，為方便計算取100cm寬斷面內(nèi)的荷載作為計算荷載。模板加支架型鋼荷載：g1二山0*4K/m2-4.0KN/m；施工人員、施工料具運輸、堆放荷載：g2=LELKN/m2=L0KN/m；振搗砼產(chǎn)生的荷載：g3二1叫20K/m2二2.00KN/m

7、；傾倒砼產(chǎn)生的沖擊荷載：g4二Ox20KN/m2-2.00KN/m；箱梁混凝土自重：g5二10 x1696K/m2二1835K/m。則荷載組合后為：g二1.2X(g1+g5)+1.4X(g2+g3+g4)二1.2X(4.0+18.35)+1.4x(1.0+2.0+2.0)二33.82KN/mI.計算分配梁：利用SAP2000有限元軟件模擬分析，其在均布荷載作用下的計算簡圖參見圖6-5。q=33.82KN/m221_95丄9$丄90丄95丄95_|23515圖2.10-12翼緣板處箱梁分配梁受力分析模式計算得到：最大彎矩Mmax-2.93KNm最大剪力Qmax二珈3K綜合考慮取工12.6鋼做分配

8、梁，考慮Wn二293X106二17.235cm3b170材料的自重影響計算后得到：b=2.93X106=37.9Mpa170MpaW77.4x103，最大支點反力為N二35.03KNII.計算承重梁承重梁的受力為計算模型中工12.6鋼的支點反力，其受力模型也可以簡化為多跨連續(xù)梁，計算間距為支撐鋼管樁之間的間距，其受力模型參見圖6-6。i：=.15,liSlilf圖2.10-13翼緣板處箱梁承重梁受力分析模式計算得到.最大彎矩二204.71KN.m，最大支點反力N二218.84KNMmaxb204.71x106170=1204.2cm3綜合考慮取工50a鋼做分配梁，考慮=110.1MpaMmax

9、b787.34x106170=4631.41cm3，綜合考慮取2H600鋼做分配梁，考慮材料的自重影響計算后得到.最大支點反力為b=M=787.34x106=150.83Mpa170MpaW2x2610 x103N=1521.63KN鋼管樁計算鋼管樁高度H10m的采用二道剪刀撐結(jié)構(gòu)。a.鋼管樁入土深度計算河床標(biāo)高：-6.0m；沖刷深度：按3m考慮，沖刷后河床標(biāo)高按-9.0m考慮；單根樁所受最大軸向力P=1521.63Kn；因樁所受最大軸向力已求得，故可按CZK164鉆孔位估算樁的入土深度：CZK164鉆孔位的地質(zhì)資料見表一。表2.10-3地質(zhì)匯總表名稱頂面標(biāo)高(m)底面標(biāo)咼(m)土層厚度(m)

10、極限摩阻力Ti(KPa)樁端承載力b/、i(KPa)淤泥-6.92-10.323.4012一1淤泥質(zhì)亞粘土-10.32-11.721.4020一亞粘土-11.72-13.722.0045一2細砂-13.72-15.722.0045一1粗礫砂-15.72-16.320.6080一弱風(fēng)化花崗巖-16.32-18.522.20150一殘積礫質(zhì)粘性土-18.52-28.5210.0065一全風(fēng)化花崗巖-28.52-35.026.5080一強風(fēng)化花崗巖(砂礫狀)-35.02-43.828.801206001強風(fēng)化花崗巖(碎石狀)-43.82-47.723.901501000弱風(fēng)化花崗巖-47.72-48

11、.120.40一3000微風(fēng)化花崗巖-48.12-53.825.70一4500按CZK164鉆孔孔位處資料考慮計算：根據(jù)計算，樁所受豎向力最大為1521.63KN，鋼管樁的樁徑采用0.8m。假定打入殘積礫質(zhì)粘性土層，殘積礫質(zhì)粘性土層的頂標(biāo)高為-18.52m則：pLO.5CYalt）iii（1.0 x4.8x12+1.0 x1.4x20+1.0 x2x45+1.0 x2x45）1521.63=0.5x0.8x兀x0.6x80+2.2x150+1.0 x65l丿P-單樁軸向受壓容許承載力（KN）,當(dāng)荷載組合或荷載組合III或荷載組合IV或荷載V作用時，可提高25%（荷載組合I中如含有收縮，徐變或水

12、浮力的荷載效應(yīng),也應(yīng)同樣提高）；U-樁的周長（m）；l-承臺底面或局部沖刷線以下各土層厚度（m）；it-與l對應(yīng)的各土層與樁壁的極限摩阻力（Kpa）；iia-樁尖土的極限承載力；Ra、a-分別為震動沉樁對各土層樁周摩阻力和樁底承壓力的影響系數(shù)，i錘擊沉樁其值均取1.0。得1二8.73加，樁底標(biāo)高為：-18.52-8.73=-27.25加，實際取值-25m。鋼管樁入土深度為：-3+25=22.0m；樁在土層內(nèi)的長度為L2=4.8+1.4+2+2+0.6+2.2+8.73=21.73m。b、鋼管樁強度計算屮800X610鋼管，其能承受的最大力為A=0.0248m2，A=0.0199m2，12P1=

13、Aa=0.0248x170 x103=4216KN1521.63KNmax1風(fēng)荷載計算分析：a.橫橋向風(fēng)壓計算Z距地面或水面的高度，取14.635m；y_空氣重力密度y=0.012017?-0.0001Z=0.012KN/m3；Vd高度Z處的設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速，取Vd=60ms；g重力加速度，g=981m/s2；k0設(shè)計風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)，取k0=1.0（考慮廈門為臺風(fēng)多發(fā)期地區(qū)）；k1風(fēng)載阻力系數(shù)，取k1=1.3;k3地形、地理條件系數(shù)，取k3=1.0;YV20.012x602Wd設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)壓，W42.2KN/m2d2g2x9.81；Wh橫向迎風(fēng)面積，A10.64x39.175416.82m2Wh

14、；F二kkkWA=1.0 x1.3x1.0 x2.2x416.82二1192.1KNWh013dWhb.縱橋向風(fēng)壓計算縱橋向風(fēng)壓為橫橋向風(fēng)壓的40%，所以，風(fēng)在縱橋向作用于平臺上的力為F二1192.1x40%二476.84KNWh。流水壓力及波浪力計算a.單根鋼管樁的水流壓力（一般沖刷總深度至-9.0m）鋼管樁的水流壓力按倒三角形計算，則樁身應(yīng)考慮群樁效應(yīng)計算阻水面積則：單根樁的計算寬度：b二K.K.K.d1f0式中：d-與外力H作用方向相垂直平面上樁的寬度（或直徑）；Kf-形狀換算系數(shù)，查表知：圓形截面樁取0.9K0-受力換算系數(shù)，查表知為1+d；K-樁間的相互影響系數(shù)；當(dāng)L0.6h1時，K

15、二1.0當(dāng)L10.6h1時1-b,-Q.6-L-1-h1式中：L1-樁間凈距；h1-樁在地面或最大沖刷線下的計算深度，可按下式計算h1二3（d+1人，但不得大于樁入土深度。L=3.80.8=3.0m;h=3（d+1）=3x（0.8+1）=5.4110.6h二0.6x5.4二3.241L=3.006h11所以：1-b,-06b,根據(jù)與外力作用方向平行的所驗算的一排樁柱的樁數(shù)而定的系數(shù)，根據(jù)規(guī)范知：b，=0-451-b,06L=0.45+h11-0.453.0 x-0.65.4二0.96叮忙KX=0.9x(1+x0.96x08=l55mA二1.55x（9+0.27）二14.37m2S根據(jù)公路橋涵設(shè)

16、計通用規(guī)范JTJD60-2004，第4.3.8條:丫V210 x0.772P二KA-一二0.8x14.37x-二3.47KN2g2x9.81b.波浪力計算取50年一遇H1%浪高3.10m計算，根據(jù)蓋拉德經(jīng)驗公式計算浪長：L=1733H（H為浪高），取L=20H=20X3.10=62.0m。對于圓形柱樁當(dāng)D/L（D/L=0.6/62=9.7X10-3）W0.2時為小尺寸樁柱（D為樁徑）用下式計算波浪力：C仃1P=0.785K丫D2Htanh(-)LmaxVLP=0.167K2丫DH21+)DmaxV4-dmaxVLsmh()L4-d式中：PLmax-水平波壓速度分力的最大值，出現(xiàn)在波峰位置處t二

17、0；PDmax-水平波壓慣性分力（由加速度引起）的最大值，出現(xiàn)在波峰和1/4波二270。D=08=12.9x10-30.5P二0.5x8.32二4.16K，所以最大波壓用下式計算:LmaxPmax二PDmax1+0.25(PLmaxIP丿Dmax二13.47x1+0.25x(8.322113.47丿二14.75KN4兀d4兀x5.88P=0.167K27DH2DmaxV1+七力.14兀d=0.167x1.02x10 x0.8x3.102x1+62.,4兀x5.88sinhsinhL62=13.47KN支架鋼管樁計算通過用Sap2000建模計算可知，鋼管樁的最大受力如下:最大軸力:Pmax二15

18、2163K；最大彎矩M二408.21KNmmax強度計算:空土上一fA7Wnxnx1521.63KN408.21KNm+=134.7MPaf0.0248m21.15x0.00484m3整體穩(wěn)定性計算:N申AxN申AyPMmxx7W1-0.8xxPM+叮匚+申WbxxNN丿EXPy申Wbyymyy7W1-0.8yy、NN丿Ey式中：9x9y對強軸X-X和弱軸yy的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，b類截面，=9y二0.931；99bx、by均勻彎曲的受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性系數(shù)，對閉口截面，9=9=1.0bxbyNEx、My所計算構(gòu)件段范圍內(nèi)對強軸和弱軸的最大彎矩;參數(shù)，Ex2J，NEy=2丿NEy九=九=-o=31.1xyi0.2793N=NExEy=竺=兀2X2X1011X.248=48312.2KN1.1X21.1X31.12Wx、Wy對強軸和弱軸的毛截面模量;mxBmy等效彎矩系數(shù)，取卩m=Bmy=0；B、txBty等效彎矩系數(shù)，取卩tx=Bty=1.0；Yy截面塑性發(fā)展系數(shù)，取取x=Yy=L15；“一一截面影響系數(shù)，閉口截面二7，其他截面耳=1.0Ym