下承式贝雷钢栈桥设计计算书

目录

1设计说明 ........................................................................................................................ - 1 -

1.1栈桥构造 ............................................................................................................. - 1 -

1.1.2贝雷梁...................................................................................................... - 2 -

1.1.3桩顶横梁.................................................................................................. - 2 -

1.1.4钢管桩基础.............................................................................................. - 2 -

1.2设计主要参考资料 ............................................................................................. - 2 -

1.3设计标准 ............................................................................................................. - 2 -

1.4主要材料力学性能 ............................................................................................. - 3 -2作用荷载 ........................................................................................................................ - 3 -

2.1永久作用 ............................................................................................................. - 3 -

2.2可变作用 ............................................................................................................. - 3 -

2.2.1混凝土罐车.............................................................................................. - 3 -

2.2.2流水压力.................................................................................................. - 3 -

2.2.3风荷载...................................................................................................... - 4 -

2.2.4制动力...................................................................................................... - 4 -

2.3荷载工况 ............................................................................................................. - 4 -3栈桥结构计算分析 ........................................................................................................ - 4 -

3.1计算模型 ............................................................................................................. - 4 -

3.2计算分析 ............................................................................................................. - 4 -

3.3计算结果汇总 ..................................................................................................... - 6 -4基础计算 ........................................................................................................................ - 7 -

4.1钢管桩入土深度 ................................................................................................. - 7 -

4.2钢管桩稳定性 ..................................................................................................... - 8 -5结论 ................................................................................................................................ - 9 -

栈桥计算书

1 设计说明

1.1 栈桥构造

栈桥设计为下承式贝雷钢栈桥，负担施工中的材料、物资的运输功能、人员的通行通道。栈桥跨径9m，宽度6m，栈桥顶标高+2.20m。基础采用υ610mm，壁厚8mm 钢管桩，桩顶横梁为2HN450×200型钢，其上为2组贝雷梁，每组2片，用45cm 贝雷支撑架相连。贝雷梁下弦杆上布置HN350×175横向分配梁，用骑马螺栓与贝雷梁连接，紧贴贝雷片腹杆布置。横向分配梁上间隔35cm铺I22b纵向分配梁，与横向分配梁点焊连接。桥面采用10mm厚花纹钢板。栈桥跨径布置及横断面见下图。

图1.1-1 栈桥总体立面布置图

图1.1-2 栈桥横断面图

1.1.2 贝雷梁

栈桥采用4片3000mm×1500mm单排单层不加强型贝雷片作为承重梁。每两片贝雷片通过450mm标准连接花架连接成一组，共2组。紧贴着贝雷片内侧于桥面钢板上安装两道护轮木，左右侧各一道。

1.1.3 桩顶横梁

贝雷梁支承在2根HN450×200工字钢桩顶横梁上，2根HN450×200横梁间采用间断焊接。分配梁焊接在钢管桩顶牛腿上，以保证分配梁的横向稳定性。贝雷片下垫10mm厚橡胶垫板，并通过焊接在横梁上的限位器限制横向和纵向的位移。

1.1.4 钢管桩基础

基础采用Φ610×8mm钢管桩，每排2根，中心间距4650mm。

1.2 设计主要参考资料

(1)《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；

(2)《港口工程桩基规范》(JTS 167-4-2012)；

(3)《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）；

(4)《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。

1.3 设计标准

⑴桥面宽度：6m；

⑵验算荷载：8m3混凝土罐车；

⑶跨径布置：2.7m+9.0m+2.7m；

⑷河沟水位：现场实测最高潮位＋1.0m（施工常水位）；

⑸河床高程：取-2m。

1.4 主要材料力学性能

栈桥除贝雷梁为Q345钢、贝雷销子为30CrMnTi外，其余的钢材均采用Q235钢。

表1.4-1 钢材的强度设计值（Mpa）

2 作用荷载

2.1 永久作用

本栈桥永久作用为材料自重恒载，型钢桥面系、贝雷梁及墩顶分配梁等结构自重，材料自重采用Midas Civil2013软件自动计入。

2.2 可变作用

2.2.1 混凝土罐车

工地使用的8m3混凝土罐车共3轴，空载时整机重量12.5t，为前一后二的形式，满载8m3混凝土总重量为32t，轴距为3.225＋1.35，轮距1.8m，空载轴重为37.5＋43.8＋43.8kN，满载轴重为97＋112＋112kN，详见图2.2-1。

图2.2-1 8m3混凝土罐车轮距示意图（单位：m）

2.2.2 流水压力

栈桥所处位置河沟水流流速较小，流水压力可忽略不计。

2.2.3 风荷载

栈桥桥面标高与河沟两岸地面线齐平，桥面与水位线高差较小，故风荷载可忽略不计。

2.2.4 制动力

混凝土罐车满载时320kN，制动力为10％的竖向荷载，其值为32kN，由4根钢管共同分担，平均每根承受8kN的纵向水平力。

2.3 荷载工况

计算时取8m3混凝土罐车满载时行走的工况：

自重×1.1＋满载罐车×1.4+制动力×1.4。

3 栈桥结构计算分析

3.1 计算模型

利用Midas Civil2013建立栈桥模型，详见图3.1-1。钢管桩桩底为固结约束。

图3.1-1 栈桥计算模型

3.2 计算分析

8m3混凝土罐车满载行走时，栈桥受力计算分析如下。

⑴应力计算

图3.2-1 正应力图（单位：MPa）

图3.2-2 剪应力图（单位：MPa）

图3.2-3 位移图（单位：mm）

3.3 计算结果汇总

通过计算分析，各构件应力、变形均较小，未超过钢材设计强度范围，计算结果汇总如下表所示。

表3.3-1 内力变形计算结果汇总表

Q345材质（贝雷）：

最大正应力σmax＝173.0MPa<[σw]=310MPa，满足要求。

最大剪应力τmax＝88.6MPa<[τw]=180 MPa，满足要求。

最大位移f max=0.8mm<9000/400=22.5mm，满足要求。

Q235材质（除贝雷外的其它构件）：

最大正应力σmax＝110.8MPa<[σw]=215 MPa，满足要求。

最大剪应力τmax＝45.1MPa<[τw]=125 MPa，满足要求。

最大位移f max=1.3mm<4650/400=23.3mm，满足要求。

4 基础计算

4.1 钢管桩入土深度

根据下图计算模型所示，单根钢管桩所受最大竖向力为245.1kN ，据此计算钢管桩入土深度。

图4.1-1 桩底反力图

根据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：管桩竖向容许承载力按下式计算。

)

(1

A q l q U Q R i fi R

d +=

∑γ

式中：

d Q ——单桩垂直极限承载力设计值（kN ）；

R γ——单桩垂直承载力分项系数，取1.45；

U ——桩身截面周长（m ）；

fi

q ——单桩第i 层土的极限侧摩阻力标准值（kPa ），按表4.1-1采用；

i l ——桩身穿过第i 层土的长度（m ）；

R q ——单桩极限桩端阻力标准值（kPa ）；

A ——桩身截面面积。

取XLDS1钻探孔位处地勘图，计算钢管桩入土深度及受力情况，该部位地层信息及土层摩阻力如表4.1-1：

表4.1-1 XLDS1土层摩阻力统计

设钢管桩入第三层深度为L ，计算得：

）358.820（61.014.345

.11

1.245L +????=

计算得，L=0.27m ，钢管桩入土总深度H=8.8+0.27=9.07m ，取入土深度9.94m （考虑河床标高）。

4.2 钢管桩稳定性

稳定性应按下式进行验算：

f

N N

W M A

N

Ex

x x x

mx x ≤-+)

8.01('γβ?

式中：

x ?——对x-x 的轴心受压构件稳定系数；

x M ——所计算构件段范围内对轴的最大弯矩；

'

Ex N ——参数，

)1.1/(22'x Ex EA N λπ=； x W ——对轴的毛截面模量；

mx β——等效弯矩系数；

钢管桩桩顶标高为+1.06m ，河床标高为-1.0m ，则钢管桩的实际长度12m 。则，

2.113212

.012

20=?==

x x x i l λ 623

222'1072.2）2.1131.1（/

188491020614.3)1.1/(?=????==x Ex EA N λπ 查询《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中附录C 中表C-2，利用内插法计算，钢管桩475.0=x ?。则，

MPa

MPa N N W M A

N Ex

x x x

mx x 21576.3638.938.27)2720

1

.2458.01(224758515.1105.220.118849

475.0101.245)8

.01(6

3'≤=+=?

-???+??=-+

=γβ?σ 5 结论

从以上的计算结果看，栈桥结构在强度、刚度、稳定性等方面均满足规范的要求，并留有一定的富余。栈桥结构能保证施工期间的同行需求，能保证人员、车辆的安全。