青島某棧橋結(jié)構(gòu)驗算書

棧橋驗算書一、適用范圍及驗算說明：本驗算書適用于某大橋土建工程第8合同段棧橋。依據(jù)《某大橋棧-I施工圖》、實地施工情況和現(xiàn)場擁有的材料，并考慮到施工進度和減輕橋面系自重，對原棧橋局部進行了優(yōu)化。原棧橋結(jié)構(gòu)為：橫向分配梁I25a工字鋼，間距為1.5m。縱向分配梁I12.6a工字鋼，間距為0.35m。橋面為12mm厚的鋼板。鋼管樁為φ600mm×12mm×6。現(xiàn)變更為分配橫梁I22a的工字鋼，間距為0.75m。橫斷面布置36根槽鋼，臥放（縱向分配梁I12.6a工字鋼取消）。制動墩采用鋼管樁φ630mm×10mm×6，中間墩采用鋼管樁φ800mm×10mm×3。二、設(shè)計依據(jù)1、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)2、《公路工程技術(shù)標準》JTGB01－20033、《港口工程樁基規(guī)范》（JTJ254-98）4、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003)5、《某大橋棧-I施工圖》三、主要參考資料1、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》第三版2、《路橋施工計算手冊》3、《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》2004版四、主要技術(shù)標準設(shè)計荷載：履帶吊-100、掛車-120基本可變荷載：履帶吊－100、混凝土運輸車－40、掛車-120其他可變荷載：①風力：6級風力，設(shè)計速度取Vd＝13.8m/s；20年一遇風速為33.5m/s；②波浪力：20年一遇，波浪力為20kN；③冰壓力：20年一遇，冰壓力為190.9kN；④汽車制動力：按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》采用；⑤溫度作用：考慮整體升溫32℃，降溫35℃。五、地質(zhì)情況水深3.5m左右，橋位區(qū)地質(zhì)分布為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土、泥巖，其中淤泥、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土厚度為3m～6m，下層分布泥巖，較密實。六、主要結(jié)構(gòu)形式支撐樁：制動墩采用φ630mm×10mm×6鋼管，中間墩采用φ800mm×10mm×3鋼管，跨徑為15m樁頂橫梁：2I36a上部分配橫梁：I22a橋面板：[22a臥放。七、結(jié)構(gòu)驗算1、計算荷載=1\*GB2⑴豎向荷載：掛車-120重為120t；履帶吊-100重為100t。⑵、水平荷載A、風載：式中：Fwh：橫向風荷載標準值（KN）；Wd：設(shè)計基準風壓（KN/m2），公式為；Awh：橫向迎風面積（m2），此處取Awh＝39m2；Vd：設(shè)計高度Z的風速（m/s），此處取Vd＝13.8m/s；Z：距水面的高度（m），此處Z＝3.8m；γ：空氣重力密度（KN/m3），；k0：設(shè)計風速重現(xiàn)期換算系數(shù)，此處取k0＝0.9；k1：風載阻力系數(shù)，此處取k0＝0.9；k3：地形、地理條件系數(shù)，此處取k3＝1.00；g：重力加速度，g＝10m/s2。B、波浪力：F波＝20KNC、冰壓力：F冰＝190.9KND、汽車制動力：根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)查得，汽車制動力為汽車荷載重力的10％，但棧橋設(shè)計時速為15km/h，此處取水平制動力為120KN。2、橋面系驗算橋面槽鋼受力驗算：（據(jù)《公路工程技術(shù)標準》JTGB01-2003）掛車-120車重為1200KN，車軸數(shù)為4個，每個車軸有4組車輪組，每組車輪組的受力為1200KN/16=75KN,車輪橫向間距為0.9m×0.9m×0.9m，車輪與橋面的接觸面積為0.5m×0.2m。（履帶吊-100施加于橋面的為面荷載，結(jié)構(gòu)受力更趨于安全，因此在此對履帶吊-100不予計算），接觸面應(yīng)為三根22a的槽鋼。按簡支梁和25KN均布荷載進行計算，接觸面長為0.2m，計算跨徑為0.75m。[22a的截面特性為Iy=158cm4Wy=28.2cm3A=31.8cm2Eg=2.1×105MPa1）強度計算=1\*GB3①、按簡支梁計算，彎矩剪力圖如下圖所示。=2\*GB3②、a=0.275mc=0.2ml=0.75mqc=25KN根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》剪力：彎矩：（其中）=3\*GB3③、正應(yīng)力和切應(yīng)力正應(yīng)力：δ=M/W=4.1KN·m/28.2cm3=1.45×108N/m2=145N/mm2切應(yīng)力：τ=Q/A=12.5KN/31.8cm2=3.9N/mm2=4\*GB3④、Q235的容許應(yīng)力值為：[δ]=175N/mm2[τ]=73N/mm2=5\*GB3⑤、相比較所得結(jié)果為：δ=145N/mm2＜[δ]=175N/mm2τ=3.9N/mm2＜[τ]=73N/mm2由計算可知，滿足要求。2）剛度驗算該結(jié)構(gòu)的容許撓度為不大于結(jié)構(gòu)總長的1/400。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》撓度：fmax=qcl3（8-4γ2+γ3）/384EIγ=c/l=0.2m/0.75m=0.27fmax=25KN×0.753（8-4×0.272+0.273）/（384×2.1×105MPa×158cm4）=6.4×10-4m﹤0.75m/400=1.88×10-3m符合要求。橋面采用Q235[22a的槽鋼臥放，橋面組合形式為多個槽鋼焊接成一個整體，并且下緣與分配橫梁的接觸面焊接，這樣結(jié)構(gòu)受力更趨于安全。(2)、橋面分配橫梁受力檢算：掛車-120車重為1200KN，車軸數(shù)為4個，每個車軸有4組車輪組，每個車輪組的受力為1200KN/16=75KN,車輪橫向間距為0.9m×0.9m×0.9m，車輪與橋面的接觸面積為0.5m×0.2m。分配橫梁在貝雷架上最大間距為1.3m，考慮最不利位置受力，按簡支梁和75KN集中荷載進行計算，簡支梁長為1.3m。I22a的截面特性為Ix=3400cm4，Wx=309cm3,A=42cm21)、強度計算=1\*GB3①按簡支梁計算，剪力圖、彎矩圖如下：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》=2\*GB3②、剪力：Q=F/2=3.75×104N彎矩：Mmax=PL/4=7.5×104N×1.3m/4=2.4×104N·m=3\*GB3③、正應(yīng)力和切應(yīng)力正應(yīng)力：δ=Mmax/Wx=2.4×104N·m/309cm3=7.8×107N/m2=78N/mm2切應(yīng)力：τ=Q/A=3.75×104N/42cm2=8.9×106N/m2=8.9N/mm2=4\*GB3④、Q235的容許應(yīng)力值為：[δ]=175N/mm2[τ]=73N/mm2相比較所得結(jié)果為：δ=78N/mm2﹤[δ]=175N/mm2τ=8.9N/mm2﹤[τ]=73N/mm22）剛度驗算根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》撓度：wmax=Fl3/48EI=37.5KN×1.33/（48×2.1×105MPa×3400cm4）=2.4×10-4m﹤1.3m/400=3.25×10-3m結(jié)構(gòu)剛度與強度均滿足要求。3、鋼管樁承載力計算3.1單樁最大需承力鋼管樁最大需承力出現(xiàn)在車輛行駛在樁頂且偏心作用時，根據(jù)分析可知，掛-120作用時樁頂最大作用力為842.94kN，履-50作用時樁頂最大作用力為634.56kN。根據(jù)等截面替換原則鋼管樁φ630mm×10mm×6，A=1168.67cm2，大于鋼管樁φ800mm×10mm×3，A=744.56cm2。下面重點計算φ800mm×10mm×3鋼管樁。由上分析知鋼管樁單樁承載力最大值為842.94kN，據(jù)此施工中選用DZJ-90A振動錘進行施打鋼管樁，DZ-90A振動錘性能參數(shù)見下表。表4.1DZ-90A振動錘性能表電機功率(kW)偏心力矩N·m振動頻率r/mmin激振力kN機重kg允許拔樁力KN900～754110078087203503.2鋼管樁入土深度(考慮沖刷深度3m)根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》（JTJ254-98）第4.2.4條：式中：Qd—單樁垂直極限承載力設(shè)計值（kN）；—單樁垂直承載力分項系數(shù)，取1.45；U—樁身截面周長（m），本處為2.512m；—單樁第i層土的極限側(cè)摩阻力標準值（kPa）；—樁身穿過第i層層土的長度度（m）；—單樁極限樁端阻阻力標準值值（kPa）；A—樁身截面面積，Φ800×10mm鋼管樁樁A=248.18cm2；查看地質(zhì)資料可可得，在1144號墩(RK28+199.70)處的地質(zhì)質(zhì)資料最為為不利，該該區(qū)域土層層磨阻力如如表4.2：表4.2土層摩摩阻力統(tǒng)計計(XZK1171)序號土層名稱承載力（kPaa）樁周摩阻力（kPa）頂面（m）底面高程（m）層厚（m）1淤泥4510-3.40-9.706.302淤泥質(zhì)亞粘土7020-9.70-15.405.703亞粘土14035-15.40-18.903.504中砂30055-18.90-20.601.705強風化角礫巖450100-20.60-27.607.00由842.94kkN＝1/1..45×【2.5112×（10×6..3+200×5.77+35××3.5+55××1.7+100×LLx）】（淤淤泥層考慮慮3m深的沖沖刷深度，施施工中對相相應(yīng)施工區(qū)區(qū)域進行施施工監(jiān)測，當當河床沖刷刷深度大于于2m時，須須對樁基礎(chǔ)礎(chǔ)進行防護護，防止沖沖刷繼續(xù)。）計算得：Lx==0.966m，樁底如如強風化角角礫巖層1.0m。則[P]=1//1.455×【2.5112×（10×6..3+200×5.77+35××3.5++55×11.7+1100×11）+450×248.18×100-4】＝861.778kN≥842..94kNN。據(jù)此知鋼管樁需需打入強風風化角礫巖巖層1m，樁底標標高為-21.60，取-22.0m。鋼鋼管樁的入入土深度為為河床面以以下18.6m，單根鋼鋼管樁總長長28m。4鋼管樁穩(wěn)定性計計算河床面高程為--3.4m，按3m沖刷深深度考慮，則則可假定鋼鋼管樁懸臂臂固結(jié)點在在-6.4m處，樁頂頂標高取+4.3033m，鋼管懸懸臂長度為為10.703m。4.1單根鋼管管樁流水壓壓力計算單根樁流水壓力力計算：Fw=kkAγv2/((2g)式中：Fw―――流水壓力力標準值（kN）；k――形狀系數(shù)（鋼管管取0.8）；A――阻水面積（m22），計算算至一般沖沖刷線處；；γ――水的重力力密度（kN/mm3）；v――設(shè)計流速（1..53m//s）；g――重力加速度（99.81mm/s2）。Fw=kAγvv2/(22g)＝0.8×（0.6××11.224）×10××1.5332÷2÷÷9.811＝6.4kN4.2單根鋼管管樁風力計計算4.2.1橫橋向向風壓計算算根據(jù)《公路橋涵涵設(shè)計通用用規(guī)范》(JTJJ-021189)第2.3..8條計算算橫橋向風風壓：W=K1K2KK3K4W0（Pa）式中：W0———基本風壓壓值（Pa），550Pa；K1——設(shè)計風速頻率換換算系數(shù)，取1.0；K2——風載體形系數(shù)，鋼鋼管樁取0.8；K3——風壓高度變化系系數(shù)，1.08；K4——地形、地理條件件系數(shù)，查查表2.33.8——3知，取K4＝1.4；；迎風面積：；橫橋向風載：；；4.2.2縱橋橋向風壓計計算縱橋向風壓按橫橫橋向風壓壓的70%計算?？v橋向風載：4.3波浪力波浪力為Pmaax＝20kN。4.4利用SAAP20000建立有限限元模型圖4.4.1計算模模型（單位位：kN）圖4.4.2變形形圖（fmax=0.02244m）圖4.4.33軸向力（Nmax=9985.556kN）圖4.4.2剪力圖圖（Qmax=449.844kN）圖4.4.3彎矩圖（MMmax=1180.117kN..m）4.5使用階段段鋼管樁強強度驗算經(jīng)上述建模分析析知，鋼管管樁在沖刷刷后泥面處處最大彎矩矩M=1880.177kN.mm，最大水水平力為34.995kN，最大剪剪力為49.884kN、軸力為985..56kNN。下面利用《港口口工程樁基基規(guī)范》中中介紹的m法計算鋼鋼管樁在泥泥面以下的的變形及彎彎矩：式中：——樁身身在泥面及及泥面以下下的變形（m）；——作用在泥面處的的水平荷載載（kN），34.995kNN；——樁的相對剛度系系數(shù)（m）；——樁材料的彈性模模量（），鋼管為2.066×1088；——樁截面的慣性矩矩（m4），Φ800×100mm鋼管為為1.9×110-3m4；——分別為變形和彎彎矩的無量量綱系數(shù)按按，表C.2..2查得；——作用在泥面處的的彎矩（），180..17；——樁側(cè)地基土的水水平抗力系系數(shù)隨深度度增長的比比例系數(shù)（），取4200；——樁的換算寬度，取2d（d為樁受力面的樁寬或樁徑）（m），=1.6m；——樁身最大彎矩距距泥面深度度（m）；——換算深度（m）,根據(jù)按表C.2.2查得得0.69；——樁身最大彎矩（m）；無量綱系數(shù)，根根據(jù)按表C.2..2中查得（m）。Φ800×10mmm鋼管樁Wx=96682.3348cmm3，A=248.18cm2。根據(jù)上述計算，鋼鋼管樁在壓壓彎共同作作用下，最最大應(yīng)力為為：，滿足要求；鋼管樁撓度，滿滿足要求。4.6使用階段段鋼管樁間間剪刀撐和和平撐強度度驗算鋼管樁間剪刀撐撐和平撐均均設(shè)計為[20a，經(jīng)經(jīng)上述建模模分析知，[20a各桿桿件中最不不利桿件為為