桥梁受力计算

2.10.4 水中箱梁钢管桩贝雷支架验算钢管桩贝雷支架以新环岛路互通主线道路桥第2联第2跨为例： （1）荷载及荷载组合情况 ①竖向荷载a.模板、拱架、支架、脚手架等自重，分项系数：2.1=i γ；b.新浇混凝土、钢筋混凝土或新砌体等自重，分项系数：2.1=i γ；c.施工人员及施工机具运输或堆放的荷载；，分项系数：4.1=i γd.振捣混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：4.1=i γ；e.倾倒混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：4.1=i γ；f.其它可能产生的竖向荷载； ②水平荷载a.新浇混凝土时对侧面模板产生的压力, 分项系数：2.1=i γ；b.倾倒混凝土时产生的水平荷载，分项系数：4.1=i γ；c.振捣混凝土时产生的水平荷载，分项系数：4.1=i γ；③其它荷载 a.风荷载；b.流水压力、流水压力或船只、漂浮物撞击力；由于在对支架进行计算时，水平荷载⑵可不考虑，因此力的组合考虑为⑶⑴+，只有在对高墩或高截面模板进行计算时，荷载⑵才考虑作为控制力计算。

（2）钢管支架受力分析模板自重： 2/0.1m KN ；施工人员、施工料具运输、堆放荷载： 2/0.1m KN ； 振捣砼产生的荷载：2/0.2m KN ；倾倒砼产生的冲击荷载： 2/0.2m KN 。

取新环岛路互通主线道路桥第2联第2跨箱梁断面为例，箱梁的截面积 As ＝8.93㎡。

箱梁混凝土自重： 单幅每跨混凝土重量为：m KN g /18.2322693.8=⨯= ,桥面宽度为12.65m ，则箱梁混凝土自重产生的荷载为2/35.1865.1218.232m KN g ==，则荷载组合后为：2/22.30)0.20.20.1(4.1)35.180.1(2.1m KN g =++⨯++⨯=，其主桥箱梁断面结构形式及受力分析模式参见图2.10-8。

图2.10-8 箱梁断面结构形式及受力分析模式①承重结构物受力分析 a.分配梁[10型钢受力计算分析分配梁按纵桥向布置，间距暂定为35cm 。

按多跨连续梁受力考虑，其支点位置为承重梁的位置，计算间距为1.50m ，计算底板及腹板位置处的分配梁受力，参见图6-2：模板荷载：m KN m KN g /35.0/0.135.021=⨯=； 施工人员、施工料具运输、堆放荷载： m KN m KN g /35.0/0.135.022=⨯=；振捣砼产生的荷载：mKN m KN g /7.0/0.235.023=⨯=；倾倒砼产生的冲击荷载：m KN m KN g /7.0/0.235.024=⨯=； 箱梁混凝土自重：mKN m KN g /42.6/35.1835.025=⨯=。

则荷载组合后为：m KN g g g g g g /57.10)7.07.035.0(4.1)42.635.0(2.1)(4.1)(2.143251=++⨯++⨯=++⨯++⨯=利用有限元计算软件，对该多跨连续梁模型进行计算可以得到最大弯矩及支点位置的最大反力。

图2.10-9 分配梁[10型钢受力分析模式MpaMpa W M m KN M 1707.63104.391051.2.51.236max max<=⨯⨯===σ，，最大支反力为KN N 15.16=。

b.承重梁（工16型钢）受力计算分析承重梁的受力为计算模型中工16钢的支点反力，其受力模型也可以简化为多跨连续梁，计算间距为贝雷梁的间距，其受力模型参见图。

图2.10-10 承重梁工16钢受力分析模式Mpa Mpa W M KNm M KN Q 17029.79101411018.1118.1195.3736max maxmax <=⨯⨯====σ，，Mpa Mpa d I S Q m cm S I mm b I S 100][35.456101127108.801095.37109.139.138.801127,88cm 1127cm 8.80433max max2243=<=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯======-στ，，，最大支反力为KN N 42.62=。

c.贝雷梁受力计算分析贝雷梁承受的力为上部全部荷载，为方便计算，取承重梁支点位置处的支反力，作为贝雷梁的计算荷载，现取边跨部位计算，其计算简图参见图6-4。

利用SAP2000有限元软件计算得到：KN Q Mpa M 34.14478.254max max ==，,KNN 88.271max =查阅《装配式公路钢桥多用途使用手册》，“321”贝雷桁架容许应力表： 双排单层：容许弯矩：m KN M .4.1576max =容许剪力：KNQ 5.490max =本支架采用三组双排单层贝雷桁架，则：m KN KNm M M .78.2542.78824.15762max 'max >===KN KN Q Q 34.14425.24525.4902max 'max >===，从贝雷桁架纵梁结构受力上看这种跨径满足要求。

图2.10-11 贝雷梁受力分析模式d.桩顶横梁受力计算分析桩顶横梁中间部分受力为贝雷梁的支点反力，取半幅箱梁桥作为一个计算单元，箱梁翼缘板处受力单独计算取集中荷载，计算如下。

a).箱梁翼缘板处受力为均布荷载计算分配梁顺桥向间距考虑为100cm 一道，其受力荷载按均布荷载考虑，为方便计算取100cm 宽断面内的荷载作为计算荷载。

模板加支架型钢荷载：m KN m KN g /0.4/0.400.121=⨯=； 施工人员、施工料具运输、堆放荷载： m KN m KN g /00.1/0.100.122=⨯=；振捣砼产生的荷载：mKN m KN g /00.2/0.200.123=⨯=；倾倒砼产生的冲击荷载：m KN m KN g /00.2/0.200.124=⨯=； 箱梁混凝土自重：mKN m KN g /35.18/96.160.125=⨯=。

则荷载组合后为：m KN g g g g g g /82.33)0.20.20.1(4.1)35.180.4(2.1)(4.1)(2.143251=++⨯++⨯=++⨯++⨯= Ⅰ.计算分配梁：利用SAP2000有限元软件模拟分析，其在均布荷载作用下的计算简图参见图6-5。

图2.10-12 翼缘板处箱梁分配梁受力分析模式计算得到：KNQ m KN M 03.35.93.2max max ==，最大剪力最大弯矩36max 235.171701093.2][cm M W =⨯=≥σ，综合考虑取工12.6钢做分配梁，考虑材料的自重影响计算后得到：Mpa Mpa W M 1709.37104.771093.236max <=⨯⨯==σ,最大支点反力为KN N 03.35=Ⅱ.计算承重梁承重梁的受力为计算模型中工12.6钢的支点反力，其受力模型也可以简化为多跨连续梁，计算间距为支撑钢管桩之间的间距，其受力模型参见图6-6。

图2.10-13 翼缘板处箱梁承重梁受力分析模式计算得到：KNN m KN M 84.218.71.204max ==，最大支点反力最大弯矩36max 2.12041701071.204][cm M W =⨯=≥σ，综合考虑取工50a 钢做分配梁，考虑材料的自重影响计算后得到：Mpa Mpa W M 1701.110109.18581071.20436max <=⨯⨯==σ,最大支点反力为KN N 84.218=。

b).桩顶荷载计算桩顶横梁中间部分受力为贝雷梁的支点反力KN N 88.2711=，取半幅箱梁桥 作为一个计算单元，箱梁翼缘板处受力单独计算取集中荷载KN N 84.2182=，计算如下。

图2.10-14 桩顶横梁受力分析模式计算得到：mKN M .34.787max =最大弯矩。

36max 41.46311701034.787][cm M W =⨯=≥σ，综合考虑取2H600钢做分配梁，考虑材料的自重影响计算后得到：Mpa Mpa W M 17083.15010261021034.78736max <=⨯⨯⨯==σ,最大支点反力为KN N 63.1521=。

②钢管桩计算钢管桩高度H<10m 的采用一道剪刀撑结构；钢管桩高度H>10m 的采用二道剪刀撑结构。

a.钢管桩入土深度计算 河床标高：-6.0m ；冲刷深度：按3m 考虑，冲刷后河床标高按-9.0m 考虑；单根桩所受最大轴向力KN P 63.1521=；因桩所受最大轴向力已求得，故可按CZK164钻孔位估算桩的入土深度：CZK164钻孔位的地质资料见表一。

表2.10-3 地质汇总表按CZK164钻孔孔位处资料考虑计算：根据计算，桩所受竖向力最大为1521.63KN ，钢管桩的桩径采用0.8m 。

假定打入残积砾质粘性土层，残积砾质粘性土层的顶标高为-18.52m 则：[]()⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯==∑l l U P i i i 650.11502.2806.04520.14520.1204.10.1128.40.18.05.063.15215.0πτα。

锤击沉桩其值均取压力的影响系数，层桩周摩阻力和桩底承分别为震动沉桩对各土、桩尖土的极限承载力；）；极限摩阻力（对应的各土层与桩壁的与）；以下各土层厚度（承台底面或局部冲刷线）；桩的周长（样提高）；力的荷载效应，也应同水浮中如含有收缩，徐变或（荷载组合作用时，可提高或荷载组合或荷载或荷载组合），当荷载组合力（单桩轴向受压容许承载0.1%25][------ααστi R i i i Kpa l m l m U I V IV III II KN P得m l 73.8=，桩底标高为：m 25.2773.852.18-=--，实际取值-25m 。

钢管桩入土深度为：m 0.220.250.3=+- ；桩在土层内的长度为L2=4.8+1.4+2+2+0.6+2.2+8.73=21.73m 。

b 、钢管桩强度计算φ800×δ10钢管，其能承受的最大力为KN KN A P m A m A 63.15214216101700248.0][0199.00248.0311max 2221>=⨯⨯====σ，，②风荷载计算分析： a.横桥向风压计算Z —距地面或水面的高度，取14.635m ；γ—空气重力密度，30001.0/012.0012017.0m KN eZ==-γ； dV —高度Z 处的设计基准风速，取sm V d /60=；g —重力加速度, 2/81.9s m g =；k —设计风速重现期换算系数,取.10=k (考虑厦门为台风多发期地区)；1k —风载阻力系数,取3.11=k ； 3k —地形、地理条件系数,取.13=k ；d W —设计基准风压，222/2.281.9260012.02m KN g V W d d =⨯⨯==γ； WhA —横向迎风面积，282.416175.3964.10m A Wh =⨯=；KNA W k k k F Wh d Wh 1.119282.4162.20.13.10.1310=⨯⨯⨯⨯==b.纵桥向风压计算纵桥向风压为横桥向风压的40%，所以，风在纵桥向作用于平台上的力为KNF Wh 84.476%401.1192'=⨯=。