18m跨度钢栈桥计算书

.

. 栈桥计算书

一、基本参数

1、水文地质资料

栈桥位于重庆荣昌赵河滩濑溪河，水面宽约68m，平均水深4m，最深处水深6米。

地质水文条件：渡口靠岸边部分平均水深2-3米，河中部分最高水深6米。河底地质为：大部分桩基础所在位置处覆盖层较薄，覆盖淤泥厚度为1.5m左右，其余为强风化砂岩和中风化砂岩，地基承载力σ0取值分为500kpa。

2、荷载形式

(1)60t水泥运输车

通过栈桥车辆荷载按60t水泥运输车考虑，运输车重轴（后轴）单侧为4轮，单轮宽30cm，双轮横向净距10cm，单个车轮着地面积=0.2*0.3 m2。两后轴间距135cm，左侧后双轮与右侧后双轮距190cm。车总宽为250cm。

运输车前轴重P1=120kN，后轴重P2=480kN。

设计通车能力：车辆限重60t，限速5km/h，按通过栈桥车辆为60t水泥运输车满载时考虑，后轴按480kN计算。施工区段前后均有拦水坝，不考虑大型船只和排筏的撞击力，施工及使用时做好安全防护措施。

3、栈桥标高的确定

为满足水中墩、基础、梁部施工设备、材料的运输及施工人员通行施工需要，结合河道通航要求，在河道内施工栈桥。桥位处设计施工水位为296.8m，汛期水位上涨4～6m。结合便桥前后路基情况，确定栈桥桥面标高设计为305.00m。

4、栈桥设计方案

在濑溪河河道内架设全长约96m的施工栈桥。栈桥拟采用六排单层贝雷梁桁架结构为梁体作为主要承重结构，桥面宽设计为4.5m,桥跨为连续结构，最大跨径18m，栈桥共设置6跨。

(1) 栈桥设置要求

栈桥承载力满足：60t水泥运输车行走要求。

(2)栈桥结构

栈桥至下而上依次为：

钢管桩基础：由于河床底岩质硬，无法将钢管桩打入，综合考虑采用钢管桩与混凝土桩相结合的方法，即先施工混凝土桩，入岩深度约1.5m，然后在混凝土桩上安装钢管桩。.

. 桥墩采用单排2根直径1m的混凝土桩和φ630*10mm钢管桩为基础，墩中心间距2.2米，桩间设[16槽钢剪刀撑。

I36a工字钢作为底横梁：桩顶横梁采用2拼并排焊接的I36a工字钢。

贝雷梁主梁：主梁采用321普通贝雷桁架结构，桁架由六排贝雷桁架加联系杆件拼装，贝雷桁架间距中心距0.45m。

桥面系：贝雷梁上横铺I25a工字钢、间距为400mm作为顶横梁，顶横梁上满铺厚度为10mm的钢板做为栈桥的桥面。最后安装栏杆、照明等附属结构。

栈桥结构详见下图：

5、栈桥计算参数

(1)单片贝雷桁架：每片贝雷桁架重270kg（含支撑架、销子等），I=250497.2cm4，E=2×105Mpa，W=3578.5cm3，[M]=788.2 kN·m, [Q]=245.2 kN。

(2) I25a:截面积48.5cm2，每米重量38.1kg ,Ix=5020cm4，E=2×105Mpa ，Wx=402 cm3 ，Sx=232.4cm3，腹板厚8mm。

(3)I36a：截面积76.3 cm2，每米重量59.9kg , Ix=15800cm4，E=2×105Mpa，.

. Wx=875cm3,Sx=514.7 cm3，腹板厚10mm。

(4)[16: 截面积25.16cm2，每米重量17.23kg

(5)10mm厚钢板：理论重量0.942KN/m2。

(6)车辆冲击系数：由查《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)知，冲击系数采用1.3。

考虑栈桥实际情况，同方向车辆间距大于12m，即一跨内同方向最多只布置一辆重车。人群荷载不计。

二、结构检算

1、偏压系数的确定 1K=1.25。

2、I25a工字钢横梁检算

因为I25a横梁如设计图所示，主要承受轴心压力作用，几乎不受弯矩作用，故检算略。

3、贝雷梁检算

3.1荷载

(1)静荷载

恒载计算：贝雷片每个自重270KG,栈桥按每跨18m计算，桥面钢板、横梁自重,简化为均布荷载q＝（G1+G2+G3）/18＝（18×4.5×0.942+45×4.5×38.1+270×36）/100/18＝9.73kN/m。

考虑到螺栓和桁架销，取q=10.0KN/m

跨中恒载弯矩:

弯距恒M＝82ql＝10*18*18/8＝405.0kN·m

梁端恒载剪力：

恒Q＝1/2×10×18=90.0KN

(2)活荷载：

计算跨径为18m，桥面净宽4.5m，本设计采用600KN集中荷载进行验算，如图： .

.

活载弯矩跨中受力最大，故活载弯矩M活=1/4×P×L=2700KN.m

梁端剪力：Qk=600KN

最大弯矩：

Mmax＝恒M+（1+μ）Mk＝405＋1.3×2700＝3915.0kN·m

梁端最大剪力：

Qmax=Q恒+（1+μ）Qk=90+1.3×600=870.0KN

3.2贝雷梁结构验算：

查贝雷手册可得：

桁架六排单层允许弯矩M=788.2×6×0.9=4256.28KN.m，满足强度要求

桁架六排单层允许剪力Q=245.2×6=1471.2KN，满足强度要求

4、整体挠度计算：

对于钢桥的设计，为了使车辆能比较平稳的通过桥梁，因此桥规要求桥跨结构均应设预拱度。另外能使钢桥能正常使用，不仅要对桁架进行强度验算，以确保结构具有足够的强度及安全储外，还要计算梁的变形，以确保结构具有足够的刚度，因为桥梁如果发生过大的变形，将导致行车困难，加大车辆的冲击作用，引起桥梁剧烈震动。

查简支梁容许挠跨比800VLL，则容许最大挠度为max=2.25cm

非弹性挠度：220.050.0561.8ncm

弹性挠度，用B,C卡秋林公式计算：

4001151()(1.610.335)384eqdfklhhtgctgKEIlh

5=0.1767=2.510=66.1188dfeqKIk其中，，， .

. 0max0max=0.1011.9012.25cmcmcm得：，故：

满足刚度要求。

5、钢管桩检算

混凝土桩强度大于钢管桩，此处按钢管桩进行检算，钢管桩单排2根钢管桩，普通墩横桥向桩中心距为2.20m，采用φ630×10mm钢管桩。水深按7.0m，钢管桩露出水面按6m计。

(1)桩基承载力检算

活G＝活P·K1·（1+μ）/2＝600×1.25×1.3/2＝487.5kN

桩基承载力：每根钢管桩设计承载力为P=（ G1+ G2+G3+G4+活G）/2

＝[（18×4.5×0.942+36×270＋45×4.5×38.1+4.5×59.9×2）/100+487.5×1.3]/2＝407.129 kN。

考虑钢管桩直接入岩，按端承桩考虑。

桩身强度：桩基采用φ630mm钢管桩。

l ＝7+6=13m（按照自由端最长桩考虑）

i ＝)22dD（/4＝0.45m

λ＝il ＝28.89＜[]＝100 满足要求（查《路桥施工计算手册》附表3-25）。

查《路桥施工计算手册》附表3-26（790页）。内插法得φ＝0.838；

则σ＝AN＝31.068Mpa ＜140×1.3=182Mpa 满足要求。

6、墩顶分配梁检算

60t水泥车作用于制动墩墩顶横梁时，为墩顶分配梁最不利荷载情况。制动墩墩顶分配梁按简支梁计算，计算跨度为4m。受力分析可简化为下图。

墩顶分配梁为2I36a，点焊连结在钢管桩顶部，分配梁近似为两端伸出的简支梁结构，分配梁长度为4.5m。

恒载计算：按每跨18m计算，恒载为桥面钢板、横梁、贝雷梁及分配梁自重。

作用于墩顶分配梁恒载： .

. 恒G＝ G1+ G2+G3+G4＝[21×（18×4.5×0.942+36×270＋46×4.5×38.1）+4.5×59.9×2]/100＝93.8 kN。

该恒载可近似为均布荷载q＝93.8/6＝15.634 kN/m。

弯距恒M＝82ql＝31.27 kN·m，

墩顶分配梁活载: 活G＝活P·1K·（1+μ）/2＝600×1.25×1.3/2＝487.5kN；近似为两个集中荷载P＝活G/2＝487.5/2＝243.75kN，作用于墩顶分配梁，受力可简化为下图：

弯距活M＝P·a＝243.75×0.3＝73.13kN·m；

则跨中最大弯距合计:

Mmax＝恒M+活M＝31.269.34＋73.13＝104.4 kN·m

则σw＝

xWMmax＝8751047.1103

＝119.3 MPa ≤ [σw]＝145×1.3=188.5MPa 符合要求。

恒载产生的扰度1f＝384EI5qL4＝345431010215800102.0384400010.39715＝0.98mm；

活载产生的扰度:2f＝)353(6EILPa322aLaaL＋－

＝400010215800102.063003400030054000300330010234453223）（＝0.63mm； .

. 则最大扰度f＝1f＋2f＝0.98＋0.63＝1.61mm＜[f]＝400L＝4004000＝10mm 满足要求。

7、其它检算

(1)横桥向风荷载

按一跨贝雷桁架梁计。依据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)，横桥向风荷载whF＝whdAWkkk310。

由查《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)表4.3.7-1，4.3.7-4～4.3.7-6得：

0k＝0.9, 1k＝1.6×0.467＝0.75，3k＝0.8。

式中dW＝g2V2d，0W＝g2V210，dV＝1052Vkk,Z001.00e012017.0，g＝9.81m/s2。

Z＝(37.65-0.19-0.75)-32.65＝4.06m，则064001.00e012017.0。＝0.012kN/m3。

由查《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)表4.3.7-2～4.3.7-3及附录A得：

2k＝0.79，5k＝1.7，10V＝25.6m/s。

则:dV＝1052Vkk＝0.79×1.7×25.6＝34.38 m/s,

dW＝g2V2d＝19.828.343.01202＝0.73kN/m2。

一跨贝雷桁架横向迎风面积whA=1.5×18×0.5=13.5 m2（注：贝雷桁架净面积/贝雷桁架轮廓面积取0.5）。

则: 横桥向风荷载whF＝whdAWkkk310＝0.90.75×0.8×0.73×13.5＝5.31kN，即单桩承受横桥向风荷载whF=5.31kN。

(2)作用于钢管桩上流水压力

依据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004), 流水压力wF＝2gVKA2

式中：注形状系数K取0.8,γ=10kN/m3, g＝9.81m/s2,V<0.5m/s（设计资料）。

阻水面积A＝(32.65-22.06) ×0.6＝6.35m2。