G206怀远县涡河五桥工程
水中钢栈桥检算书
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中铁四局集团第四工程有限公司
二〇一五年三月
目录
1. 工程概况 ....................................................................................................................................... 3
2. 栈桥结构概况 ............................................................................................................................... 3
3. 计算依据 ....................................................................................................................................... 3
4. 计算理论方法 ............................................................................................................................... 3
5. 计算参数取值 ............................................................................................................................... 4
5.1恒载（自重）.................................................................................................................... 4
5.2活载（汽车荷载效应）.................................................................................................... 4
5.3其他活载 ........................................................................................................................... 4
6. 主要材料设计指标........................................................................................................................ 4
7. 贝雷梁计算 .................................................................................................................................. 5
7.1结构受力分析及模型的建立............................................................................................ 5
7.2结构检算 ........................................................................................................................... 8
8. 桥面板计算 ................................................................................................................................. 11
8.1结构受力分析及模型的建立 . .......................................................................................... 11
8.2结构检算 ......................................................................................................................... 12
9. 分配梁计算 ................................................................................................................................. 12
9.1结构受力分析及模型的建立.......................................................................................... 12
9.2结构检算 ......................................................................................................................... 13
10. 栈桥支墩检算............................................................................................................................ 14
10.1结构受力分析及模型的建立 . ........................................................................................ 14
10.2结构检算 ....................................................................................................................... 16
10.2钢管支墩稳定性验算.................................................................................................... 16
11. 钢管桩入土深度检算 .............................................................................................................. 16
12. 施工注意事项 .......................................................................................................................... 17
栈桥检算书
1. 工程概况
G206怀远县涡河五桥及接线工程位于怀远县城北侧，连接乳泉大道跨越涡河，接怀远县规划中的环城路。全线采用一级公路兼城市道路标准，设计速度为60km/h，双向六车道，航道等级Ⅳ级。工程桩号为K0+490~K01+987.169，全长约1497米，其中桥长1030m ，共22跨，桥梁断面宽40米。主桥采用（65m+110m+65m）变截面预应力混凝土连续箱梁，共3跨；跨堤引桥采用（50m+80m+50m）变截面预应力混凝土连续箱梁，共6跨；堤外引桥采用预应力混凝土小箱梁，西引桥组合跨径（4×35）+（2×35+20）米，东引桥组合跨径（2×30+4×35）米，共13跨。 接线工程长467米，其中东岸接线工程长282.23米，西岸接线工程长184.77米。
2. 栈桥结构概况
栈桥主要承重结构为φ529×8mm 钢管立柱组成，立柱上部沿横桥向搭设2I36b 桩顶横梁，横梁上方顺桥向铺设单层6排贝雷梁，桥面宽度为6m 。桥面系由I16工字钢与10mm 厚的钢板组成。
3. 计算依据
⑴龙驭球、包世华. 结构力学教程.2001年月
⑵周水兴、何兆益、邹毅松. 路桥施工计算手册.2001年5月
⑶JTG/T F50-2011.公路桥涵施工技术规范
⑷JTJ 025-86.公路桥涵钢结构及木结构设计规范
⑸《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
⑹《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
⑺《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金，刘陌生著. 北京：人民交通出版社，2001.6）
⑻G206怀远县涡河五桥施工设计图纸
⑼G206怀远县涡河五桥工程地质勘察报告
4. 计算理论方法
本计算主要依据《装配式公路钢桥多用途使用手册》 （黄绍金，刘陌生著. 北京：人民交通出版社，2001.6）、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）、，通过 MIDAS/Civil 2011 结构分析软件计算完成
5. 计算参数取值
5.1恒载（自重）
本设计采用 Midas Civil 建模分析， 自重恒载由程序根据有限元模型设定的截面和尺寸自行计算施加，其中分项系数取1.2。加载时荷载取1.2×自重。
5.2活载（汽车荷载效应）
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004） ，汽车荷载按公路-Ⅰ级荷载计算，公路-Ⅰ荷载标准值如图5.2-1：
图5.2-1 公路一级荷载图
考虑到实际情况，桥面两侧预留 45 cm 为避让行人宽度，车道面宽度取值
5.1 m ，车轮距为 1.8 m 。汽车限速 5 km/h 通过，临时钢栈桥结构基频取值 1.3 Hz ， 根据 《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定，冲击系数为 u=1.3。故汽车荷载效应标准值（含汽车冲击力和离心力）为1.3×汽车荷载标准值。荷载分项系数取1.4，加载时，汽车荷载效应取值为1.4×1.3×汽车荷载标准值。
5.3其他活载
根据 《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定，一个设计车道上，由汽车荷载产生的制动力标准值为车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN 。故此处取值为165kN 。分项系数为1.4，活载组合系数为0.7，此时其值为
1.4*0.7*165=161.7kN，作用点在桥面上。
6. 主要材料设计指标
根据《钢结构设计规范》（GB 50017-2003
）和《装配式公路钢桥多用途使用
手册》（黄绍金，刘陌生著. 北京：人民交通出版社，2001.6），主要材料设计指标如下：
主要材料设计指标
7. 贝雷梁计算
7.1结构受力分析及模型的建立
按照公路-1级荷载进行计算。
其荷载分布图示见图7.1-1。
图7.1-1 汽车超—20级荷载分布图示
根据贝雷梁的具体布置，按单车道计算，计算时考虑6排贝雷梁均匀受力。平均每片贝雷梁受到的荷载大小分别为：
（1）前轮处荷载大小：
F1=1.4*1.3*30/6=9.1KN
（2）中间车轮处荷载大小：
F2=1.4*1.3*120/6=36.4KN
（3）后轮处荷载大小：
F3=1.4*1.3*140/6=42.7KN
（4）型钢、钢板自重：
Q=(1.2*24.1*6.3*3/6+1.2*78.5*6.3/6)/100=1.9KN/m
（5）汽车制动力荷载
F 制=161.7/3=53.9KN
结构采取MIDAS 建立力学模型，按照3跨连续梁进行分析计算。
工况一：后轮作用在中跨跨中时
具体模型如下：
结构计算模型
支反力（157.7KN ）
贝雷桁梁强度（217.9MPa ）
位移图（6.2mm ）
工况二：后轮作用在边支点处
计算模型如下
计算模型
支反力（210KN ）
贝雷桁梁强度（247.3MPa ）
位移（7.7mm ）
工况三：25t 吊机工作工况
振动打桩时采用一台25t 汽车吊停放在栈桥上方进行打桩。11#墩和12#墩70m 钢筋笼重14.9t ，汽车吊自重26.4t 。根据汽车吊的性能参数分析，汽车吊支腿横向和纵向跨距为6m 和4.8m 。汽车吊平均每个支腿受力大小为：
F=1.2*（14.9+26.4）/4*10=123.9KN
考虑汽车吊的大臂回转过程中，荷载发生偏载，主要由靠近轴线侧的两根支腿受力，荷载偏载系数按照1.4考虑，汽车吊下方支点0.9m*0.9m的垫块，该节点荷载平均分配到2片贝雷梁上方后，贝雷梁受到的荷载大小为：
F1=1.4*123.9/2=86.73KN
结构采用MIDAS 建模分析，具体计算如下：
计算模型
弯矩（182.7kN*m）
剪力（86.7kN ）
位移（2mm ）
工况四：罐车荷载分析
根据现场实际情况，本工程最大采用10m³罐车，车重16t ，满载时混凝土重量24t ，合计40t ，小于公路一级荷载（55t ），此时栈桥结构满足要求，在此不做检算。
7.2结构检算
工况一和工况二取最大值
（1）贝雷桁梁最大强度
M=247.3MPa
（2）刚度检算
f=7.7mm
工况三情况下：
根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》查得各类贝雷梁内力允许值见下表：
表6.1-1各类贝雷梁内力允许值
单层单排贝雷片容许内力为：弯矩788.2kN*m、剪力245.2kN ，满足要求。
8. 桥面板计算
8.1结构受力分析及模型的建立
按照公路-1级进行计算，栈桥桥面板受到车轮传递的均布荷载以及冲击荷载作用，冲击系数取1.4，结构按照简支板考虑。根据公路桥涵设计规范，单个车轮与桥面板的接触面积为0.3*0.2m。具体荷载计算如下： P=1.4*140/4/(0.2*0.3)=817kN/m2
将上述荷载平均分配到1cm 宽的板条上，板条受到的均布荷载大小为： Q=875*0.01=8.75kN/m
结构采取MIDAS 建立力学模型，对板的局部分析，将板单元模拟为两段固结约束的单向板进行分析。
结构计算模型
应力图（127MPa ）
位移图（0.1mm ）
8.2结构检算 （1）强度验算
σ=127MPa
满足要求！！ （2）刚度检算
f=0.1mm
9.1结构受力分析及模型的建立
按照公路-1级荷载进行计算，分配梁由I16工字钢组成，受到汽车车轮传递的均布荷载以及冲击荷载作用，冲击系数取1.3，分项系数取1.4，结构按照5跨连续梁考虑。根据公路桥涵设计规范，每组车轮与桥面板的接触面积是：0.6*0.2m。贝雷片作为支点，间距90cm ，为安全起见，以后轮为计算依据，
Q=1.4*1.3*140/2/0.6=212.33KN/m
结构计算模型
组合应力图（40.9MPa ）
位移图（0.3mm ）
9.2结构检算 （1）强度验算
σ=40.9MPa
满足要求！！
（2）刚度检算
f=0.3mm
10. 栈桥支墩及桩顶横梁检算 10.1结构受力分析及模型的建立
根据现场水文资料及当地施工调查报告，涡河河堤顶标高西侧25.6m ，东侧26.2m 。水位18.256m 。水位最深深7.2m 。经咨询怀远县河道局，常水位在18.5m 左右，5年一遇汛期水位20～21m ，历史最高水位在22.4m 左右。。栈桥及平台底标高定为21.5m ，栈桥顶标高23.2m ，满足最高水位以上0.5m 要求
钢管支墩由Φ529*10mm钢管组成，上部设置2I36b 工字钢做桩顶横梁，荷载传递的集中力由中间6片贝雷梁传递到桩顶横梁上方, 结构简化为单排支墩计算。由上面贝雷梁可得出最大支反力V=210KV,为安全起见，6根内雷片的支反力全部采用210KN 。
汛期来临时，流水动压力按照公路桥涵设计规范计算：
根据 《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定，作用在钢管桩上的流水压力标准值按下式计算：
Fw=KA
rV22g
Fw —流水压力标准值（kN ）； r —水的重力密度（kN/m³） V —设计流速（m/s）
A —阻水面积，计算至一般冲刷线处 g —重力加速度，g=9.8(m/s2) K —桥墩形状系数，取0.8
则Fw=KA2g荷载分项系数为1.4，此时其值为1.4*3.89=5.446KN/m. 模型如下
rV2
结构计算模型
支反力（509.8KN ）
位移（10mm ）
组合应力图（101MPa ）
10.2结构检算 （1）强度验算
σ=101MPa
f=10mm
钢管桩外露高度为 10 m ，横向采用 [20b 槽钢连接，纵向未连接，自由高度取 10 m 。计算时钢管桩按一端自由，一端固定考虑。
最大钢管桩反力为：F 中 =509.8kN 计算长度：l0 =2 h =2×10=20 (m) 截面面积：A=130.942m2 回转半径：i=21.9cm
长细比：λ=μl/i=2*20/0.219=182
临界应力σ=π2E/λ2=3.14*3.14*2*1011/(182*182)=59.5MPa
临界荷载Plj=σ*A=59.5*130.942*100=779.1KN＞509.8KN ，满足要求！！ 11. 钢管桩入土深度检算
根据钢管支墩支反力计算可知：中间支墩钢管桩受到支反力是509.8KN ，边支墩受到的支反力是436.2KN
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）可知：摩擦桩单桩轴向受压承载力设计值：
[P]=0.5(u ∑a i f i l i +λARa );
式中：[P]—桩的容许承载力（KN ）； U —桩身截面周长（m ），取值为1.9782m ；
l i —各土层厚度（m ）
，见上表；
A —桩底支撑面积（㎡），取值为194.779cm 2；
a i ，α—震动沉桩对各土层桩周的摩阻力和桩底承压力的影响系数，
对于打入桩其值取1；
λ—桩系数，打入桩取1；
f,R —分别为桩周土的极限摩阻力（KPa ）和桩底土的极限承载力（KPa ）
经计算得出下表：
12. 边跨现浇段受力分析
13#墩边跨现浇段采用鹰架法施工，其中13#墩处边跨现浇段梁高2.5m ，中隔板厚度0.5m ，混凝土容重26KN/m³，此时贝雷片最大受力小于公路一级荷载。故按栈桥结构布置，满足要求。 13. 施工注意事项
⑴桥面板与纵梁采用间断焊接连接，横梁两端与贝雷桁梁采用 U 型螺栓连接，中间端与贝雷桁梁不连接。
⑵贝雷桁梁与底分配梁采用角钢焊接限位固定措施，防止左右偏移扭转。 ⑶临时钢栈桥中支点处贝雷桁梁采用 [16 槽钢竖撑加强， 并确保槽钢上下端与贝雷桁梁上下弦杆密贴。
⑷分配梁安设在钢管桩槽口内，并且两侧及底部采用薄钢板与钢管焊接固定。 ⑸罐车、吊车、汽车泵、履带车等车重超过55t 的车辆，严禁双排行驶。行车速度控制在5km/h。
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