跨麻阳溪钢便桥计算书
一、基本信息
1.1、工程概况
A2标段起点（K8+620）位于茅坪村以西与A1标段终点对接，路线由北往南展线，经茅坪、上黄墩、黄墩、郑墩、小溪口，建小溪口大桥(367米)后，经谢源村，建谢源大桥（277米），在新兴村附近设建阳互通连接置换后的快速路（闽越大道），A2标段终点位于原浦南高速公路新兴隧道进口附近，顺接浦南高速公路（即本项目终点，桩号K16+820=浦南高速K1686+388）。
A2标段路线长8.20公里。
根据施工图纸、招标文件及实际现场勘察，我标段拟在桩号K15+400左侧约100m处设置“三集中”场地。
根据实地调查，“三集中”场地的施工及主线内的施工无可利用道路，需搭建跨麻阳溪钢便桥，方可进行“三集中”场地的建设及主线内的施工。
1.2、设计规范
（1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）；
（2）《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）；
（3）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 1002.2-2005）；
（4）《装配式公路钢桥多用途使用手册》（人民交通出版社出版）；
（5）《建筑桩基技术规范》(JTJ94-2008)。
1.3、便桥技术标准
（1）道路等级：施工便道。
（2）使用年限：3年。
（3）设计车速：20公里/小时。
（4）设计车道：双向2车道。
（5）通行车辆：公路-Ⅰ级、10方混凝土罐车、50吨履带吊。
（6）便桥宽度：桥面宽度为7.5m，断面组成为：0.25m(栏杆)+7.0m(车道)+0.25m（栏杆）=7.5m。
（7）便桥孔跨布置：3-（4×12m）=144m。
（8）桥面标高：便桥设计水位标高139.0m，最大水深7.2m，钢便桥桥面标高为143.5m。
1.4、便桥结构概述
便桥结构自下而上分别为：φ630×10mm钢管桩、双拼HW400×400H型钢下横梁、“321”军用贝雷梁、C40钢筋混凝土预制桥面板、Ф48×3.5mm钢管栏杆。
便桥基础φ630×10mm钢管桩之间采用20号槽钢连接成整体，便桥单排桩墩基础采用3根钢管，双排桩墩基础采用6根钢管。
钢管桩顶部横梁采用双拼HW400×400H型钢，上部采用8排单层贝雷梁组拼作承重主梁，7.5m×1.5m×0.2m 的C40钢筋混凝土预制板作为桥面板。
栏杆采用Ф48×3.5mm钢管，立杆（高度1.2m）按间距2m布置，对称安装；横杆设置三排，间距0.4m，间隔涂刷红白油漆，外挂安全网。
二、计算方法、主要材料特性、荷载取值
钢便桥结构计算依据《铁路桥涵设计基本规范》采用容许应力法，荷载取值除汽车荷载依据《公路桥涵设计基本规范》外，其余均依据《铁路桥涵设计基本规范》。
2.1、主要材料特性
钢便桥桥面采用C40钢筋混凝土预制板，承重纵梁采用不加强型贝雷片，下部结构钢材均采用Q235钢。
混凝土力学特能表
贝雷片几何、力学特能表
钢材力学特性表
2.2、荷载取值
2.2.1、结构自重
钢便桥以自重计入，钢材容重取378.5/kN m γ=，混凝土容重取325/kN m γ=。
2.2.2、汽车荷载 A 、公路-Ⅰ级车道荷载
钢便桥跨度12m,10.5/208k k q kN m P kN ==，。
B 、混凝土罐车荷载
混凝土罐车为10方，轴距4m+1.4m,轴重为8t+21t+21t 。
车轮横向间距为1.9m ，尺寸为0.3m （纵向）×0.6m （横向）。
C 、履带吊荷载
选用50型履带吊，自重50t ，最大吊重20t,共计70t 。
履带着地长度4.5m ，着地宽度为70cm ，单条履带荷载为78kN/m 。
2.2.3、汽车荷载冲击力
冲击系数取0.3。
2.2.4、汽车制动力
汽车制动力取加载长度计算总重力的10%计算。
加载长度取一联（4×12m=48m ），荷载平均分配到两个制动墩墩顶上，将荷载简化为一个水平集中力和弯矩。
A 、公路-Ⅰ级车道荷载制动力
(10.548+208)0.1/2=35.6,35.63106.8P kN M P h kN m =⨯⨯=⨯=⨯=⋅。
B 、混凝土罐车荷载制动力
假定一联（4×12m=48m ）钢便桥上有两辆混凝土罐车，
5000.1=50,503150P kN M P h kN m =⨯=⨯=⨯=⋅。
C 、履带吊荷载制动力 不计冲击力。
2.2.5、流水压力
2/)2(P KA V g γ=
最大流速为2m/s ，查规范计算得：20.73(0.637.2)102/(29.81) 6.8P kN =⨯⨯⨯⨯⨯=。
流水压力作用点在设计水位线以下2.4m （1/3倍水深）处。
2.2.6、风荷载
1230
W K K K W =
查规范计算得：21.3 1.0 1.30.40.676/W kN m =⨯⨯⨯=。
忽略风荷载对钢管桩的影响，将贝雷梁所受风荷载均分至每个墩墩顶，则每个墩所承担的风荷载
0.676(0.4 1.712) 5.5P kN =⨯⨯⨯=。
三、模型建立及假定
采用Madis civil 2012建立一联（4×12m=48m ）钢便桥模型。
模型分为上部结构和下部结构。
上部结构由20cm 厚混凝土桥面板和单排单层不加强贝雷梁组成。
建模时依据贝雷片的几何特性，将贝雷片等效为截面高度为140cm ，宽度为1.095cm 的矩形梁，桥面板与贝雷梁的连接假定为只受压连接。
模型节点693个，单元640个，第三排墩为制动墩，其余墩为普通墩，计算模型如下：
下部结构分为制动墩和普通墩，均由双拼HW400×400H 型钢横梁横梁和钢管630×10mm 钢管组成。
双拼HW400×400H 型钢横梁横梁与钢管桩的连接假定为刚接，钢管桩假定在河床面以下3m 处固结，汽车制动力全部由制动墩承受，钢便桥上部结构的横桥向风荷载均分到每个墩柱上，纵向风荷载不予考虑。
制动墩模型节点107个，单元139个，计算模型如下：
普通墩模型节点54个，单元63个，计算模型如下：
四、上部结构验算
上部结构验算按照公路-Ⅰ级车道荷载、混凝土罐车荷载、履带吊荷载这三种工况分别验算。
工况1、公路-Ⅰ级车道荷载
考虑到小型汽车及小型构件材料的运输，公路-Ⅰ级车道荷载按两个车道加载。
荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×公路-Ⅰ级车道荷载上部结构主梁弯矩包络图如下，最大弯矩255 kN*m <788 kN*m安全系数
K=3.1。
上部结构主梁剪力包络图如下，最大剪力128 kN <245 kN，安全系数K=1.9。
上部结构支点竖向反力如下。
上部结构最大竖向位移为-6.7mm。
工况2、混凝土罐车荷载
对混凝土罐车通行时实行交通管制，不允许两辆混凝土罐车在便桥上交汇错车，荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×混凝土罐车荷载。
上部结构主梁弯矩包络图如下，最大弯矩209 kN*m <788 kN*m安全系数
K=3.7。
上部结构主梁剪力包络图如下，最大剪力102 kN <245 kN，安全系数K=2.4。
上部结构支点竖向反力如下。
上部结构最大竖向位移为-5.5mm。
工况3、履带吊荷载
对履带吊或者挖掘机通行时实行交通管制，不允许两辆履带吊或者挖掘机在便桥上交汇错车，荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×履带吊荷载。
上部结构主梁弯矩包络图如下，最大弯矩225 kN*m <788 kN*m，安全系数K=3.5。
上部结构主梁剪力包络图如下，最大剪力104 kN <245 kN，安全系数K=2.4。
上部结构支点竖向反力如下。
上部结构最大竖向位移为-5.8mm。
由以上工况的计算结果可知：贝雷片所受的最大弯矩为255 kN*m，安全系数K=3.1；最大剪力为128kN，安全系数K=1.9。
上部结构最大竖向位移为
-6.9mm<12000mm/900=13.3mm。
五、下部结构验算
5.1、制动墩验算
制动墩验算按照公路-Ⅰ级车道荷载+制动力、混凝土罐车荷载+制动力、公路-Ⅰ级车道荷载+流水压力+风荷载这三种工况分别验算。
工况1、公路-Ⅰ级车道荷载+制动力
荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×公路-Ⅰ级车道荷载+1.0×公路-Ⅰ级车道荷载制动力。
制动墩组合（弯曲+轴向）应力图如下，最大组合应力73.5MPa <135MPa，安全系数K=1.8。
制动墩剪切应力图如下，最大剪切应力34.5MPa <80MPa，安全系数K=2.3。
制动墩竖向支点反力图如下，最大支点反力355kN。
制动墩最大竖向位移为-3.2mm，纵向位移为8.1mm。
工况2、混凝土罐车荷载+制动力
荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×混凝土罐车荷载+1.0×混凝土罐车荷载制动力。
制动墩组合（弯曲+轴向）应力图如下，最大组合应力58.9MPa <135MPa，安全系数K=2.3。
制动墩剪切应力图如下，最大剪切应力28.0MPa <80MPa，安全系数K=2.8。
制动墩竖向支点反力图如下，最大支点反力301kN。
制动墩最大竖向位移为-2.4mm，纵向位移为11.3mm。
工况3、公路-Ⅰ级车道荷载+流水压力+风荷载
荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×公路-Ⅰ级车道荷载+1.0×流水压力+1.0×风荷载。
制动墩组合（弯曲+轴向）应力图如下，最大组合应力69.6MPa <135MPa，安全系数K=1.9。
制动墩剪切应力图如下，最大剪切应力32.2MPa <80MPa，安全系数K=2.5。
制动墩竖向支点反力图如下，最大支点反力308kN。
制动墩最大竖向位移为-3.3mm，横向位移为3.5mm。
由以上工况的计算结果可知：制动墩最大组合应力为73.5MPa ，安全系数
K=1.8；最大剪切应力为34.5 MPa ，安全系数K=2.8。
制动墩最大竖向位移为-3.3mm ，纵向位移为11.3mm ，横向位移3.5mm 。
5.2、普通墩验算
普通墩验算按照公路-Ⅰ级车道荷载+流水压力+风荷载这种最不利工况验算。
荷载组合为：1.0×结构自重+（1+0.3）×公路-Ⅰ级车道荷载+1.0×流水压力+1.0×风荷载。
普通墩组合（弯曲+轴向）应力图如下，最大组合应力51.6MPa <135MPa ，安全系数K=2.6。
普通墩剪切应力图如下，最大剪切应力35.2MPa <80MPa，安全系数K=2.3。
普通墩竖向支点反力图如下，最大支点反力642kN。
普通墩最大竖向位移为-3.4mm，横向位移为4.6mm。
由过以上工况的计算结果可知：普通墩最大组合应力为51.6MPa，安全系数K=2.6；最大剪切应力为35.2 MPa，安全系数K=2.3。
普通墩最大竖向位移为-3.4mm，横向位移为4.6mm。
5.3、钢管桩计算
便桥处地质资料数据如下：
由于钢便桥桩底为中风化石英母片岩，施工采用冲孔锚固，锚入中风化石英云母片岩的深度不小于2m,按端承桩计算。
钢管桩最大支点反力为642 kN，中风化石英云母片岩的压应力为：
=⨯。
642/(3.140.315^2)=2060a<2800a
p kP kP。
