工作桥设计

工作桥设计示例 1设计资料
（1）工作桥排架顶高程26.7m ， （2）闸墩顶部高程18.5m ，
（3）该闸共7孔，每孔净宽7500mm ， （4）闸门采用平面钢闸门，启门力296..8kN ，
（5）启闭设备采用7台（每孔一台）QPQ2×160绳鼓式启闭机, （6）闸门吊点中心距7000mm ，
（7）荷载：人群荷载2.5kN/m 2，墙重1.8kN/m ，安装荷载（最重部件为绳鼓），每个绳鼓重6.54kN(考虑着地面积350mm ×350mm)，闸门重153.8kN ，启闭机重72.13kN,施工荷载4kN/m 2，水闸所处地区基本风压0.35kN/m 2,水闸所在地地震基本烈度为6度。

2工作桥布置
图1 工作桥结构布置图
（1）纵梁：考虑到方便起吊，设计每跨由两根倒L 型纵梁及四根横梁组成，然后再在两纵梁之间加活动铺盖。

工作桥净跨7500mm ，纵梁高
mm l h n 5.9377507500)10181()10181(-=⨯-=-=，纵梁宽h b )3
1
21(-=，拟定梁高h 为
800mm ，b 为300mm 。

纵梁梁缘厚度端部取100mm 。

根部取200mm ，挑出长度600mm 。

如图1所示。

（2）横梁： 横梁截面为矩形，高度为纵梁的2/3—3/4，宽度为高度的1/3—1/2。

取横梁的h 为550mm ，b 为250mm ，横梁位置由启闭机座的尺寸及吊点中心距确定，先确定吊点中心距，然后确定机座位置，使启闭机座地脚螺栓通过纵梁，横梁满足最小开孔要求。

（3）铺板： 活动铺板厚度为80mm ，由桥面布置可知，拟订活动铺板预制长度为1440mm ，宽度为700mm 。

3 工作桥上部结构计算
一、悬臂板
挑出纵梁的板按悬臂板计算，计算简图如图2所示。

（1）使用阶段（持久状况）
11
2
2
(a) (b)
(a)使用阶段 (b)安装阶段 图2 悬臂板计算简图 (单位：mm)
悬臂板自重设计值m kN g /94.3251)2.01.0(2
1
05.11=⨯⨯+⨯⨯=
人群荷载设计值m kN q /315.22.11=⨯⨯= 房墙设计值kN G 89.118.105.11=⨯⨯= 悬臂板根部截面承载力计算0.10=γ，0.1=ψ
m kN l G l q g M .15.2475.089.16.0)394.3(2
1)(212'
012011=⨯+⨯+⨯=++=
18020200,/210,/10022=-===h mm N f mm N f y c 008.0180
1000101015.22.12
6
0=⨯⨯⨯⨯==bh f M
c d s γα 008.0008.0211211=⨯--=--=s αξ
2057.68210/101801000008.0/mm f f bh A y c s =⨯⨯⨯==ξ 20m i n 2701801000%15.0mm bh =⨯⨯=<ρ （2）安装阶段（短暂状况）
一个绳鼓重6.45kN ，着地面积350mm ×350mm ，将集中荷载尽可能放在离纵梁肋最远处，如图2.6.4.2-1所示。

悬臂板自重设计值m kN g /15.38.094.32=⨯= 人群荷载设计值m kN q /4.28.032=⨯= 房墙设计值kN G 51.18.089.11=⨯= 绳鼓重设计值1.1×6.45=7.10kN
悬臂板根部截面承载力计算0.10=γ，95.0=ψ，则根部截面最大弯矩设计值为：
m kN M .31.3]6.0)4.215.3(2
1
475.051.1225.01.7[95.02=⨯+⨯+
⨯+⨯⨯= 18020200,/210,/10022=-===h mm N f mm N f y c 015.0180800101031.32.12
6
0=⨯⨯⨯⨯==bh f M
c d s γα
015.0015.0211211=⨯--=--=s αξ
2086.102210/10180800008.0/mm f f bh A y c s =⨯⨯⨯==ξ 换算成1m 板宽钢筋数量257.1288.0/86.102mm A s ==
20m i n 2701801000%15.0mm bh =⨯
⨯=<ρ 按构造配筋即可，选用200@10φ为受力钢筋，300@10φ为分布钢筋。

如图3所示：
图3 悬臂板配筋图
二、活动铺板
活动铺板长1440mm ，净跨1300mm ，板厚80mm ，板宽为700mm ，取计算跨径为1370mm 。

（1）使用阶段（持久状况）
板自重设计值m kN g /1.212508.005.1=⨯⨯⨯= 人群荷载设计值m kN q /315.22.1=⨯⨯= 其计算简图如图3所示： 跨中弯矩设计值为
m kN l M .2.1]37.1)31.2(8
1[11])31.2(81[22
00=⨯+⨯⨯⨯=+⨯=ψγ
04.060
100010102.12.1262
=⨯⨯⨯⨯==
bh f M
c d s γα 04.004.0211211=⨯--=--=s αξ
%15.0%19.0210/1004.0/min =>=⨯==ρξρy c f f
208.7960700%19.0mm bh A s =⨯⨯==ρ （2）检修阶段（短暂状况）
重6.45kN （设计值为7.10kN ）的绳鼓作用于跨中，计算简图如图4所示。

跨中弯矩设计值
m kN M .45.3]4/37.11.78/37.1)31.2[(0952=⨯+⨯+⨯=
115.060
1000101045.32.1262
=⨯⨯⨯⨯==
bh f M
c d s γα，12.0115.0211211=⨯--=--=s αξ %15.0%57.0210/1012.0/min =>=⨯==ρξρy c f f
204.23960700%57.0mm bh A s =⨯⨯==ρ
（a ） （b ）
（a ）使用阶段 （b ）检修阶段
图4 活动铺板计算简图
检修阶段起控制作用，并考虑构造要求，配)352(872mm φ，均布钢筋配250@6φ，活动铺板配筋如图5所示。

图5 活动铺板配筋图
三、横梁
横梁和纵梁整浇在一起，与纵梁的连接为半固定状态，计算内力时可作简化处理，计算正弯矩时按简支考虑，计算负弯矩时按固定支座考虑。

横梁计算跨径
mm l c 16003001300=+=，mm l n 1365130005.105.1=⨯= 横梁自重设计值m kN g /61.32555.025.005.11=⨯⨯⨯= （1）正截面承载力计算
取受荷载较大的一根横梁进行承载力计算，其他横梁都照此配筋，计算简图如图6所示：
A B
q 1
q
2
g 1
g
2
（a ） （b ）
（a ）求跨中弯矩 （b ）求支座剪力
图6 横梁计算简图
则跨中弯矩最大值为m kN l g M .84.0365.161.38
18122
01=⨯⨯==
最大负弯矩发生在支座截面处m kN l g M A .56.0365.161.312
112122
01=⨯⨯==
①按最大正弯矩确定横梁底部纵筋
mm h mm c mm h mm b 505,35,550,2500====
0016.0505250101084.02.1262
=⨯⨯⨯⨯==
bh f M
c d s γα
0016
.00116.0211211=⨯--=--=s αξ
%
2.0%007.0210/100016.0/min =<=⨯==ρξρy c f f
所以应该满足构造要求选)603(1632mm φ。

②按支座负弯矩确定横梁顶部纵筋数量为 0011.0505
250101056.02.1262
=⨯⨯⨯⨯==
bh f M c A
d s γα 0011
.0011.0211211=⨯--=--=s αξ
%2.0%005.0210/100011.0/m in =<=⨯==ρξρy c f f
所以横梁顶部应该满足构造要求选)603(1632mm φ。

（2）横梁抗剪承载力计算
简支式横梁剪力设计值为3.61×1.365/2=2.46kN 选用双肢200@8φ，则
kN V kN bh f V d c u 95.246.22.105.155505210200
3
.50225.107.00=⨯=>=⨯⨯⨯⨯
+=γ横梁配筋图如图7所示。

图7 横梁配筋图
四、纵梁
取受力大的一根纵梁进行计算。

（1）荷载统计
纵梁自重标准值m kN g k /25.825]6.0)2.01.0(2
1
3.08.0[1=⨯⨯+⨯+⨯=
设计值m kN g /66.825.805.11=⨯= 房屋墙重标准值m kN g k /8.12= 设计值m kN g /89.18.105.12=⨯=
板重标准值m kN g k /3.12508.065.03=⨯⨯=（活动铺板的一半） 设计值m kN g /37.13.105.13=⨯=
人群荷载重标准值m kN q k /875.355.15.2=⨯=（半个桥宽） 设计值m kN q /65.4875.305.1=⨯=
m kN q g g g p /57.1665.437.189.166.8321=+++=+++= 横梁重标准值kN G k 23.22565.055.025.0=⨯⨯⨯= 设计值kN G 34.223.205.1=⨯=
启闭机传到纵梁上力的计算 4321,,,Q Q Q Q 都位于纵梁上，
kN Q kN Q kN Q kN Q 13.76,12.56,27.46,37.354321==== 设计值为kN Q G 73.6112.561.11.133=⨯== kN Q G 74.8313.761.11.144=⨯== 计算跨度mm l l c 840020082000=+== mm l l n 8610820005.105.10=⨯== 取0l =8400mm 。

计算简图如图8所示：图a 为计算弯矩时的简图，图b 为计算剪力时的简图。

（2）内力计算
结果如图8所示：图c 为弯矩图，图d 为剪力图。

（3）正截面承载力计算
估计需要双排钢筋，取a=70mm ，则mm h mm h f 150,730'
0==（平均）
m kN M mm b f .93.264,900max '
==
m kN M m kN h h f h b f c f f d
.93.264.875.736)2
150730(101509002.11)2
(1
'0'
'
=>=-⨯⨯⨯⨯=
-
γ
故属于第一类梁。

（a ） （b ）
kN.m
kN
17.75
196.17
264.93
154.07133.87
47.74
（c ） （d ）
（a ）弯矩计算图 （b ）剪力计算图 （c ）M 图 （d ）V 图
图8 纵梁计算剪图及内力图
066.0730
150101093.2642.12
62
'
=⨯⨯⨯⨯==
h b f M
f c d s γα 068
.0066.0211211=⨯--=--=s αξ min
%32.0210/10068.0/ρξρ>=⨯==y c f f
20'
4.2102730900%32.0mm h b A f s =⨯⨯==ρ 选配)2513(2082mm φ (4) 斜截面抗剪承载力计算
kN V kN bh f d c 88.18407.1542.15.5477303001025.025.00=⨯=>=⨯⨯⨯=γ 所以截面尺寸满足要求。

kN V kN bh f d c 88.18407.1542.13.1537303001007.007.00=⨯=>=⨯⨯⨯=γ 所以需要按计算配置横向钢筋。

选双肢mm 200@10φ的箍筋沿全量布置，则
kN s h A f bh f V sv yv c cs 69.249200/7303.50221025.13.153/25.107.000=⨯⨯⨯⨯+=+=
kN V d 88.184=>γ
因此不需要配置斜筋。

（5）横梁与纵梁交接处附加箍筋计算
kN G F 32.832==
2665707
.021082320
2.1sin mm f F
A yv d sv =⨯⨯=
=
α
γ
6.63
.502665
1=⨯==
sv sv nA A m mm h b s 1110)70550800(22503231=--⨯+⨯=+=
综合考虑，在横梁两侧1110mm 范围内，纵梁箍筋增至双肢mm 100@10φ，如图9所示。

图9 横梁和纵梁交接处横向钢筋示意图
（6）裂缝开展宽度验算
图10为标准荷载作用下纵梁的计算简图，图（a ）为荷载，图（b ）为人群荷载，图（c ）启闭机传到纵梁上的力。

g k
（a ） （b ） （c ） （a ）恒载 （b ）人群荷载 （c ）启闭机传来的荷载
图10 标准荷载作用下的纵梁的计算简图
m kN g g g g k k k k /35.113.18.125.8321=++=++= kN Q kN Q m kN q kN G k k 7.83,73.61,/4,23.243==== 经计算得各种荷载在跨中截面产生的弯矩为（1,10==ψγ）
m kN M Gk .65.1092.435.1121
2762.523.2)238.12762.5(23.224.813.522=⨯⨯-⨯-+⨯-⨯
= m kN M qk
.28.352.4421
2.48.162=⨯⨯-⨯=
m kN M Rk
.4.1152
762
.57.83)238.12762.5(73.6124.843.145=⨯-+⨯-⨯=
m kN M M M M Rk qk G k s .33.2604.11528.3565.109=++=++= m kN M M M M Rk qk G k l .29.127028.355.05.10921=+⨯+=++=ρρ
短期效应组合（[ω]=0.3mm ）
26
/11.1632513
73087.01033.26087.0mm N A h M s s ss =⨯⨯⨯==σ
06.0300
7022513=⨯⨯==
te s te A A ρ )1
.03(3
21max te
s
ss
d
c E ρσαααω+=
mm mm 3.0][23.0)06
.020
1.0353(21000011
.1635.14.11=<=⨯+⨯⨯⨯
⨯⨯=ω
式中：1α：构件受力特征系数，对受弯构件取1.0；2α：钢筋表面形状系数，对光面钢筋取1.4； 3α：考虑荷载长期作用影响的系数，对荷载效应短期组合取1.5，长期组合取1.6；c ：最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离；d ：钢筋直径；
te ρ：纵向受拉钢筋有效配筋率；te A ：有效受拉混凝土截面面积；s A ：受拉区纵向钢
筋截面面积；sl ss σσ,：按荷载效应的短期组合及长期组合计算的构件纵向受拉钢筋应力。

长期效应组合（[ω]=0.25mm ）
26
0/76.792513
73087.01029.12787.0mm N A h M l sl =⨯⨯⨯==σ
)1
.03(3
21max te
s
sl
d
c E ρσαααω+=
mm mm 25..0][12.0)06
.020
1.0353(21000076.796.14.11=<=⨯+⨯⨯⨯
⨯⨯=ω
裂缝宽度满足要求。

（7）挠度验算 纵向受拉钢筋配筋率011.0730
3002513
0=⨯==
bh A s ρ
235
.825500
210000
===
c s E E E α 受压翼缘面积与腹板有效面积的比值
411.0)730300/(150600/)(0'''=⨯⨯=-=bh h b b f f f γ
受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值0=f γ
3
0')12.055.01)(28.0025.0(bh E B c f f E s γγρα+++=
373030025500)411.055.01()011.0235.828.0025.0(⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+= 214.10848.1mm N ⨯=
∑
-+⨯=s
k s k s B b l b p B l p f 48)43(3845
224 142214410
848.148)
81484003(8163960210848.1840035.153855⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯= 14
2210
848.148)
1319484003(1319859302⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯+ mm l f mm s 5.20400
8200400][108723.525.039.50===
<=++= 所以挠度满足要求。

（8）吊装验算（边跨纵梁）
在纵梁两端距端点1736mm （mm 173662002.0=⨯）处各埋一个吊环，如图11所示。

取动力系数为1.2，95.0=ψ，则梁自重设计值
m kN g /88.925.805.195.02.1'=⨯⨯⨯=
每根横梁自重kN G 67.22565.055.025.005.195.02.1'=⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 只需校核吊点处截面承载力，吊点处截面弯矩为：
图11 纵梁吊装验算时的计算简图
%
2.0%07.0210/10014.0/014.0014.021*******
.0760300101076.192.176********.19)238.124.074.1(67.2)221.074.1(67.22/74.188.9min 2
62002=<=⨯===⨯--=⨯--==⨯⨯⨯⨯===-=⋅=--⨯+-⨯+⨯=ρξραξγαc c s c d s f f bh f M
mm
h m kN M 则20min 456760300%2.0mm bh A s =⨯⨯==ρ
满足构造要求，选)509(1822mm A s =φ，布置在纵梁顶部吊装安全。

（9）吊环计算，吊环采用3号钢︒=45α
2
6.169)2102/(593602.1)2/(36.592/94.83sin 2/94.8346
7.26
8.844.8m m f T A kN
G T kN G y d s =⨯⨯======⨯+⨯=γα
选)1.202(1612mm A s =Φ做吊环。

图12为纵梁截面配筋图。

图12 纵梁截面配筋
4支墩的计算与配筋
支承工作桥的支架属于3级建筑物，结构安全级别为Ⅱ级，结构尺寸如图13所示，采用现场浇筑，混凝土采用C20，钢筋为Ⅰ级，结构长系数2.1=d γ。

支墩的计算分为纵横两个方向。

横向计算
最不利情况为闸门开启到最高位置，工作桥上无人群荷载，支墩横向是固定于闸墩顶的刚架结构。

（1）荷载统计
①风荷载作用在上部结构的风压力为
图13 支墩尺寸图
2
022
02/41.035.09.03.11/35.0,9.0,3.1;1m
kN m kN z s k z s =⨯⨯⨯======ωμμβωωμμβ
设计值 2/492.041.02.1m kN =⨯=ω
上部结构的受风面积为
206.257.86.38.08.0m HL A =⨯⨯==
其中上式中的0.8为考虑实际受风面积的折减系数；H 为纵梁底面到启闭机房顶的高度；L 为一跨桥身长度。

把作用于面积A 上的风压力化作集中力T ，则
kN A T 33.1206.25492.0=⨯==ω
作用于支墩纵向的风压力（闸门开到最高位置）
kN LH T 10.352.87.8492.0''=⨯⨯==ω
②纵梁传来的压力（相邻两跨）为闸门重153.8kN ，启闭机重72.13kN 纵梁自重kN 55.1437.8225.8=⨯⨯ 启闭机房重kN 32.3127.88.1=⨯⨯ 铺板重：kN 62.227.823.1=⨯⨯ 纵梁所传来的压力设计值
kN P 89.455)62.2232.3155.143(05.12
1
)13.728.153(1.1=++⨯+⨯
+⨯= ③工作桥上风压力通过风压力通过纵梁支座在立柱上形成的等量反向力P ’作用于上部结构的风压力在支架顶部产生的力矩为
m kN H T ⋅=+⨯=+⨯3.123)2.82
6.3(33.12)2.82(
④支墩自重设计值
kN
G 55.22125]22.0)5.03.0(2
1
21.0)5.03.0(215.022.8[05.1=⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯++⨯⨯⨯= （2）内力计算
所有力对支墩底部中心的力矩和为
m kN M .21.2672
2
.81.353.123=⨯
+= kN N 44.67755.22189.455=+=
（3）支墩正截面承载力计算及配筋
h=2000mm ，b=500mm ，取mm a a 50'==，m H l 3.122.85.15.10=⨯==，C20混凝土（2/10mm kN f c =），Ⅰ级钢筋（614.0,/2102'===b y y mm N f f ξ），结构系数
20.1=d γ。

①求偏心距增大系数η
815.62000
123000<==h l ，取1=η ②判别大小偏心受压
mm h mm b f N
x b c d 3.11971950614.059.162500
101044.6772.103=⨯=<=⨯⨯⨯==ξγ
故属于大偏心受压。

③求s A 和's A
mm a mm x 100263.181'=>=，应按下列方法和s A 和's A
)501950(210195050008.01044.3941044.6772.1)
(08
.0)083.02
1
1(083.0083.01950
59.16244.1344502/200044.39412/44.3941044.677/1021.267/23'02
'0'0360<-⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=--===⨯-⨯====
=-+⨯=-+==⨯⨯==a h f bh f Ne A A h x m m
a h e e m m N M e y s c d s s s αγαξη故s A 、's A 均按最小配筋率配筋，
20min 19505001950%2.0mm bh A s =⨯⨯==ρ
实选）2'2281(226mm A A s s ==φ，截面配筋如图2所示。

（4）支墩抗剪横向钢筋计算
支墩底截面受到的剪力为12.33+35.10=47.43kN
受到的轴向力为677.44kN ①复核截面尺寸
kN V bh f c d
43.4725.2031)19505001025.0(2
.11
)25.0(1
0=>=⨯⨯⨯⨯=
γ ②验算是否需要按计算配置箍筋
kN
V kN N
bh f h a kN
N kN A f c d c 43.4755.10381044.67707.0)1950500105.132.0(2.1107.0)5
.12
.0(
1
3,32.41950/8200/44.67730002000500103.03.0300=>=⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯=
++=>====>=⨯⨯⨯=λγλλ，则取
故可不进行斜截面受剪承载力计算，仅按构造要求配置箍筋，箍筋选用
mm 200@6φ进行全梁布置，如图14所示。

〕
图14 支墩截面配筋图
纵向计算
支墩受到的荷载有支墩自重和工作桥纵梁传来的压力（按三角形分布考虑），对于中支墩，需考虑相邻两孔闸门的开启方式
（1）正常使用期（持久状况1=ψ）
mm h mm b 500,2000
==，取mm a a 50'==，m H l 3.122.85.15.10=⨯== ①两孔闸门同时开启，此时可按轴心受压构件计算，如图15所示：
1
1
2
1
（a ） （b ）
（a ）两孔同时开启 （b ）一孔正开，一孔关闭
图15 纵向计算时支墩受力
支墩控制截面所受的力为每跨纵梁传来的压力设计值kN N 945.2271=，支墩自重设计值
021012000500101044.6772.10
.115.62000/12300/44.67755.221945.227255.2213'
0<⨯⨯⨯-⨯⨯=-=====+⨯==y
c d s
f A f N A b l kN N N
G ϕϕγϕ‘
，则查表得
原配钢筋)4562(22122mm A s =φ全部作为受压钢筋时，其配筋率为4562/（500×
2000）=0.46%>%4.0'
min =ρ满足要求。

②一孔闸门正在开启，另一孔未开，此时立柱控制截面（柱底截面）所受的力为 开启一孔传来的压力设计值kN N 615.2671= 关闭的一孔传来的压力设计值（扣除人群及启闭力）
kN N 345.582/32028.4945.2272=-⨯-= 支墩自重设计值KN G 06.22=
此时，按偏心受压构件计算，由于开启的一孔可能是在左侧一孔，也可能是右侧一孔，故采取对称配筋。

6
.24500/12300/32.11184
.507500
32
)345.58945.227(84.50755.221345.58945.22700===⨯⨯-==++=h l m m e kN
N
而12.810
84.5072.12000
500105.05.03
1>=⨯⨯⨯⨯⨯==
N A f d c γζ，取11=ζ 904.06.2401.015.1/01.015.102=⨯-=-=h l ζ
58.2450/32.1111400904.016.241)/(/1400112212
000=⨯⨯⨯+=+=ζζηh l h e
mm b f N
x c d 47.302000
101084.5072.13
=⨯⨯⨯==γ
mm
a h e e mm
x mm a 21.87502
50032.11158.2247.301002'
0''=+-⨯=+-==>=η 2
3'
0'
'
70.632)50450(21021.871084.5072.1)
(mm a h f Ne A A y d s s =-⨯⨯⨯⨯=-==γ 原短边配)1521(2242mm A s =φ，现再增配221φ，共有)1901(2252mm A s =φ。