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φ610mm，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
部位正应力（MPa）剪应力（MPa）变形（mm）工22b纵梁76.7 39.3 1.3
HN350横梁110.8 45.1 1.3 贝雷梁173.0 88.6 0.8 2HN450×200桩顶横梁14.4 30.9 0.1 φ610钢管桩25.9 1.5 0 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('γβϕ
式中：
x ϕ——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 ϕ。

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'≤=+=⨯
-⨯⨯⨯+⨯⨯=-+
=γβϕσ 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。