龙江大桥钢便桥结构设计
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龙江大桥钢便桥结构设计 ■戴洁(广东交通职业技术学院公路学院,广州510650)
【摘要】结合龙江大桥临时便桥的设计,介绍了临时钢便 桥上下部结构设计特点及结构计算方法,可供同类型工 程参考。 【关键词】便桥;贝雷梁;钢管桩;结构设计 【中图分类号】u_448.36 【文献标志码】A
Structure Design of Longjiang Temporary Steel Bridge DAI Jie (Guangdong communication polytechnic,college of highway, Guangzhou 510650,China) [Abstract]Thispaperintroducesdesignfeaturesofsuperstructure and substructure,and structure computation method according to the structure design ofLone ̄iang temporary steel bridge.It Can be reference forthe sametypeproject. [Key words]temporary bridge:bailey beam steel pipe pile: structuredesign
1工程概况 二(连浩特)广(州)高速公路怀集至三水段 须跨越龙江。在龙江大桥施工前,根据沿线公路桥 梁施工的需要,拟先修建一座临时便桥。 龙江大桥临时便桥横跨龙江,龙江为绥江的 支流,桥位处河宽约100m,线路与河道正交,百 年一遇洪水设计流量2 850m3/s,对应设计水位 l4.314m,设计流速3.5 rn/s。桥位处位于龙江下游 段,河道顺直,两岸分布四个鱼塘,冬季水深为 O.5m左右,河床地质情况从上往下依次为粗砂、
细砂、亚黏土、全风化花岗岩、弱风化花岗岩和微 风化花岗岩,地质情况相对较好。
2主要技术指标 龙江大桥临时便桥长81m,宽6m,桥面标高 为15.2m。设计荷载为公路施工期重型荷载,拟定 为汽车.超2O级,限制车速lOkm/h:设计洪水频 率1/50,水流速度3.5rn/s,不考虑通航。
3桥型结构设计 综合考虑经济、安全、施工速度、取材方便等各 个方面的因素后,设计拟定便桥为上承式钢结构形 式。便桥上部结构主要采用装配式钢贝雷梁,下部结 构采用单排双柱式钢管桩作桥墩(台)。结构形式从 下至上为 60cm钢管桩_贝雷片纵梁_I 25a工 字钢横梁 『lO槽钢纵梁_8Ⅱun厚钢板铺面。 根据地质、水文条件,结合贝雷梁特点,龙江 大桥临时钢便桥设计为9跨,边跨长3m,中跨长 9m、12m和15m,外伸1.5m。具体分孔为: 3m+12m+9m×3(孔 +l2m+6m+l5m+3m,两岸桥台 夕 各夕 伸1.5m,总长81m。 便桥设计用贝雷梁作为上部结构的主要承重 结构,在桥梁全宽范围内设计采用2片纵梁,上下水 贝雷纵梁间距4m。顺桥向以3m间距设横向支撑 架,确保纵梁横向稳定,并共同参与受力。每片纵梁 采用单层双排体系,即水平向由2排贝雷梁片组成, 而贝雷梁片的竖向为一层。贝雷梁采用国产3mx1.5 m贝雷片。每片纵梁的两排贝雷梁之间用小花窗横 向连接。 贝雷梁上按问距75 cm横向铺6in长I 25a工 字钢作横梁。工字钢上纵向铺[10槽钢,在贝雷梁范围 内按30cm间距铺设。桥面皈采用8mmA3压纹钢板。 下部结构设计为单排双柱式钢管桩(墩)。每 个桥墩处两根钢管桩距离为4m。钢管桩采用A3 钢板制作,内径0.6m,壁厚8mm,每节长4 in~ 6m,底部及每节接口采用厚10mm、宽10cm的钢 条环绕焊接加强。为了保证钢管桩的刚度,下沉至 设计标高后,管内吹砂振实,并用80cm混凝土封 顶。桩顶横梁采用2I25a工字钢横向联结。
4结构设计计算 4.1设计参数 荷载:汽车一超20级,车速10krn/h,冲击系数 1.3。 水文条件:水流速度3.5m/s,漂流物自重 10l 。 跨径:计算跨径按最大孔15m计算,横桥向 宽6m(计算宽度4m,悬臂各lm)。 贝雷片主梁力学特性:单片桁架允许弯矩 975kNm,销子剪力550kN,应力273MPa,惯性矩 卢250500cm 。 型钢力学特性:[o-]=210MPa,[T]=120MPa, 2.1×10 ] ̄lPa。 4.2主要承重结构计算 计算流程按钢便桥结构从上至下进行。 4.2.1[10槽钢钢纵梁计算 主要考虑汽车一超20级车队中加重车550kN 汽车加载,冲击系数取1.3,则汽车后轮单轮最大 力为:P=I.3×140/2=91kN,受力面积50cmX20cm。 [10槽钢设计资料:间距30cm,跨径O.7m,单 位自重0.1kN/m,其自重相对集中力可忽略不计。 =198.3×10-am ,W ̄=39.7×10fin ,&--23.5×10fin , d--5.3×10。3m,考虑2『1O受力,在计算应力、挠度
时,惯性矩、截面模量取2倍代入计算。 按照3跨连续梁计算,计算跨径为轮轴距离 的一半L=O.7m。计算模型见图1所示。
3L 图1 3跨连续梁承重结构计算模型 11强度计算 按《公路桥涵设计手册》计算,最不利情况 下,集中荷载P作用下跨中最大弯矩为: Mm 0.213PL=0.213 ̄91×0.7=13.6kN·in 则正应力 = l愀/W ̄=171MPa<[o-]=210MPa, 满足条件。 最不利剪力Q=91kN,则: 剪应力T=Q /( )=102MPa<120MPa,满足 条件。 2)刚度计算 集中荷载P作用下跨中最大挠度为: 1.615咒3/(100EI)=6×10 m<L/400= 0.7/400=-17.5×10 ,满足条件。 4.2.2 I 25a工字钢横梁计算 I25a工字钢设计资料:间距70cm,计算跨径 L--4m,单位自重0.38kN/m,其自重相对集中力可 忽略不计。 5017×10一 ,WF401.4×lOfin ,d=8× 10‰。 计算模型见图2所示。
1.5m 4m
图2工字钢横梁承重结构计算图
11强度计算 按最不利情况考虑,由两根『10槽钢传力至I 25a工字钢,2根I 25a工字钢受力,集中荷载按单 跨受弯构件计算。参考《公路桥涵设计手册》计算: P=91/2=45.5l(N al=O.95,m1=0.95/4=0.24,61=口1(3—4ml2)=2.64; 口 1.25,m2=l、25/4--0.31,b2=9(3-4m2z)=3.26; 集中荷载P作用下跨中最大弯矩为: 朋_衄l=P(0l+眈)=lOOkN-In 则正应力 %唧/Wx=125MPa<[o-]=210MPa, 满足条件。 最不利剪力Q=45.5 x3=136.5kN,则: 剪应力r=Q /(/k)=39MPa<120MPa,满足 条件。 2)刚度计算 集中荷载P作用下跨中最大挠度为: fm x=PL xb1/(24ED+咒 xb2/(24EI) O.007m'<L/400=4/400=0.01m,满足条件。 4.2.3贝雷片纵梁计算 贝雷片纵梁设计资料:计算跨径15m,横向4 片贝雷,Iz-4 x0.002505=0.01002m4,E=2.1×10 MPa,4片桁架允许弯矩:4x975=3900kN·m,4片 桁架允许剪力:4x550=2200kN,抗剪满足条件不 需要验算。钢板/型钢/贝雷片及其它合计视为均 布荷载:q=10kN/m。 荷载计算按单跨受弯构件考虑,550kN汽车 车头部分折算与后部相同,贝雷梁由2x4I 25a工 字钢传力,八点受力:p=91kN。最不利情况下计算 模型见图3所示。 图3贝营片纵梁最不利情况下计算模型 1)强度计算 均布荷载q作用下跨中最大弯矩计算: M L ̄8=28lkN·m 集中荷载P作用下跨中最大弯矩计算(参考 《公路桥涵设计手册》): al=3.4,m1=3.4/15=0.23,bl=01(3—4ml2)_9.48; 眈=4.1,m2=4.1/15=0.27,b2=o,2(3—4m22)=l1.1; =4.8,mr=4.8/15=0.32,b3=a3(3—4m32)=l2.43; a4=5.5,m4-5.5/15=0.37,b4=a4(3—4m42)=13.49: 则 P(0r+_ a3+a4)+281=1 90lkN·m< 3 900kN·m,满足条件。 p 9l×6+10x 15/2=621kN<2200 kN,满足 条件。 2)刚度计算 采用均布荷载与集中荷载作用下挠度叠加。 , P己 /(24EI)×(6 1+62+63+64)+59 /(384EI) O.022m<L/400=15/400=0.0375m,满足条件。 4.2.4钢管桩承载力计算 每个墩位两根钢管桩作为钢便桥的承重基 础,按照摩擦桩计算。钢管桩间距4m, O.6m,由 8mm厚的A3钢板卷制而成,管内填砂密实。 荷载计算取550kN汽车最不利作用在每根钢 管桩上的荷载:621/2---31lkN; O.6m钢管桩自身 荷载(最长14m)16kN;考虑系数1.2。 4,0.6m钢管桩承载力P=1.2×(31 1+16)=392kN, 设计按照400kN考虑。 根据不同墩位处地质条件按摩擦桩承载力公 式计算每根桩的具体埋置深度,计算中扣除冲刷 深度0.8m。地质力学性能见表1。 表1桥墩位处地质力学性能表 地质名称 极 力 地质名称 极 力 淤泥 l5 亚黏土 30 淤泥质亚黏土 20 砂砾 70 粗砂 40 全风化砂岩 70
4.2.5钢管桩压杆稳定性计算 O.6m钢管桩最长为14m,非入土长度最长为 8m,钢管桩壁厚O.8cm,不考虑管内填砂密实加强作 用偏安全的计算。钢管桩按上端自由,下端固支考虑。 4,0.6m钢管桩计算长度L=2x 8=16m,P--400kN。 钢管桩承受临界荷载P: P:Ⅱ xExI/(4L )=5274kN>P--400kN,满足条 件。 4.3其它细部计算 下面只对细部计算作简要说明,具体计算省略。 A3钢板与[1O槽钢点焊计算:钢板与10#槽 钢采用角焊缝,一片钢板共有4O条焊缝,每条焊