某新建栈桥计算书
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新建连云港至镇江铁路五峰山长江特大桥工程 LZDQSG-1 标 南北大河新建栈桥计算书
编制： 审核： 批准：
中交第二航务工程局有限公司 连镇铁路项目经理部 2016 年 1 月
目录
1 设计依据 ........................................................................................................................ 1 2 设计荷载 ........................................................................................................................ 1 3 结构布置 ........................................................................................................................ 1 4 桩的嵌固点计算 ............................................................................................................ 3 5 栈桥整体结构计算 ........................................................................................................ 4 5.1 应力计算结果 ..................................................................................................... 4 5.2 位移计算结果 ..................................................................................................... 6 6 桩长计算 ........................................................................................................................ 7 7 钢管桩稳定性验算 ........................................................................................................ 7
3 结构布置
南北大河栈桥总长 25m，跨度布置为 8m+9m+8m，桥面宽 9m。桥面及桥台顶标高 取两岸路面标高。横桥向桩基采用 φ 630 × 8 钢管，长度 20m，单排三根桩，共两排，横向
1
桩间距 3.5m+3.5m，桩横向之间平联采用 φ 426 钢管。下横梁采用 2HM588×300 型钢； 主纵梁采用 HM588×300 型钢，横向间距为 2×1.1m+3×1.2m+2×1.1m；横向分配梁选 用型钢 Ι14 ，一般间距为 300mm；不设置纵向分配梁；面板为 8mm 花纹钢板；护栏采用 φ40×3mm 钢管。 具体结构布置图如下：
桩长满足要求。
7 钢管桩稳定性验算
根据计算结果，钢管桩最不利荷载：轴力 N=740.6kN，弯矩 M = 121.6kNm 。钢管 桩截面 φ 630 × 8mm ，计算长度 20m： 惯性半径： = ix
I = 0.155m A
长细比： = l l0 = / ix 129 按 b 类截面进行计算，查表得 ϕ = 0.848 根据《钢结构设计规范》 ，双向压弯圆管的整体稳定性按下式计算：
L = 22.5mm ， 400
图 5.6 50t 平板车作用下竖向位移图（mm） 80t 履带吊过桥时，最大竖向位移见图 5.7，最大位移 9.03mm < 度满足要求。
L = 22.5mm ，刚 400
图 5.7 80t 履带吊作用下竖向位移图（mm）
6
6 桩长计算
新建栈桥位置主要分布土层特性如下： 桩侧土摩阻力标 准值 qfi(kpa) 18 25 40 桩端摩阻力标准 值 qR（kpa） —— —— 2500
图 3.1 栈桥横断面图
2
图 3.2 栈桥立面图
4 桩的嵌固点计算
根据《港口工程桩基规范》 ，钢管桩的相对刚度特征值：
T=
5
EI mb0
式中： E ——桩材料的弹性模量， = E 2.06 ×108 kN/m 2 ；
I ——桩的截面惯性矩；
m —— 桩 侧 地 基 土 的 水 平 抗 力 系 数 随 深 度 增 长 的 比 例 系 数 ， 取
1 设计依据
（1）五峰山长江特大桥工程地质勘查报告； （2）五峰山长江特大桥设计委托书； （3） 《港口工程荷载规范》 （JTJ 144-1-2010） ； （4） 《港口工程桩基规范》 （JTJ 167-4-2012） ； （5） 《钢结构设计规范》 （GB50017－2003） ； （6） 《水运工程混凝土结构设计规范》 （JTS151-2011） ； （7） 《公路桥涵设计通用规范》 （JTGD60-2004） ； （8） 《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011) ； （9） 《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90-2015)； （10） 《钢结构焊接规范》 （GB50661-2011） ； （11） 《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)。
代入ห้องสมุดไป่ตู้（7.1）得：
βM N + = 80.81Mpa = ≤ f 215Mpa ，钢管桩的 ϕ A γ W (1 − 0.8 N ) ' NE
稳定性满足要求。
8
图 5.2 50t 平板车作用上缘应力包络图（Mpa）
4
图 5.3 50t 平板车作用下缘应力包络图（Mpa） 80t 履带吊过桥时，上下缘应力包络图分别见图 5.4 和图 5.5。
图 5.4 80t 履带吊作用下上缘应力包络图（Mpa）
图 5.5 80t 履带吊作用下下缘应力包络图（Mpa）
5
应力结果符合规范规定的要求。 5.2 位移计算结果 50t 平板车过桥时，最大竖向位移图见图 5.6，最大位移 6.51mm < 刚度满足要求。
m = 3000kN/m 4 ；
b0 ——桩的换算宽度。
φ 800 × 8 钢管桩， I = 0.0007561m 4 ， b0 = 0.9 × (1.5 × 0.63 + 0.5) =1.3m 。计算得到，
T = 2.09m 。
= η= T 2.2 × 2.09=4.6m ，取 Z m = 5m 。 φ 800 × 8 钢管桩嵌固点深度： Z m
2 设计荷载
1、人群荷载：3kN/m2； 2、50t 平板车 总重 轴压力 轮距 轴距 轮胎着地面积 3、80t 履带吊 自重 800kN，最大吊重 200kN 履带着地面积 履带中心距 5.54m×0.85m 4.2m 660kN 2×136+2×194（kN） 0.8m+0.9m+0.8m 1.24m+5.5m+1.24m 0.5m×0.2m
3
5 栈桥整体结构计算
采用 midas/civil 有限元软件计算，除面板采用板单元外，其余构件采用梁单元，共 2378 个节点，756 个板单元，1475 个梁单元，模型图见图 5-1。
图 5.1 midas 计算模型 下横梁与钢管桩在桩顶固结；主梁与下横梁，横向分配梁与主梁以及面板与横向分 配梁之间采用只受压弹性连接模拟；桩底进行固结。 5.1 应力计算结果 50t 平板车过桥时，上下缘应力包络图分别见图 5.2 和图 5.3。
βM N + ≤ f ϕ A γ W (1 − 0.8 N ) ' NE
式中： N ——轴心压力；
（7.1）
ϕ ——轴心受压稳定性系数；
7
A ——截面面积；
β ——等效弯矩系数；
γ ——截面塑性发展系数，圆管取 1.15；
W ——截面模量， I /= y 2.4 ×10−3 ；
' ' 2 —— 参数， N Ex N Ex = π= EA / (1.1λx2 ) 3495kN
地层代号 ②2 ②3 ②4
土层名称 淤泥质粉质粘土 粉砂 粉砂
·80t 履带吊车过桥时，钢管桩最大轴向压力标准值为 740.6kN，按照《铁路桥涵地 基与基础设计规范》 ，计算打入桩的容许承载力：
= [ P]
1 ( µ ∑ αi fili + l ARα ) 2 1 π 2 = π × 0.63 × (18 × 3 + 25 ×10+40 × 4 ) + × 0.63 × 2500 2 4 = 848.8kN>740.6kN
编制： 审核： 批准：
中交第二航务工程局有限公司 连镇铁路项目经理部 2016 年 1 月
目录
1 设计依据 ........................................................................................................................ 1 2 设计荷载 ........................................................................................................................ 1 3 结构布置 ........................................................................................................................ 1 4 桩的嵌固点计算 ............................................................................................................ 3 5 栈桥整体结构计算 ........................................................................................................ 4 5.1 应力计算结果 ..................................................................................................... 4 5.2 位移计算结果 ..................................................................................................... 6 6 桩长计算 ........................................................................................................................ 7 7 钢管桩稳定性验算 ........................................................................................................ 7
3 结构布置
南北大河栈桥总长 25m，跨度布置为 8m+9m+8m，桥面宽 9m。桥面及桥台顶标高 取两岸路面标高。横桥向桩基采用 φ 630 × 8 钢管，长度 20m，单排三根桩，共两排，横向
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桩间距 3.5m+3.5m，桩横向之间平联采用 φ 426 钢管。下横梁采用 2HM588×300 型钢； 主纵梁采用 HM588×300 型钢，横向间距为 2×1.1m+3×1.2m+2×1.1m；横向分配梁选 用型钢 Ι14 ，一般间距为 300mm；不设置纵向分配梁；面板为 8mm 花纹钢板；护栏采用 φ40×3mm 钢管。 具体结构布置图如下：
桩长满足要求。
7 钢管桩稳定性验算
根据计算结果，钢管桩最不利荷载：轴力 N=740.6kN，弯矩 M = 121.6kNm 。钢管 桩截面 φ 630 × 8mm ，计算长度 20m： 惯性半径： = ix
I = 0.155m A
长细比： = l l0 = / ix 129 按 b 类截面进行计算，查表得 ϕ = 0.848 根据《钢结构设计规范》 ，双向压弯圆管的整体稳定性按下式计算：
L = 22.5mm ， 400
图 5.6 50t 平板车作用下竖向位移图（mm） 80t 履带吊过桥时，最大竖向位移见图 5.7，最大位移 9.03mm < 度满足要求。
L = 22.5mm ，刚 400
图 5.7 80t 履带吊作用下竖向位移图（mm）
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6 桩长计算
新建栈桥位置主要分布土层特性如下： 桩侧土摩阻力标 准值 qfi(kpa) 18 25 40 桩端摩阻力标准 值 qR（kpa） —— —— 2500
图 3.1 栈桥横断面图
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图 3.2 栈桥立面图
4 桩的嵌固点计算
根据《港口工程桩基规范》 ，钢管桩的相对刚度特征值：
T=
5
EI mb0
式中： E ——桩材料的弹性模量， = E 2.06 ×108 kN/m 2 ；
I ——桩的截面惯性矩；
m —— 桩 侧 地 基 土 的 水 平 抗 力 系 数 随 深 度 增 长 的 比 例 系 数 ， 取
1 设计依据
（1）五峰山长江特大桥工程地质勘查报告； （2）五峰山长江特大桥设计委托书； （3） 《港口工程荷载规范》 （JTJ 144-1-2010） ； （4） 《港口工程桩基规范》 （JTJ 167-4-2012） ； （5） 《钢结构设计规范》 （GB50017－2003） ； （6） 《水运工程混凝土结构设计规范》 （JTS151-2011） ； （7） 《公路桥涵设计通用规范》 （JTGD60-2004） ； （8） 《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011) ； （9） 《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90-2015)； （10） 《钢结构焊接规范》 （GB50661-2011） ； （11） 《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)。
代入ห้องสมุดไป่ตู้（7.1）得：
βM N + = 80.81Mpa = ≤ f 215Mpa ，钢管桩的 ϕ A γ W (1 − 0.8 N ) ' NE
稳定性满足要求。
8
图 5.2 50t 平板车作用上缘应力包络图（Mpa）
4
图 5.3 50t 平板车作用下缘应力包络图（Mpa） 80t 履带吊过桥时，上下缘应力包络图分别见图 5.4 和图 5.5。
图 5.4 80t 履带吊作用下上缘应力包络图（Mpa）
图 5.5 80t 履带吊作用下下缘应力包络图（Mpa）
5
应力结果符合规范规定的要求。 5.2 位移计算结果 50t 平板车过桥时，最大竖向位移图见图 5.6，最大位移 6.51mm < 刚度满足要求。
m = 3000kN/m 4 ；
b0 ——桩的换算宽度。
φ 800 × 8 钢管桩， I = 0.0007561m 4 ， b0 = 0.9 × (1.5 × 0.63 + 0.5) =1.3m 。计算得到，
T = 2.09m 。
= η= T 2.2 × 2.09=4.6m ，取 Z m = 5m 。 φ 800 × 8 钢管桩嵌固点深度： Z m
2 设计荷载
1、人群荷载：3kN/m2； 2、50t 平板车 总重 轴压力 轮距 轴距 轮胎着地面积 3、80t 履带吊 自重 800kN，最大吊重 200kN 履带着地面积 履带中心距 5.54m×0.85m 4.2m 660kN 2×136+2×194（kN） 0.8m+0.9m+0.8m 1.24m+5.5m+1.24m 0.5m×0.2m
3
5 栈桥整体结构计算
采用 midas/civil 有限元软件计算，除面板采用板单元外，其余构件采用梁单元，共 2378 个节点，756 个板单元，1475 个梁单元，模型图见图 5-1。
图 5.1 midas 计算模型 下横梁与钢管桩在桩顶固结；主梁与下横梁，横向分配梁与主梁以及面板与横向分 配梁之间采用只受压弹性连接模拟；桩底进行固结。 5.1 应力计算结果 50t 平板车过桥时，上下缘应力包络图分别见图 5.2 和图 5.3。
βM N + ≤ f ϕ A γ W (1 − 0.8 N ) ' NE
式中： N ——轴心压力；
（7.1）
ϕ ——轴心受压稳定性系数；
7
A ——截面面积；
β ——等效弯矩系数；
γ ——截面塑性发展系数，圆管取 1.15；
W ——截面模量， I /= y 2.4 ×10−3 ；
' ' 2 —— 参数， N Ex N Ex = π= EA / (1.1λx2 ) 3495kN
地层代号 ②2 ②3 ②4
土层名称 淤泥质粉质粘土 粉砂 粉砂
·80t 履带吊车过桥时，钢管桩最大轴向压力标准值为 740.6kN，按照《铁路桥涵地 基与基础设计规范》 ，计算打入桩的容许承载力：
= [ P]
1 ( µ ∑ αi fili + l ARα ) 2 1 π 2 = π × 0.63 × (18 × 3 + 25 ×10+40 × 4 ) + × 0.63 × 2500 2 4 = 848.8kN>740.6kN