栈桥、钢平台设计方案(修改后)

龙海市龙江大桥工程钢栈桥及钻孔平台设计方案和安全保证措施中国水利水电建设集团路桥工程有限公司2013年05月龙海市龙江大桥钢栈桥设计一、基本资料设计中采用流量Q1%=9010m3/s，流速V1%=2.33m/s，潮水位标高为4.77m，最大潮差5.00m，设计风压为800Pa（计算风速：35.8m/s，12级以上飓风）；根据《龙海市龙江大桥工程地质勘察报告》,栈桥范围内河床多为淤泥、中砂、卵石土所覆盖，下卧花岗岩，河床标高-7.63m～0m。

二、方案设计计算参考资料1、《龙海市龙江大桥工程两阶段施工图设计》2、《龙海市龙江大桥工程地质勘察报告》3、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-20044、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2001）5、《钢结构设计规范》GB50017-20036、公路施工手册《桥涵》上、下册人民交通出版社7、《路桥施工计算手册》人民交通出版社8、《钢结构（第二版）》中国建筑工业出版社9、《装配式公路钢桥多用途使用手册》（广州军区工程科研设计所）10、公路工程《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社三、栈桥结构拟定栈桥纵向等跨径9m，五孔一联，每联两端为制动墩，制动墩设2排钢管桩间距3米；桥面宽6m，栈桥桥面标高6.79m。

龙海市龙江大桥 中国水电建设集团路桥工程有限公司河床线(历史最高潮水位)⑥φ48mm@200cm⑤δ＝6mm防滑钢板④I18工字钢@25cm ③国产贝雷片①φ529mm 12mm②I36a工字钢ⅠⅠ 制动墩制动墩(常潮位)钢栈桥立面布置图道 路 中 心 线地面线⑥φ48mm@200cm⑤δ＝6mm防滑钢板④I18工字钢@25cm③国产贝雷片①φ529mm 12mm②2I36a工字钢钢栈桥横桥向布置图每墩台钢管桩采用3根φ426×12mm钢管桩，钢管桩入土深度由计算分析及地质条件决定；管桩横向采用［16槽钢作剪刀撑；刚性墩的纵向和横向采用［16槽钢作为剪刀撑，以增强其稳定性。

钢管桩横桥向支撑大样图钢管桩制动墩纵桥向支撑大样图钢管桩顶帽梁采用2I36a工字钢，帽梁钢管桩焊接形成整体框架体系；纵梁采用3组国产贝雷梁,双排单层布置；贝雷梁纵梁上采用I16工字钢上分配梁横桥向布设，间距30cm；桥面板采用δ＝6mm防滑钢板。

桥面安全护栏采用φ48mm钢管。

工字钢横梁加劲构造详图贝雷片横向连接及横向位移限位设施四、 设计方法1、采用容许应力法设计计算2、容许应力法安全储备系数的设定钢栈桥属临时结构；钢结构容许应力提高系数1.3～1.4见《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86））；本方案取容许应力法计算时的最小安全储备系数K=1.0～1.25(重要构件不小于1.2)。

3、重要设计参数(1)结构重要性系数0.10=γ(根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2001）；(2)取荷载冲击系数1.15、偏载系数1.2；(3)钢材容许应值取A 3钢材抗拉、抗压轴向力[]Mpa 175=σ；弯曲应力[]Mpa w 181=σ；剪力[]Mpa 106=τ；弹性模量：Mpa E 210000=五、 施工荷载1、荷载车辆荷载取8m 3混凝土搅拌运输车、25吨吊车、50吨履带吊及吊重20吨组成的车队组合,各车辆后轮为双桥双排轮。

8m 3混凝土搅拌运输车：整备质量13.205t ；载重质量37.205t(实测质量33.5～37t)25吨吊车整备质量28t ；履带吊整备质量50t,吊重20t (工作时)。

2、车队组合图1 车队组合(Kn ，m)六、 桥面系验算1、工字钢上分配梁验算I16a 上分配梁最大计算跨径为1.35m ；其截面参数如下：226.11A cm =，20.50/g kg m =，41127I cm =， 3140.9W cm =，380.8S cm =，0.6w t cm =。

1.1荷载分析活载车辆后轴触地宽度为600mm ，长度为200mm(图2)，8m 3混凝土搅拌运输车车轮位于I16a 工字钢上分配梁时，为不利荷载位置.则每根上横梁承受车辆单轮轴荷为:Kn N 1.522.115.122101.15=⨯⨯⨯⨯=轴 3030图2 车轮作用示意图恒载桥面板和横梁自重：m3.0(=.0+⨯=⨯006⨯3463q/KN..01020)5.7850砼1.2受力简图采用清华大学的SMSOLVER软件进行内力计算,弯矩、剪力及支点反力计算,结果如下：1.2.1 一部8m3混凝土搅拌运输车行驶时受力简图图3车辆分轴荷布图(Kn，m)支点①、②、⑦、⑧在车辆轴荷作用下有翘起的趋势,组合恒荷载受力简图如下:图4横梁荷载简图(Kn，m)图5弯矩图(Kn.m)图6剪力图(Kn)1.2.1 二部8m3混凝土搅拌运输车并排行驶时横梁受力简图图7车辆分轴荷布图(Kn，m) 组合恒荷载受力简图如下:图8荷载简图(Kn，m)图9弯矩图(Kn.m)图10剪力图(Kn) 1.3承载力验算根据分计结果, 一部8m 3混凝土搅拌运输车行驶, I16a 工字钢上横梁为最不利荷载工况。

根据图5,m KN M .9.21max =[]Mpa Mpa W M w 1814.155109.140109.2136=〈=⨯⨯==σσ 满足承载力要求 根据图6,KN Q 96.88max =[]Mpa Mpa Ib QS 1066.1056101127103.801096.88433=〈=⨯⨯⨯⨯⨯==ττ 满足承载力要求 挠度验算（偏安全的按简支梁集中荷载计算）：mm EI ql f 01.0101127101.234813503436.05348545442=⨯⨯⨯⨯⨯⨯== []mm f mm f f f 3.340013507.21.06.221==〈=+=+=总 满足承载力要求 1.4 结构优化设计为提高I16a 工字钢上分配梁安全储备系数，工字钢两端通过自制U 型螺栓与贝雷梁联结成整体，形成连续梁受力体系，达到应力调幅目的。

图11弯矩调幅结果(Kn.m)（提高25%安全储备系数）图12:剪力调幅结果(Kn)（提高9%安全储备系数）经过方案对比及考虑到材料本身差异，I16a 工字钢上分配梁两端固结工作量大，实际操作保证性较差，方案决定将I16a 工字钢上分配梁全部调整为I18工字钢上配梁。

2、桥面板承载力验算（δ＝6mm 防滑钢板）I16a 工字钢上分配间距30cm ，净距22cm ，桥面板跨径m l 22.0=；考虑到面板的连续性，在均布荷载（混凝土运输车单轮宽30cm 作用面20cm ）下可近似地按下式验算其承载:桥面板承受的弯矩 102ql m =桥面板承受的挠度 EIql f 1504=2.1 桥面板力学参数取200mm 单元宽度桥面板计算其截面特性:截面抵抗矩 62bh w ==0.16667×200×62=1200mm 3半截面静力矩 82bh s x ==0.125×200×62=900mm 3惯性矩123bh I x ==3600mm 42.2强度验算根据图1、图2：()m KN q /364.172.115.13.0/22/1.15=⨯⨯⨯=m Kn ql m .084.01022.0364.171022=⨯==[]Mpa Mpa W M 18170120010084.06=〈=⨯==σσ 满足承载力要求 2.3刚度验算mm EI ql f 36.03600101.215022017.364150544=⨯⨯⨯⨯== []mm f mm f 88.025022036.0==〈= 满足刚度要求 七、 贝雷桁架纵梁承载力验算 1、挠度计算理论贝雷桁架纵梁的贝雷桁片在较大荷载作用下, 贝雷桁片腹杆产生微量变形，使的贝雷桁架纵梁实际整体挠度较一般实腹梁理论计算结果要大；同时国产贝雷桁架连接孔与连接销间设计间隙约Δ=1mm ，贝雷桁架受载后两者间的相对位移会引起结构的非弹性挠度（既错孔挠度）；因此方案取贝雷桁架纵梁整体挠度组合如下：（1）贝雷桁架荷载引起的弹性挠度采用B.C.卡秋林计算公式：()df eq K h h l h tg tg EI l K f ⎪⎭⎫⎝⎛-⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅++=00214335.061.113845φφ 式中：f ——桁架荷载引起的弹性挠度（mm ）；l ——桁架的计算长度（m ）；m l 0.9= 0h ——桁架在支座处的计算高度（m ）；m h 5.10=h ——桁架的计算高度（m ）；m h 5.1= 1φ——跨中斜杆与垂直线的夹角（。

）； 451=φE ——桁架所用材料的弹性模量（Mpa ）；Mpa E 6101.2⨯= df K ——荷载的横向分布系数，9.0=df KI——桁架截面的惯性矩， 45660002283000cm I =⨯=eq K ——荷载的等挠度等代荷载，m Kn K eq /3.61=；（2）贝雷桁架错孔挠度计算公式： ()812-=Nf η错（N=3；交通部推荐公式估计间隙挠度，52.3=η;） 2、荷载 2.1恒载桥面系质量:()2/1.11000107850006.015.203m Km q =÷⨯⨯⨯+⨯=桥 贝雷桁片: 1 KN/m （包括连接器等附属物）贝雷桁架纵梁的恒载:m Kn q /668.1121.135.19.0=+÷⨯⨯=恒 2.1、活载 2.1.1荷载组合一履带吊布置在跨中，吊重20t ，取受力较大的一组承重梁计算，吊重时履带吊活载全部作用在单侧履带上，则单侧履带荷载为：m Kn q /7.121105.420106.52.115.1=⨯÷+⨯⨯⨯=（1）荷载模型图图13纵梁恒载图(Kn/m，m)图14纵梁活载图(Kn/m，m)（履带吊50）（2）受力分析图15弯矩图(Kn.m)图16剪力图(Kn)（3）挠度分析 a 、恒载产生的挠度表1b 、活载产生的挠度()mm EI f 2.1325.25.425.25.495.445.495.4925.2494245.425.27.1212222=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-+⨯-⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-⨯⨯⨯⨯=活荷载的等挠度等代荷载，B.C.卡秋林公式计算：mm f 4.22=活。

c 、贝雷桁架错孔挠度()mm f 52.381352.32=-⨯=错（4）荷载组合一内力m Kn M .56.928max =；Kn Q 33.281max =；mm f 72.16= 2.1.2荷载组合二履带吊在桥墩旁，吊重20t ，受力较大的一组纵梁荷载模型图：图17荷载简图(Kn/m ，m)图18剪力图(Kn)Kn Q 24.418max =;Kn R 24.418max =2.1.3荷载组合三一台混凝土搅拌车行走到跨中，弯矩最大，混凝土搅拌车单侧轴压Kn P 19.1042101.152.115.1=⨯⨯⨯=,受力模型：图19荷载简图(Kn/m 、Kn 、m)m Kn M .41.415max =;Kn Q 112max =;Kn R 112max =;mm f 7=一台混凝土搅拌车行走到梁端，剪力最大，受力模型：图20(Kn/m 、Kn 、m)m Kn M .64.128max =;Kn Q 200max =;Kn R 200max =;3、承载力验算（1）荷载的横向分布系数不考虑纵梁作用情况，I18工字钢上分配梁，跨径2.25m 时,单根分配梁集中承载力为30Kn, 履带长4.5m,共15根I18工字钢上分配梁可分配荷载为30×15=450Kn,则荷载横向分布系数为: 1.05.47.1214505.47.121=⨯-⨯=η荷载横向分布系数说明I18工字钢上分配梁足可以将履带吊荷载分配至另外两组纵梁共同承受荷载,方案偏安全的按2组纵梁承受荷载进行分析,既取5.0=η。