隧道仰拱栈桥设计与检算

****栈桥检算

一、工程概述

***道全长418m，隧道进口DK***+287～DK***+456.02位于半径R=7000m的右偏曲线上，DK***+456.02～DK***+705位于直线上。设计隧道设置纵坡为3.6‰的单面下坡。本隧道为客运专线双线隧道，旅客列车设计行车速度350km/h，隧道内轨顶面以上有效净空面积为100m2。

为保证仰拱施工连续进行并且隧道开挖出渣和洞内材料运输不受仰拱开挖的影响，故在仰拱开挖槽上搭设仰拱栈桥。隔跨跳跃施工，待已浇筑的仰拱混凝土强度满足通车强度要求后，即强度达到设计强度的100%，方可移走栈桥，到下一隧底开挖槽上，依次循环使用。

二、仰拱栈桥的选型

按照我公司以往施工经验和现场施工实际情况，并按照尽早开挖尽快封闭成环的原则，一般仰拱施工段落为12米。根据现场工字钢的供应情况，并保证栈桥结构的强度刚度满足整个隧道施工循环内相关车辆通行的要求。拟选择采用2根22a工字钢上下翼缘焊接为一组，栈桥每边采用四组并排，顶部用Φ14螺纹钢筋连成整体，纵向间距5cm，以提高栈桥结构的平面内、外强度和刚度。纵向两端做成1m长坡道方便车辆通行，两幅栈桥横向间距根据车轮轮距布置，保证车轮压在栈桥中部。钢材长度为18米。净跨度按14m进行计算，

三、仰拱栈桥结构计算

栈桥结构纵梁采用Ⅰ22型工字钢上下各四根并排布置，上层工字钢在中点处起拱22cm，两层工字钢间采用Ⅰ22型工字钢进行满焊连接，横向顶部用Φ14螺纹钢筋连接，间距5cm，保证在车轮荷载作用下纵梁能够共同受力，并且能够提高栈桥桥面的横向刚度。

设计荷载按出渣车46t重车，前后轮轮距为4m，前轴分配总荷载的1/3，后轴为2/3，左右侧轮各承担1/2轴重，工字钢为整体共同承担重车荷载，工字钢自重、按

1.15系数设计，动载及安全系数设计为1.1。

（一）总体信息

1、不自动计算梁自重

2、材性：Q235

弹性模量 E = 206000 MPa

剪变模量 G = 79000 MPa

质量密度ρ = 7850 kg/m3

线膨胀系数α = 12x10-6 / °c

泊松比ν = 0.30

屈服强度 f

= 235 MPa

y

抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa

抗剪强度设计值 f

= 125 MPa

v

3、截面参数：双层工字钢2

截面上下不对称

截面面积 A = 8305 mm2

自重 W = 0.639 kN/m

面积矩 S = 913530 mm3

抗弯惯性矩 I = 469020000 mm4

抗弯模量 W = 1421300(上边缘) / 1421300(下边缘) mm3塑性发展系数γ = 1.05(上边缘) / 1.05(下边缘) （二）荷载信息

1、活荷载

(1)、均布荷载，0.65kN/m，荷载分布：满布

(2)、集中力，19.20kN，荷载位置：距左端9.00m

(3)、集中力，38.40kN，荷载位置：距左端5.00m

（三）组合信息

1、内力组合、工况

(1)、活载工况

2、挠度组合、工况

(1)、活载工况

（四）内力、挠度计算

1、弯矩图（kN.m）

(1)、活载工况

2、剪力图（kN）

(1)、活载工况

3、挠度

(1)、活载工况

4、支座反力（kN）

(1)、活载工况

图中数值自上而下分别表示：最大剪应力与设计强度比值

最大正应力与设计强度比值

最大稳定应力与设计比值

若有局稳字样，表示局部稳定不满足

(1)、内力范围、最大挠度

(a)、内力范围：弯矩设计值 -172.34～0.00 kN.m

剪力设计值 -30.61～36.09 kN

(b)、最大挠度：最大挠度33.67mm，最大挠跨比1/416

（挠度允许值见《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)附录A.1）

(2)、强度应力

最大剪应力τ = V

max * S / I / t

w

= 36.09 * 913530 / 469020000 / 6.0 * 1000

= 11.7 MPa ≤ f

v

= 125 MPa 满足!

上边缘最大正应力σ

上 = M

max

/ γ

上

/ W

上

= 172.34 / 1.05 / 1421300 * 1e6 = 115.5 MPa ≤ f = 215 MPa 满足!

下边缘最大正应力σ

下 = M

max

/ γ

下

/ W

下

= 172.34 / 1.05 / 1421300 * 1e6 = 115.5 MPa ≤ f = 215 MPa 满足!

(3)、稳定应力

整体稳定系数φ

b

= 0.80

最大压应力σ = M

max / φ

b

/ W

= 172.34 / 0.80 / 1421300 * 1e6 = 151.6 MPa ≤ f = 215 MPa 满足!

(4)、验算结论：满足!