栈桥计算书3A

附件：便桥计算书
1 概述
1.1 设计说明
根据钱江通道及接线工程南接线03A合同段桥梁施工需要，特分别修建跨七工段直河、后横河便桥长约96m、48m，行车道宽4.5m+人行道宽0.8m，便桥结构形式为5排单层贝雷桁架，桁架间距0.9m，标准跨径为12m；桥面系为厚度为8mm钢板与间距为24cm 的工12.6焊接而成的组合桥面板；横向分配梁为I22a，间距为1m；基础采用φ420×7mm 和φ377×7mm钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20号槽钢连接成整体；墩顶横梁采用2工28a。

便桥布置结构形式如下图1。

图1 栈桥一般构造图（单位：cm）
1.2 设计依据
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》（JTJ024-85）
3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
4）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）5）《海港水文规范》（JTJ213-98）1.3 技术标准
1）设计控制荷载：挂-120；50t履带吊+15t吊重（考虑1.3冲击系数），按85t吨计。

2）设计使用寿命：24个月；
3）设计行车速度10km/h。

2 荷载布置
2.1 上部结构恒重（4.5米宽计算）
（1）钢便桥面层：8mm厚钢板，单位面积重62.8kg/m2，则2.82kN/m。

（2）I12.6单位重14.21kg/m，则2.98kN/m，间距0.24m 。

（3）I22a单位重33.05 kg/m，则0.33kN/m，1.98KN/根，间距1.0m。

(4）纵向主梁：横向5排321型贝雷梁，5.5KN/m；
(5）桩顶分配主梁：2I28a，单位重86.8 kg/m ,则0.87kN/m。

2.2 车辆荷载
1）挂车-120荷载（轮着地宽度和长度为0.5m×0.2m）
图2 挂-120荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：kN；尺寸单位：m）
主要指标单位履带-50
车辆重力kN 500
履带数或车轴数个 2
各条履带压力或每个车轴重力kN 56 kN/m
履带着地长度或纵向轴距m 4.5
每个车轴的车轮组数目组-
履带或车轮横向中距m 2.5 履带宽度或每对车轮着地宽和长m 0.7
图3、50T履带吊主要技术指标
2）施工荷载及人群荷载：4kN/m2
3 上部结构内力计算
3.1 桥面系
由于本项目便桥桥面系采用框架结构，面板加强肋采用间距为24cm的I12.6焊接成整体，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算，仅对面板主加强肋进行验算，其荷载分析如下：
1）自重均布荷载：0.29kN/m，本计算中可忽略不计。

2）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用。

3）轮压：最大轴重为300kN，每轴4组车轮，则单组车轮荷载为75kN，车轮着地宽度和长度为0.5m×0.2m，单组车轮作用在2根I12.6上，则单根I12.6受到的荷载为：=1/2×75kN /0.2m=187.5kN/m。

q
1
面板主加强肋下的横向分配梁I22间距为1m，则单边车轮布置在跨中时弯距最大计算模型如下：
图4 受力模型
图5 计算结果(Qmax=18.9kN，Mmax=6.12kN.m)
履带荷载属均布荷载，85t分布作用在4.5m长的区域，对桥面工字钢的作用比轮式荷载小，不予计算。

选用I12.6,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：
Wx=49cm3,A=14.33cm2,Ix/Sx=8.68(Ix=245cm4，Sx=28.2cm3)，b=0.45cm。

σ=M/Wx=6.12kN·m /49cm3×103=125MPa<1.3[σ]=1.3×145＝188.5 MPa
τ=QS/Ib=18.9*10/14.33/0.45=29.3Mpa<1.3[τ]=1.3×85＝110.5 Mpa
ｆmax=9.7×10-6m<L/400=2.5×10-3m
（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：对于临时结构有[σ]＝145×1.3＝188.5Mpa）
考虑计算中忽略了面板的分配作用，综合考虑该结构设计满足强度要求。

3.2 I22a横向分配梁内力计算
车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。

荷载分析：
1）自重荷载：0.3kN/m×18+0.142kN/m＝5.5kN/m
2）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用
3）挂车轮压：根据第3.1节对面板加强肋的计算知，该计算模型中节点反力即为挂车作用于横向分配梁上的轮压荷载，其节点反力结果如下图：
图6 面板加强肋节点反力结果
考虑结构物自重，建立计算模型：
图7 计算模型
图8 计算结果(Qmax＝27.72kN，Mmax=8.75kN.m)
85t履带轮压：履带吊接地长度为4.5m，I22a布置间距为1m，则履带吊同时作用在5根I22a上，单根I22a的履带轮压为850÷5＝170 kN小于运梁车单轴300 kN同时作用在单根I22a上，不予计算。

选用I22,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：
则 A= 42.1cm2 , W=310cm3，I/S=18.9cm(I=3400 cm4，S=174.9 cm3)，b=0.75cm σ=M/W=8.75kN·m /310cm3×103=28.2MPa>1.3[σ]=1.3×145＝188.5 MPa
τ=QS/Ib=27.7
2*10//18.9/0.75=20MPa>1.3[τ]=1.3×85＝110.5 MPa。

根据上述计算结果知,采用I22结构做分配梁，其强度将满足施工要求。

3.3 贝雷梁内力计算
3.3.1挂车荷载分析：
=0.3kN/m+1.98 kN /m＋5.5kN/m=7.78kN/m；
1）自重均布荷载：q
1
2）施工及人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；
3）本项目栈桥最大设计跨径为12m，选择12米跨径进行分析，考虑挂车在栈桥上的行驶路径，单跨贝雷梁受力最不利的情况为挂车一端行驶到跨中和跨端位置，据此，利用SAP2000建立受力模型如下：
工况一、
图9受力模型
图10 弯矩图(Mmax=1953.44kN.m)
图11 剪力图(Qmax=627.88kN)
图12 节点反力图(Nmax=926.88kN)
3.3.2 履带吊施工阶段荷载
单跨贝雷梁受力最不利的情况为50T履带吊车行驶到跨中位置和跨端作业，50T履带吊车作业荷载85t×10/4.5m=188.9 kN/m。

据此，利用清华大学结构求解器建立受力模型如下：
工况二
图17、受力模型
图18 弯矩图(Mmax=2212.04kN.m)
图19 剪力图(Qmax=471.71kN)
图20、节点反力图(Nmax=471.705kN)
工况三
图21、受力模型
图22 弯矩图(Mmax=1368.39kN.m)
图23 剪力图(Qmax=737.35kN)
图24、节点反力图(Nmax=737.346kN)
经过上述分析知，贝雷梁最大弯矩M
max2=2212.04kN.m，最大剪力Q
max2
=737.35kN。

纵向主梁选用5排单层贝雷架，则贝雷梁
容许弯矩[M]=788.2×5=3941kN.m，
容许剪力[Q]=245.2×5＝1226kN。

Mmax=2122.04kN.m<[M]= 3941kN.m
Qmax=737.35kN<[Q] ＝1226kN，满足强度要求。

3.4 承重梁内力分析
承重梁一作为便桥结构的主要承重结构，是便桥结构稳定安全的生命线，采用的型材为2I28a。

根据第3.3节对贝雷梁的计算分析，得到最大节点反力为737.346kN，主纵梁为5单层贝雷，则单排贝雷对承重梁一的作用力为737.346/5≈147.47 kN。

下面对最不利情况下，承重梁一的内力情况进行建模分析。

图25 计算模型
图26 弯矩图(Qmax＝66.47kN)，
图27 剪力图（Mmax=216.54kN.m)
根据上述建立有限元模型进行分析可知，取最大荷载Mmax=66.47KN·m，Qmax=216.54kN进行桩顶承重梁的截面设计。

Wx= Mmax/[σ]= 94.28N·m /145 Mpa=458cm3
A= Qmax/[τ]=216.54kN/85 Mpa=25.4cm2
选用2I28a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：
W=2×508cm3=1016cm3,
A=2×55.4=110.8cm2,
I/S=24.6(I=7110cm4，S=292.7cm3)，
b=0.85×2＝1.7cm，下面对其强度进行验算：
σ=M/W=66.47kN·m /1016cm3×103=65.4MPa<1.3[σ]
τ=QS/Ib=216.54*10/24.6/1.7=51.8MPa <1.3[τ]
满足强度要求。

4 钢管桩承载力
本便桥结构基础采用单排3根钢管桩桩基础，桩顶最大承载力为挂车行驶到桩顶时，最大荷载为约349.1kN。

考虑本项目的地质条件及设计提供的相关地质资料。

施工中，理论设计值作为钢管桩施工的参考，施工选用振动锤进行施打钢管桩，实际入土深度结合现场实际地质情况确定。

4.1 钢管桩理论入土深度计算：
根据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：
)(γ1
∑A q l q U Q R i fi R
d +=
式中：
Q d —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 ），本处为377mm*6mm 钢管桩取1.184m ，420mm*7mm 钢管桩取1.319；
fi q —单桩第i 层土的极限侧摩阻力标准值（kPa ）；
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； 地质情况统计如下：
岩土编号 土层名称 地基土容许承载力（kPa ）
桩周土极限摩力
（kPa ） 顶面 （m ） 底面高程 （m ） 层厚（m ） 1 粉土 30～55（取40）
1.31
-3.39 4.7 2 粉砂 35～55（取45） -3.39 -13.69 10.3 3 淤泥质粉质黏土
15～25（取20） -13.69
-16.59 2.9
根据上述验算可知单桩最大承受荷载约349.1kN 。

现假设桩底打入粉砂L X m,带入上述计算公式中（因端部摩阻力很小，计算时不予考虑），则有：
（单排3根桩）349.1kN ＝1/1.45×1.319×（40×4.7+45×L X ）求解得：L X ＝4.4m 。

由计算可知，钢管桩打入粉砂层4.4米。

桩底标高为-7.79m ，桩顶标高为+7.171m,则单根桩总长为15m 。

（单排4根桩）261.8kN ＝1/1.45×1.184×（40×4.7+45×L X1）求解得：L X1＝3m 。

（单根桩长度计算长度为13.6m ） 4.2 钢管桩稳定性计算
水深3m ，按1m 冲刷深度考虑，则可假定钢管桩悬臂固结点在-8.8m 处，桩顶标高取+7.201m ，钢管悬臂长度为16m ，根据压杆原理，403820
.4016
D <===
L μ，满足稳
定要求。

4.3 钢管桩强度分析：
根据上述计算结果，现对钢管桩基础进行建模分析：（此处按单排3根420mm*7mm 钢管计算）
图28、计算模型
图29、轴向力结果（418.74kN）图30、变形图（fmax=0.0032m）
. ;.
图31剪力图（Qmax=210.35kN ） 图32弯矩图（Mmax=94.7kN.m ）
Φ420×7mm 钢管桩Wx=1844.775cm 3，A=90.823cm 2。

回转半径Rx=14.603cm ，
长细比λ=L/rx=1600/14.603=110
查《钢结构设计规范》附表17得稳定系数ψ=0.493 根据上述计算，钢管桩在压弯共同作用下，最大应力为： MPa A N W M X 2.150823
.9074.418493.0873.14777.94σmax <1.3σ，满足要求； 钢管桩挠度400/16104.13-max L L f ，满足要求。

5 计算结论
经分析计算，栈桥各主要受力构件强度和刚度均满足受力要求。