栈桥设计和检算

主梁的布置位置是空间，在多个荷载作用下，存横向与纵向的影响分 布系数，那么如何计算贝雷所受到的内力呢？
利用《桥梁工程》中的杠杆法原理进行计算；《装配式钢桥多用途适 用手册》4.3节中规定：荷载的横向分配系数，按一般常用的杠杆法 求得。

结构计算——计算过程


主梁计算(杠杆法)
例子：四组单层贝雷梁中心间距为160cm布置，跨度为12m。
工作状态
灾难状态
Ⅳ
结构自重
——
注：荷载组合时，一般情况下组合系数取1.0。
结构计算——计算方法


容许应力法 目前在钢栈桥结构的设计中主要用到还是容许应力法，采 用安全系数K来保证结构的安全性。容许应力的表达式：


材料的允许应力：由材料的屈强度或极限强度除以安全系 数而得。 主要缺点：由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因 之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全 水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应 情况对结构安全的影响。
结构计算——荷载组合
设计状态 工况 Ⅰ Ⅱ 非工作状态 Ⅲ 荷载组合 恒载 结构自重 结构自重 结构自重 基本可变荷载 混凝土灌车 履带吊 —— 其它可变荷载 对应工作状态标准风、水流、 波浪、潮流及冲刷作用 对应非工作状态标准风、水 流、波浪、潮流及冲刷作用 对应灾难状态标准风、水流、 波浪、潮流及冲刷作用

结构计算——荷载类型


履带-50级荷载
参考布置——《JTJ021-89》第2.3.5条，《装配式钢桥多用途适用手 册》中第4.2节规定；履带长4.5m，履带宽0源自文库7m，履带中心间距 2.5m。 请根据现场实际吊重对履带单位压力进行调整。

结构计算——计算过程


荷载计算（允许应力法）
1.0×结构自重+ 1.0×基本可变荷载+ 1.0×其它可变荷载（工作状态）
1.0×结构自重+ 1.0×其它可变荷载（非工作状态） 1.0×结构自重+ 1.0×其它可变荷载（灾难状态）


结构计算——计算过程


桥面板计算
对于混凝土灌车荷载：假设10方混凝土灌车满载自重为50t，前轴重 10t，中后轴各重20t，前轮着地宽度及长为0.3×0.2m，中、后轮着 地宽度及长度为0.6×0.2m，故取轮压处约60cm宽作用范围20cm钢 面板检算。 20 10 混凝土搅拌运输车轮压荷载: p 1.1 2 0.2 550kN / m ，受力计算模型如下：

一般建议选择3跨连续梁进行结构的计算。 履带吊的轮压荷载(500+吊重)/2/4.5= kN/m；梁截面积：700mm ×板厚 mm；根据吊重需考虑一定的偏载系数。
结构计算——计算过程

分配梁计算

混凝土灌车作用：将0.6m宽线荷载作用分配梁，找到到
最不利状进行计算。可以按简支梁或三跨连续梁进行计算，
结构计算——计算过程


主梁计算(杠杆法)
通过杠杆法求1号主梁所受的最大支承力，而后利用主梁的纵向内力 影响线求进行最不利荷载位置布置。

最大弯矩 最大剪力
M=
110 4.6 110 6 55 2 XX 122 + )/2=XXkN.m< M =1576.4 2 2 2 8

注：《桥规》、《铁规》、《港规》中的计算公式基本相同，只是参数的选 取不同。《桥规》仅能计算桥墩所受到的水流力,其K只反映了桥墩形状的影 响, 《港规》可以计算桥墩、梁、桁架等构件的水流力；《桥规》的水流力考 虑更多的是内河径流,而《港规》则包括了海洋潮流。
结构计算——计算过程


风荷载的计算
《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)、《铁路桥涵设计基本规范》 (TB10002.1-2005)、《港口工程荷载规范》(ITI215-98)均有规定。
跨度为主梁之间的间距。

履带吊作用：将将0.7m宽线荷载作用分配梁，找到到最 不利状进行计算。可以按简支梁或三跨连续梁进行计算， 跨度为主梁之间的间距。
结构计算——计算过程



主梁计算(以贝雷梁介绍为主)
主梁一般均采用贝雷梁，跨度为3的倍数，如9m、12m、15m等。 贝雷梁的形式主要有以下几种： 贝雷片间距为45cm或90cm。
钢栈桥概述
结构计算——计算依据





《钢结构设计规范》（GB 50017-2003） 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004、JTJ021-89) 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008） 《装配式钢桥多用途适用手册》 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86) 路桥、建筑施工计算手册 建筑结构静力计算手册

结构计算——计算方法



极限状态设计法
分项系数——永久荷载一般取1.2；可变荷载一般取1.4。 设计应力——《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）中3.4.1条规定：
结构计算——荷载类型


混凝土灌车荷载
参考布置——《JTJ021-89》第2.3.1条规定汽—20级重车，《装配 式钢桥多用途适用手册》中第4.1节规定；前轮着地宽度及长为 0.3×0.2m，中、后轮着地宽度及长度为0.6×0.2m。 请根据现场实际所用车型从轴重（前中后轴的重量）、轴距（前中后 轴的纵向距离、横向距离不变）两方面进行调整。


通过流体数值分析,认为《铁规》的风荷载计算值偏小《港规》与《桥 规》的算法基本相同,但其体系系数采用的是建筑规范中的系数;并且, 对某些工程的试算表明,按《桥规》确定的风荷载略大于《港规》 最终选用《桥规》4.3.7节的计算公式,


k0为重现期换算系数, 栈桥按半永久桥梁取;k1为风载阻力系数,由构件 形状及间距决定,栈桥中,贝雷析按桁架取,考虑遮挡效应,桥面系按实腹 梁取; k3为地形、地理系数;Awh为构件的遮风面积;Wd为设计风压。 风荷载的主要参数是设计基本风速V10，在实际的设计中,首先根据当 地气候中心提供的资料和《桥规》的风压分布图初步确立各参数,再在 现场进行风的实测,根据实测资料修正荷载参数,必要时要对后续栈桥 的设计进行更改。
钢栈桥设计和检算
中铁三局技术开发部 2013年12月
学习内容

钢栈桥概述 结构计算


栈桥结构设计过程
栈桥检算实例

钢栈桥概述




桥梁施工临时结构是用来施工安装永久结构，在 完成永久结构的建设过程中所必需建造的结构。 钢栈桥便是其中的一种。 桥面普遍采用钢桥面，定型桥面钢板（厚度一般 为6-8mm）和分配梁（多为I16、[16），分配梁 针对不同的上部荷载采用不同的间距。 梁部结构一般采用便于工厂化拼装的结构形式， 如万能杆件、军用梁、贝雷梁、型钢梁等。 下部结构主要采用钢管桩(直径500-800mm,厚为 8-12mm)和预应力混凝土管桩；考虑了施工与拆 除的方便。
12 1.4 12 5.4 xx 12 55 =xxkN< V =490.5kN 12 12 2

V=110 1+110
结构计算——计算过程


主梁计算(杠杆法)——履带-50级作用的内力计算
假设吊重为50t，(偏载系数根据吊重的大小选取)，履带吊处于倾覆状 态，仅一侧履带承受荷载，当履带位于主梁的正上方且在纵桥向跨中 位置，此时贝雷梁承受最大弯矩；当履带位于主梁的正上方且在纵桥 向支点位置，此时贝雷梁承受最大剪力； P=100×10÷4.5=222.3kN/m

结构计算——计算方法

容许应力法
结构计算——计算方法


容许应力法 《 JTJ025-86 》中表1.2.5条文说明规定：
结构计算——计算方法


容许应力法 《 JTJ025-86 》中表1.2.5条文说明规定：
钢材的容许剪应力，系根据试验以及最大能量的强度理论决定的，直接 受剪强度为轴向受拉强度的0.577倍，故近似地取用0.6[σ]；

单桩承载力计算：结合现场地质条件并根据《建筑桩基技术规范》 （J793-2008）中的经验参数法计算。
结构计算——计算过程


水流(潮流)压力的计算
根据《铁路桥涵设计规范》（TB10002.1-2005）桥墩流水压力的公 式进行计算
P KA

V 2
2g
式中：P——流水压力（kN）， K——桥墩形状系数， V——水流设计速度（m/s）取2.0m/s， 水容重（10kN/m3）， A——与水流方向垂直平面上的投影面积（m2）， g——标准自由落体加速度（m/s2）。

应对措施：当所计算的弯矩或剪力超过允许值，需增加主梁的贝雷片数； 或限制履带吊站位，只对承担履带荷载的主梁增加贝雷片数。
结构计算——计算过程



立柱横梁计算 将主梁计算出的剪力，按位置施加于立柱横梁上，将横梁 立柱处设约束建立受力模型并进行计算。 立柱计算 强度和稳定性计算 《钢结构设计规范》（GB/T50017-2003）
σ σ
结构计算——计算方法
容许应力法 Q235钢——桥面板、分配梁、立柱及其横梁。 《 JTJ025-86 》中表1.2.5中规定：轴向应力[σ]为 140MPa，弯曲应力[σ]为145MPa，剪应力[τ ]为85MPa。 Q345钢——贝雷梁。 《 JTJ025-86 》中表1.2.5中规定：轴向应力[σ]为 200MPa，弯曲应力[σ]为210MPa，剪应力[τ ]为120MPa。 《装配式钢桥多用途适用手册》中表5-6规定了桁架的允 许内力。


L为桥面板分配梁的间距，n为计算跨数；梁的截面积：600mm ×板厚mm， 1.1为冲击系数。
结构计算——计算过程


桥面板计算
计算跨数n的选择？首先大家对结构在均布荷载作用下有个初步的概念。
n 1 2 3 4 5 内力 弯矩(ql2) 0.125 0.125 0.1 0.107 0.105 剪力(ql) 0.5 0.625 0.6 0.607 0.606 挠度 ql4/(EI) 5/384 0.00521 0.00677 0.00632 0.00644

杠杆法：把桥面板视作两端简支在主梁上的简支梁。
结构计算——计算过程


主梁计算(杠杆法)
求1号主梁所受的最大荷载，利用支承力R1的影响线，在桥梁横向把 车轮的轮重安排在最不利位置上， R1=1.1×1×P/2=0.55P 前轴为0.55×100=55kN 中、后轴为0.55×200=110kN 2号主梁的最不利位置如上一图 所示的位置为最不利位置。 R2=1.1×1×P/2=0.5P 前轴为0.55×100=55kN 中、后轴为0.55×200=110kN
结构计算——计算方法


容许应力法 《 JTJ025-86 》中1.2.10条规定：
验算结构在各种荷载作用下的强度和稳定性时，基本钢材和各种连接和 各种连接件的容许力应乘以表1.2.10的提高系数k。

1.2.10条文中规定：K的大小纯系经验，并非理论推导而得。
结构计算——计算方法
容许应力法(K为1.3时) Q235钢——桥面板、分配梁、立柱及其横梁。 轴向应力[σ]为1.3×140=182MPa， 弯曲应力[σ]为1.3×145=188.5MPa， 剪应力[τ ]为1.3×85=110.5MPa。 Q345钢——贝雷梁。(《装配式钢桥多用途适用手册》中采用 此标准) 轴向应力[σ]为1.3×200=260MPa， 弯曲应力[σ]为1.3×210=273MPa， 剪应力[τ ]为1.3×120=156MPa。

将极限状态法来对栈桥进行设计，目前还不够成熟，原因如下： 1、施工期环境荷载复杂多变。国内外在结构施工期环境荷载的实测 与统计分析方面做得并不多，统计资料的缺乏成为施工可靠度分析的首 要问题。 2、分项系数取值不定。分项系数的取值关系到结构设计的安全储备, 对于栈桥的设计,施工期荷载具有更大的变异性,而分项系数的取值与荷载 标准差密切相关,因此栈桥设计分项系数与永久结构的设计分项系数应该 不同,栈桥分项系数取值应该根据施工期的特点进行专门调整。

结构计算——计算方法

容许应力法
《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)中2.1.2条规定了荷 载组合类型。
结构计算——计算方法
极限状态设计法 容许应力法采用了一个安全系数K，即只用一个安全系数 平确定结构的可靠程度。而现在采用了多个分项系数，所结 构计算划分得更细更合理，分别不同情况，给出了不同的分 项系数。