跨河便桥受力验算
工字钢便桥设计及荷载验算书(1)
工字钢便桥设计及荷载验算书一、概况为保证施工便道畅通，并保证大夏河流水的需要，经研究决定在大夏河上位于213国道K223+700处修建一座跨河便桥。
从结构可靠性、经济性及施工工期要求等多方面因素综合考虑，便桥采用10片45b工字钢作为主梁，5片为一组，两组工字钢间净距100cm，各组工字钢分别由Ф25钢筋横向连接为一整体，保证5片工字钢整体受力，两组工字钢间由10mm钢板连接，钢板底部横向焊接Ф25钢筋做肋，保证施工车辆通过。
二、荷载分析根据现场施工需要，便桥承受荷载主要由桥梁自重荷载q，及车辆荷载P两部分组成，其中车辆荷载为主要荷载。
如图1所示：Pq图1为简便计算方法，桥梁自重荷载按均布荷载考虑，车辆荷载按集中荷载考虑。
以单片工字钢受力情况分析确定q、P值。
1、q值确定由资料查得45b工字钢每米重87.4kg，再加上联结钢筋及钢板重量，单片工字钢自重按1KN/m计算，及q=1KN/m。
2、P值确定根据施工需要，并通过调查，便桥最大要求能通过后轮重60吨的大型车辆，及单侧车轮压力为300KN ，单片45b 工字钢尺寸如图2：单侧车轮压力由5片梁同时承受，其分布如图3：单侧车轮压力非平均分配于5片梁上，因此必须求出车轮中心点处最大压力max f ，且车轮单个宽25cm ，45b 工字钢翼板宽15cm ，每片工字钢间横向间距为10cm ，因此单侧车轮至少同时直接作用于两片工字钢上。
而f 按图3所示转换为直线分布，如图4：f maxmax f fff图4由图4可得到max f =F/2，单片工字钢受集中荷载为max f /2=75KN 。
由于便桥设计通过车速为5km/小时，故车辆对桥面的冲击荷载较小，故取冲击荷载系数为0.2，计算得到KN KN P 90)2.01(75=+×=。
三、结构强度检算由图1所示单片工字钢受力图示，已知q=1KN/m ，P=90KN ，工字钢计算跨径l =11.2m ，根据设计规范，工字钢容许弯曲应力[]w σ=210MPa ，容许图2（单位：mm）图3Ff剪应力[]τ=120MPa 。
栈桥受力检算及施工方案
便桥受力检算一、设计说明便桥全长12m，共1跨，跨度9米，桥中心修筑桥墩支撑，桥面宽度为4.0m。
主梁采用I40a工字钢，间距57cm。
纵向每隔3m间距采用8号槽钢加工支撑架连成整体；桥面全部满铺2cm钢板；桥台采用C30砼2*2*5m。
便桥设计荷载采用汽-20级车队和8m3混凝土搅拌运输车（满载）。
汽车及混凝土搅拌运输车活载计算时采用荷载冲击系数1.15及偏载系数1.2。
根据现场调查，水深约为0.5-1.0m。
二、I字钢纵梁验算便桥总宽4.0m，计算跨径为9m。
便桥结构自下而上分别为： 40a型工字钢下纵梁、桥面采用2cm钢板。
工字钢：I=250497.2cm4，E=2×105Mpa，W=3578.5cm3[M]=788.2 kn•m, [Q]=245.2 kn（一）荷载布置1、上部结构恒载（按4m宽计）（1）工字钢主梁：18×24.99×9/1000＝4.04kn/m2、活载（1）汽-20级（2）8m3混凝土搅拌运输车（满载）：车重20t，8m3混凝土19.2t（3）人群：不计桥内最多只布置一辆重车。
（二）上部结构内力计算1、工字钢梁内力计算（1）一辆汽-20级重车（布置在跨中，按简支计算）对B点取矩，由∑Mb＝0，得RA＝（120×9.3+120×10.7+60×14.7）/20＝164.1 kn M中＝164.1×9-120×0.7-60×4.7＝1110.9 kn•m查建筑结构计算手册f1＝pal2（3-4α2）/（24EI）=120×1000×9.3×202（3-9.32/202）/（24EI）=1.98cmf2＝pa2b2/（3EIl）=60×1000×5.32×14.72/（3×2.0×1011×4×500994.4×10-8×20）＝1.51×10-3mR1＝R2＝pb/l=120×19.3/20＝115.8 knR3＝45.9 knR4＝32.5knR5＝34.5knRA＝∑RAi＝344.5 kn（2）8m3混凝土搅拌运输车（满载）同向每跨只布置一辆，按简支计算。
便桥计算
钢便桥计算说明书一、便桥概况便桥跨径为21+24+18米，桥面净宽2*4米。
其中2个中墩采用钢管桩基础，每墩8根钢管桩，桩径为φ325*10㎜。
桥台为钢筋混凝土梁式基础。
便桥采用“下承式”结构形式，双排单层321公路贝雷桁架。
二、设计荷载公路-Ⅱ级三、施工步骤：略四、内力计算计算取用荷载如下：车道均布荷载为10.5*0.75=7.875 kN/m，集中荷载为180*(24-5)/45+180=256 kN/m(按24米跨线性内插)，贝雷钢桥及桥面系自重荷载为(270*4+2.5*8+23*3+47.9*5.4*2+11*3*11.23+420*300*1*7.85/1000)*9.8 /3000=9.95kN/m。
(注：贝雷自重270Kg/片，销子2.5Kg/个，支撑架重23Kg/个，I28b重47.9Kg/m，纵向I10重11.23Kg/m，钢板7850T/m3)1、工况一：均布车道荷载，其值为17.825。
力学模型如下：KN.M力学模型图单位：x内力图单位：KN.M2、工况二：自重均布荷载满布边跨+跨中集中荷载。
内力图如下；x集中荷载作用于中跨跨中的弯矩图x集中荷载作用于桥台及中墩时的剪力图工况二：内力图单位：KN.M由上述计算可知，贝雷钢桥内最大弯矩为1275.9 kN.m，梁内最大剪力为231.75 kN，中墩基础最大荷载为488.51 kN。
桥台基础荷载为315 .6kN。
六、强度校核1、桩基承载力验算取亚砂土、亚粘土极限摩阻力t i=60Kpa。
粘土允许承载力为120 Kpa。
单根Φ325钢管桩入土5m容许承载力为：〔P〕=1/2（U∑аi l i t i+аAσR）=1/2（3.14*0.325*5*60+120*3.14*0.325*0.325/4）=158KN〔P〕――单桩轴向受压容许承载力U ――桩的周长l i ――桩入土各土层厚度t i ――与l i对应的各土层与桩的极限摩阻力σR――桩尖处土的极限承载力аi、а――分别为震动沉桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数每墩设计承载能力为8*158=1264>488.51 kN。
基于MIDAS Civil的某跨河钢便桥设计验算有限元分析
安徽建筑中图分类号：U448.36文献标识码：A 文章编号：1007-7359（2021）07-0176-02DOI:10.16330/ki.1007-7359.2021.07.082针对峡谷、河流等复杂的地理环境，桥梁工程施工为解决材料、机械设备运输及人员进出，贝雷梁钢便桥由于其施工便捷、强度高等特点，使得其在跨河流、峡谷施工中的应用变得越来越广泛[1-2]。
钢便桥结构连接节点较多，传力复杂，通过车辆荷载等较大动载荷，因此施工前进行安全验算是十分必要的[3-5]。
本文通过对某工程实例跨河贝雷梁钢便桥进行设计验算，采用MIDAS Civil 有限元软件整体建模，进行不同工况下贝雷梁受力分析，验算其安全稳定性，为类似工程施工方案设计验算提供一定参考。
1工程概况某跨河施工临时贝雷钢便桥根据现场的地形、地貌采用上承式结构，桥面宽度6.0m ，便桥跨度为5跨（9m+9m+3m+6m+9m ），主纵梁采用3组6排双排单层标准贝雷桁架片（国标100型），贝雷间距为（0.9m+1.35m+0.9m+1.35m+0.9m ），贝雷梁之间采用贝雷标准支撑架保持侧向稳定。
主横梁选用双拼2工45a 型钢，横向分配梁选用间距0.375m 的I20a 型钢，面板为10mm 花纹钢板，便桥栏杆采用定型钢焊接立柱和护手，高度120cm 。
便桥两端与混凝土桥台相连，其余下部结构采用壁厚8mm ，直径630mm 的钢管桩基础，钢管桩之间采用联结（普钢槽钢C20a ）连成整体。
钢便桥布置简图见图1。
2材料参数本工程钢便桥贝雷采用16Mn 钢材，钢管桩及桩顶承重横梁、分配梁均采用Q235B 钢材。
采用容许应力法进行检算。
Q235B 钢：容许弯曲应力[s ]=145MPa ，容许剪应力[t ]=85MPa ；Q345B 钢参数：容许弯曲应力[s ]=210MPa ，容许剪应力[t ]=120MPa 。
根据《路桥施工计算手册》，临时性结构容许应力按提高30%~40%后使用，本项目按提高1.3计。
便桥施工方案及受力计算书
临时便桥受力计算书1、便桥概述便桥桥跨布置为10×5m，全长共50m。
桥宽4.5m，净宽4.0m。
便桥位于施工桥南侧5m处，通航净空高度不小于1.30m。
基础：便桥基础采用15～17m长杉木，平均直径不小于20cm，每个桥墩24根。
杉木桩用斜撑进行加固和294×200H钢连接（代替原来的大、小枕木连接），形成群桩基础。
主梁：纵向主梁采用294×200×8×12H型钢，间距50cm。
桥面系：纵梁上铺设16a型工字钢作横向分配梁，分配梁间距为40cm，单根长度为4.5m，16a型工字钢顶铺设8mm花纹钢板作为桥面板，桥面板与分配梁需焊接固定。
2、计算依据①《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）②《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）③《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）④《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-2008）3、容许应力容许应力按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定：A3钢：弯曲应力[δ]=145 剪应力[τ]=85MPa4、受力计算4.1、模型计算采用midas/civil 2011对临时钢便桥上部结构进行建模计算。
桥面钢板采用板单元，其他纵梁、横梁采用梁单元建模。
荷载：最大荷载为载重60t的水泥粉罐车，自重15t，总重按80t计算，车辆沿便桥中心线行驶。
计算结果荷载组合值：自重乘以1.2荷载组合系数，活载乘以1.4荷载组合系数。
便桥上部结构模型图（局部模型）4.1、桥面钢板受力计算钢面板组合应力图由计算结果知：最大应力：1.29=σMPa ＜[]145=σMPa3.2、16a 工字钢横向分配梁受力计算16a 工字钢横向分配梁组合应力图16a 工字钢横向分配梁剪应力图由计算结果知：最大组合应力：6.60=σMPa ＜[]145=σMPa最大剪应力：19=τMPa ＜[]58=τMPa4.3、294×200H 型钢纵梁受力计算294×200H 型钢纵梁组合应力图294×200H 型钢纵梁剪应力图294×200H 型钢纵梁变位图由计算结果知：最大组合应力：2.52=σMPa ＜[]145=σMPa最大剪应力：5.40=τMPa ＜[]58=τMPa最大挠度：mm 2.2=f ＜[]3.86005000==f mm3.4、294×200H 型钢下横联受力计算上部结构反力图（立体视角）上部结构反力图（平面视角）最大支点反力：R=159.7kN木桩间距0.6m，按0.6m简支梁计算最大正应力图最大剪应力图最大变形图最大正应力：36=σMPa ＜[]5.188=σMPa最大剪应力：9.70=τMPa ＜[]110.5=τMPa最大挠度：mm 156.0=f ＜[]1600600==f mm 3.5、木桩基础计算木桩基础按照群桩基础计算，由反力计算结果知单个桥墩最大受力：R=705.7kN根据《建筑桩基础技术规范》（JGJ 94-2008）桩承载力计算公式 P pk p i A q l Q Q Q λ+=+=∑sik pk sk q u式中：u —桩身周长，u=0.2ml i —土分层厚度（m ）p λ—桩端土塞效应系数，取0.8A p —桩端面积（0.0314m 2）q sik —与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa ） q pk —极限端阻力标准值（kPa ），根据规范取210kPa安全系数取2.0木桩入淤泥层10m ，淤泥层桩周摩阻力标准值为10kPa 。
1-9m工字钢便桥结构受力检算书
1-9m工字钢便桥结构受力检算书1、检算依据1.1《临时便桥施工图》1.2《公路桥梁设计规范》JTG-D60-20041.3《基础工程》（中国铁道出版社）1.4本项目行车特点、等级要求2、设计简介2.1 1—9m便桥设计宽度4m，设计跨度9m，净跨8.4m；基础采用C30砼扩大基础，C30砼台身；便桥纵梁采用8根I40a 工字钢，工字钢顶部铺20cm 厚钢筋混凝土。
2.2 结构检算时，对正交桥与斜交桥同样看待，因为对于上部结构的单个单元来说，其受力特点是相同的。
2.3 冲击系数按《桥规》规定取值。
2.4 由于是施工便道，行人少，不考虑人群荷载。
2.5 纵横向风力、流水压力、温度影响力及其他偶然荷载不予考虑。
2.6桥台因台前填筑较松，检算时，不考虑台前被动土压力，是偏于安全的。
3、最不利工况的确定按《桥规》规定的荷载组合Ⅱ进行检算，基本可变荷载为汽车—超20级，其他可变荷载为冲击力。
结构受力按基本可变荷载（汽车—20）＋恒载＋冲击力组合。
3.1基本可变荷载1-9m工字钢便桥结构受力检算书1、检算依据1.1《临时便桥施工图》1.2《公路桥梁设计规范》JTG-D60-20041.3《基础工程》（中国铁道出版社）1.4本项目行车特点、等级要求2、设计简介2.1 1—9m便桥设计宽度4m，设计跨度9m，净跨8.4m；基础采用C30砼扩大基础，C30砼台身；便桥纵梁采用8根I40a 工字钢，工字钢顶部铺20cm 厚钢筋混凝土。
2.2 结构检算时，对正交桥与斜交桥同样看待，因为对于上部结构的单个单元来说，其受力特点是相同的。
2.3 冲击系数按《桥规》规定取值。
2.4 由于是施工便道，行人少，不考虑人群荷载。
2.5 纵横向风力、流水压力、温度影响力及其他偶然荷载不予考虑。
2.6桥台因台前填筑较松，检算时，不考虑台前被动土压力，是偏于安全的。
3、最不利工况的确定按《桥规》规定的荷载组合Ⅱ进行检算，基本可变荷载为汽车—超20级，其他可变荷载为冲击力。
施工便桥计算
跨河大桥施工便桥计算一、便桥方案我部xx大桥横跨xx河，因施工需要，计划在跨河处修建一座施工便桥。
施工便桥按净跨12.0×2＝24.0m，单车道设计，重车为搅拌运输车或35吨吊车，后双轴八轮车辆，后轴总荷载30吨，前轴10吨。
单车道宽度为4.5m。
桥面采用1.0cm厚防滑钢板，横梁采用轻型20aI字钢加15×20方木满铺。
纵梁采用40bI字钢，该工字钢布置于车轮范围、全桥布置6根40b工字钢。
防滑钢板、横梁、纵梁之间采用螺栓连接，纵梁之间用30b工字钢连接增加稳定性。
详见便桥设计图。
二、主要结构验算按公路—Ⅱ级荷载加载1、防滑钢板○1计算模型跨距L=0 m、板厚10mm、重载车轮着地宽度0.60m、双轴轴重50cm1.0cm厚钢板q=75/0.6=125KN/m15×20cm方木加15aI字钢60cm单车轮受力图aP=300KN，单轴一端双轮重P1=P÷4=75KN。
工字钢中心间距为60cm，车轮荷载可近似为均布荷载。
受力模型如上。
因防滑钢板跨径为“0”假设横梁为刚性，故、防滑钢板受力不必验算。
2、横梁验算：受力模型图a所示。
a、强度计算木材抗弯强度取[бm]=13×106Pa 取E=9×103M=qL2/8=125×0.62/8=5.6KN.mWn=bh2/6=0.15×0.22/6=1×10-3m3бw=M/Wn=5.6×10-3/1×10-3=5.6MPa<[бm]=13 MPa满足要求b、挠度计算：因40b工字钢顶面宽度为14.4cm，两工字钢中心距离只有60cm，净距离仅46cm，而且枕木上面还加铺了大块防滑钢板，整体性较好，故无需再进行挠度计算，满足要求。
3、纵梁验算：单轴车轮作用力由6根40b工字钢来承受。
为一跨12.4M简支梁，以跨中截面作为验算截面，以最不利集中荷载计算，假设横梁为刚性，按6根受力系数相同计算。
跨河施工栈便桥检算书(接桩)
1486#~1487#施工便桥结构受力检算书一、编制依据1、《路桥施工常用数据》——人民交通出版社2、《结构力学求解器》——清华大学二、编制说明1、我标段施工管段为渭洛河特大桥（DK782+750.84～DK829+193.94）段，全长46.454Km，线路在DK806+804.14处跨越渭河，设计采用7联（48+4-80+48）m连续梁跨越。
为了1486#墩、1487#墩顶T构施工，需在1486#~1487#墩间设置栈桥一座。
2、不考虑人群荷载和温度影响力及其他偶然荷载。
三、结构简算桥面宽度设为5m，桥面结构为10mm厚钢板，底部按30cm间距布置工字钢。
按50吨重车（罐车运10方砼）计算荷载，横断面轮距1.8米，纵向4米、1.4米。
材料性质：I50a工字钢:A I——工字钢截面面积，查表得A I =119cm2I xI ——工字钢截面对X轴的惯性矩，查表得I xI =46500cm4W xI ——工字钢截面对X轴的抗弯截面模量，查表得W xI =1860cm3q自I——工字钢每延米重量，查表得q自I =0.93kN/mE ——钢材的弹性模量，取E=210GP aI40a工字钢:A I——工字钢截面面积，查表得A I =86.1cm2I xI ——工字钢截面对X轴的惯性矩，查表得I xI =21700cm4W xI ——工字钢截面对X轴的抗弯截面模量，查表得W xI =1085cm3q自I——工字钢每延米重量，查表得q自I =0.676kN/mE ——钢材的弹性模量，取E=210GP a1、12m跨栈桥结构计算：①、10mm面板受力验算（按60吨重车计算）：q自=0.785 kN/m，q集中菏载取汽车轮轨最大菏载120kN/2=60kN。
结构弯矩图：结构位移图：结构最大位移：σ(10mm钢板)=2.13/(16667/00) /1000=127.8Mpa＜[σ]=170 Mpa，可行！②、纵梁I50a受力验算（按50吨重车计算）：q自=0.934+(7.85*10*0.158*0.01) =1.058kN/m，q集中菏载取汽车轮轨最大菏载100kN,8个轮胎、每个轮胎压两根工字钢。
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跨河便桥荷载计算
概论
我部为保证施工时各机具运行畅通，并保证不影响村镇其他车辆的正常行驶经研究决定在跨运河桥16#-17#之间修建跨河便桥。
经实地勘察和结合我部实际施工需求，该处跨河便桥初步设计宽度为5m，行驶宽度为4m，桥长18m，两处桥台各1m，行车荷载为汽车-20，从结构可靠性、经济性及施工工期要求等多方面因素综合考虑，便桥采用纵向排布5片30c工字钢作为主梁，其中以桥中心位置放置一片，距桥中2m各放置两片，该两片工字钢间距13cm，各工字钢上部槽钢连接为一整体，保证5片工字钢整体受力，保证施工大型车辆及有用车通过。
一、施工便桥总体承载力计算书
上部恒载：
①工字钢30c：（高0.3m×腿宽0.13m×腰厚0.013m）×10×9×52.717=4.74t
②盖梁方木：断面(0.3m×0.3m)×长5m×3根×1.5m3/t=1.89 t。
③槽钢22b:（腰高0.22m×腿宽0.079×腰厚0.009×腿厚0.011）×28.45×5
×82=11.7t
④槽内填土：9.1t
上部恒载合计： 27.5t
上部活载：
(长15.67m×宽5m)78.35m2×250kg/ m2=19.587 t。
上部活载合计： 19.587t
上部恒载+上部活载=47 t。
承载力计算：
每墩恒载+活载=15.7t。
便桥墩每根桩承载力：(桩入土4m)：π×￠250×4m×1.2t=3.77t。
3.77t×8根=30.16t>15.7t
满足承载力要求。
二、工字钢便桥设计及荷载验算书
1、荷载分析
根据现场施工需要，便桥承受荷载主要由桥梁自重荷载q，及车辆荷载P两部分组成，其中车辆荷载为主要荷载。
如图（1）
行车道）
汽车荷载）
（自重荷载）
图（1）
2、便桥设计检算
2．1计算参数
本工字钢采用Q345钢：E=2.06*105,MPa=206*104kg/cm2,[σ]=2500kg/cm2, [σw]= 2500kg/cm2, [τ]=1100kg/cm2;
工字钢I30c：A=73.254cm2，Ix=9850cm4，Wx=657cm3,单位重量q=57.504kg/m，挠度允许值：l/400
安全系数取值1.3
2.2 按挂车-100计算荷载设计
主梁为5根30c工字钢，具体布置如上图，主梁截面积：W=5*Wx=5*657=3285 cm3支座反力：R1=R2=25t
最大弯矩：Mmax=R1*4-25*1.2=70
强度检算：σ=M/W=7000000/3285=2130kg/cm2<2500 kg/cm2,满足强度要求。
挠度检算：f=pa（3l2-4a2）/（24EI）=0.0051<l/400,满足要求。
2.3 按汽车-20 计算荷载
支座反力：R1=7T
R2=13T
最大弯矩：Mmax=13*4-7*4=24t.m
强度检算：[σ]=M/W=2400000/3285=730.594<2500kg/cm2,强度满足要求
工字钢支点处剪应力检算：
支座处剪力Q=p/2=10t
支座处剪应力τmax=Q/Ix=1000000/9850=101.5mpa<τ允许=1100
以此得出此便桥可以使用工字钢作为主梁进行施工并保证之后其他施工机具通行的安全。