人行栈桥计算书(上报).doc

如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流人行栈桥计算书(上报)【精品文档】第 17 页目 录第一章 栈桥施工计算说明一、设计依据二、主要技术标准三、技术规范四、主要材料五、设计要点六、结构计算内容七、使用注意事项第二章 栈桥结构计算书一、工程概况二、设计参数三、10mm花纹钢板计算四、横向分配梁槽钢25b计算五、贝雷桁计算六、桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算七、钢管桩竖向承载力计算、扩大基础承载力计算八、栈桥的纵向稳定性验算九、栈桥抗风稳定性验算 十、水流冲击作用下的稳定计算第一章 栈桥施工计算说明一、设计依据本栈桥使用“321”装配式钢桥（上承式）。用630×8mm钢管作为桩基础，满足栈桥的使用功能要求。二、主要技术标准1、栈桥用途：满足南昌市沿江中南大道BT工程立交改造项目施工期间社会车辆的自行车、摩托车及人行通行，使用寿命为至工程结束。2、施工过程中需行走履带吊，桥面设计单跨标准跨径按12m，桥面净宽按6m，与原桥面连接的道路宽度6m。3、设计行车速度：20km/小时，4、设计荷载： 人群荷载：5KN/m2 ，( 500KN履带吊车)、水管及电缆等荷载：2KN/m（挂在靠下游侧的贝雷桁架上）5、桥面标高：+27.0+32.7m(陆上段+10.0m，水上段从+17.0m过渡到+32.7m)，栈桥一头与施工便道连接，栈桥一头与原桥面连接。6、设计风速: :5.4m/s(由设计图纸提供)7、“321”装配式钢桥使用,4排单层型（上承式）贝雷片。三、技术规范1、中华人民共和国交通部部标准公路桥涵设计通用规范JTJ021-89。2、中华人民共和国交通部部标准公路桥涵结构及木结构设计规范JTJ025-86。3、中华人民共和国交通部部标准公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）。4、中华人民共和国交通部战备办装备式公路钢桥使用手册（交通部战备办发布，1998年6月）。5、中华人民共和国交通部部标准公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000。四、主要材料1、“321”装配式钢桥及附件采用国产321”装配式钢桥及附件，其技术标准应符合交通部编制装配式公路钢桥制造及检验、验收办法的有关规定。贝雷桁架几何特性及桁架容许内力(1)桁架单元杆件性能杆件名材料断面型式横断面积（cm2）理论容许承载力（KN）弦杆16Mn102*12.7560竖杆16MnI89.52210斜杆16MnI89.52171.5(2)几何特性几何特性结构构造Wx(cm3)Ix(cm4)EI(KN.m2)单排单层不加强3578.5250497.2526044.12加强7699.1577434.41212612.24双排单层不加强7157.1500994.41052088.24加强15398.31154868.82425224.48三排单层不加强10735.6751491.61578132.36加强23097.41732303.23637836.72双排双层不加强14817.92148588.84512036.48加强30641.74596255.29652135.92三排双层不加强22226.83222883.26768054.72加强45962.6689439014478219(3)桁架容许内力表桥型容许内力不加强桥梁单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层弯矩（KN.m）788.21576.42246.43265.44653.2剪力（KN）245.2490.5698.9490.5698.9桥型容许内力加强桥梁单排单层双排单层三排单层双排双层三排双层弯矩（KN.m）1687.533754809.467509618.8剪力（KN）245.2490.5698.9490.5698.92、钢材钢管桩采用Q235A钢板卷制，其技术标准应符合国家标准（GB699-65）的有关规定。型钢应符合国家标准（GB2101-80）的有关规定。钢材容许应力及弹性模量按JTJ025-86标准（page4页 表1.2.5）A3钢(Q235)：弯曲应力w= 145MPa剪应力= 85MPa轴向应力= 140MPa弹性模量E= 2.1*105MPa16Mn钢：弯曲应力w= 210MPa剪应力= 120MPa轴向应力= 200MPa弹性模量E= 2.1*105MPa五、设计要点本桥计算按12米跨径简支梁计算和5跨（各12米跨径）连续梁计算。设计单跨标准跨径12m。本桥水上基础为打入式钢管桩，非制动墩每个支点设2根630×8mm钢管桩（单排），制动墩每个支点设4根630×8mm钢管桩（双排），单桩允许承载力P（计算时按壁厚7mm计算，以确保安全）计算：取630×8mm螺旋焊钢管材料进行验算，壁厚按=7mm进行计算，其钢管截面特性如下：A=137.005cm2I=66494.922cm4i22.027cmW=2110.95 cm3M90.61Kg/m 单根630mm，=7mm钢管截面承受的允许压力N N（A ×） 137.005×10-4×140×1031918kN 由于钢管墩为压杆，要考虑压弯失稳，故进行稳定性校核按两端铰支计算钢管稳定容许应力，该处钢管最大自由长度为L22.0m（从河床面起至钢管墩顶止）。按照路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力： 0.810*140113.4MPa 式中：压杆稳定系数； L/i1×22/0.22027=99.88； 压杆的长度系数，该处取1； L压杆的自由长度，该处L=22.0m； i压杆对轴的惯性半径，该处i0.22027； 压杆材料的容许应力，钢管140MPa。查钢结构设计规范得，0.810。单根钢管的稳定容许压力：P·A113.4×1.37005×1011553.64 kN 式中：钢管的稳定容许应力（由上式求得）； A钢管壁的横截面面积（直径0.630m，壁厚0.007m）故单根钢管稳定允许承载力P= 1553.64 kN，所以后续检算钢管的竖向荷载必须小于P1553.64 kN。六、结构计算内容结构计算书中，第一种情况：荷载按满布人群荷载为5KN/m2，水管及电缆等荷载：2KN/m（挂在靠左侧的贝雷桁架上）；第二种情况：500KN履带吊车荷载。按最不利情况进行布载和荷载组合，按单跨标准跨径12m计算如下内容：1、钢板计算2、横向槽钢25计算3、贝雷桁计算4、桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算。5、钢管桩竖向承载力计算、扩大基础承载力计算。6、栈桥的纵向稳定性验算。7、栈桥抗风稳定性验算。8、栈桥抗水流冲击荷载验算。七、使用注意事项严禁车辆超载、超速工作和行驶，不得在桥面上随意堆放材料及重物。大于设计风速时，栈桥停止使用，过后必须对栈桥作全面检查后方可恢复工作。栈桥使用期必须经常检查栈桥状况，如有异常情况，必须查明原因，经处理后方可继续使用。严禁外来荷载碰撞栈桥，严禁在栈桥上进行船舶系缆。第二章栈桥结构计算书一 工程概况东西走向的南昌大桥引桥为城市主干道，行车速度为50km/h，道路标准横断面宽23m，一块板形成，双向6车道，其布置为：1.0m（检修道）+21.0m（机动车道）+1.0m（检修道）。两左转匝道（D1、D2线）设计车速为25km/h，两右转匝道（D3、D4线）设计车速为30km/h，所有匝道设计均为单向车道，匝道净宽7m。为保障交通安全，满足南昌大桥互通立交施工需求，需封闭施工，行驶的机动车均需绕行周边其他道路。通过交通组织措施，确保摩托车、自行车和行人安全通行。在开口段搭设钢便桥，头尾顺接，方便进出岛方向自行车、摩托车及行人通行。钢栈桥立面图人行栈桥横断面图二 、 设计参数1、荷载.恒载（每跨）：行车道板厚（厚1厘米的钢板）：6×78.5=471/m=4.71KN/m25 桥面横向（60cm间距）：21×31.4659.4/m=6.6KN/m贝雷桁架自重：（270+80）/3=0.116t/m=1.16KN/m2I36b横垫梁 6×2×65.66787.92kg=7.88KN/m2I36b纵垫梁 2.1×2×65.66275.8kg=2.76 KN.活载： 贝雷桁架：其为国家规定尺寸制造，每片桁架为1.5×3.0m，重270Kg。弦杆由210组成，内侧的斜杆腹杆系由I 8组成，钢材为16Mn钢，最大拉压弯应力为273Mpa，剪应力为156Mpa。支撑架重40Kg。单片贝雷桁架容许弯距为788.2KN.m，剪力为245.2KN。 三、 10mm钢板验算 （第一种情况 按自行车、摩托车行人荷载计算）本栈桥设计仅供行人及非机动车行驶，既最大荷载及为满布荷载5KN/m2。刚板底部横向槽钢按照中对中80cm间距布置。10mm刚板：w=145MPa、E=2.1×105 MPa、=0.010m1、荷载（1）、人群荷载：q1=5KN/m2（2）、钢板自重：q3=0.785×5=3.93KN/m2、强度验算（1）计算模式：按5跨连续梁计算（路桥施工计算手册P765页） 钢板受力计算简图(2)截面特性：A=b×h=1×0.01=0.01m2 W=bh2/6=1×0.012÷6=1.67×10-5m3 I=bh3/12=1.0×0.013÷12=0.83×10-7m4(3)强度验算： M支=0.105ql2=0.105×（5+3.93）×0.552=0.28KN.m max=M支/W=0.28÷（1.67×10-5）=16.7Mpa <w=145MPa满足要求。3、刚度验算fmax=0.664ql4/100EI =0.664×8.93×0.554 ÷(100×2.1×105×0.83×10-7) =0.0003m<f=0.8/400=0.002m满足要求。（第二种情况 施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）钢板在50T履带吊的均布荷载作用下受力最大，履带的着地宽度及长度为0.76×4.66m，吊机工作时吊重120×1.3156KN（吊重冲击系数取0.3）。钢板底部横向槽钢按照中对中30cm间距布置。10mm钢板：w=145MPa、E=2.1×105 MPa、=0.010m1、荷载（1）、履带吊荷载：q1=（156+500）/（2×0.76×4.66）=92.61KN/m（2）、钢板自重：q3=7.85KN/m2、强度验算（1）计算模式：按5跨连续梁计算（路桥施工计算手册P765页） 钢板受力计算简图(2)截面特性：A=b×h=1×0.01=0.01m2 W=bh2/6=1×0.012÷6=1.67×10-5m3 I=bh3/12=1.0×0.013÷12=0.83×10-7m4(3)强度验算： M支=0.105ql2=0.105×（92.61×0.76+7.85）×0.12=0.08KN.m max=M支/W=0.08÷（1.67×10-5）=4.7Mpa <w=145MPa满足要求。3、刚度验算fmax=0.664ql4/100EI =0.664×78.23×0.14 ÷(100×2.1×105×0.83×10-7) =0.0021m<f=0.3/400=0.0075m满足要求。四 、槽钢25横梁检算 （第一种情况 按自行车、摩托车行人荷载计算）桥面板由厚1cm钢板铺成，桥面板底由横向槽钢25b（21根间距60cm）间铺而成，荷载按满布人群荷载验算槽钢25的抗弯和抗剪强度。一根25受到的均布荷载为q15+0.785×0.6=5.47KN/m，槽钢25b自重为q20.314KN/m按5跨连续梁计算：图一用结构力学求解器计算程序计算得：(1) 弯距：Mmax=1.50KN.m(2) 剪力：Qmax=6.07KN (3)截面应力 =M/W=1.5×106/(282×103)=5.32MPa145MPa= Q/A=6.07×103/(39.9×102)=1.52MPa85 MPa满足规范要求（第二种情况 施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）桥面板由厚1cm钢板铺成，桥面板底由横向槽钢25（16根间距60cm）间铺而成，荷载按500KN履带吊机（QUY50A）作业时分别验算槽钢25的抗弯和抗剪强度。一根25受到的均布荷载为q10.785×0.6×6+0.314×=4.71KN.m500KN履带吊机（QUY50A）计算：计算500KN履带吊机（QUY50A）时：按8根槽钢25上的荷载为满布计算，履带的着地宽度及长度为0.76×4.66m，吊机工作时吊重120×1.3156KN（吊重冲击系数取0.3），吊机自重500KN，作用在一根槽钢25上的线荷载为： q2P1/(2×4.66×0.76)=92.61KN/m履带吊按规定路线行走，验算25b的最不利位置为履带吊履带压在贝雷片中间图一用结构力学求解器计算程序计算得：(1)弯距：Mmax=16.35KN.m(2)剪力：Qmax=49.54KN (3)截面应力 =M/W=16.35×106/(282×103)=57.9 MPa145MPa= Q/A=52.84×103/(39.9×102)=13.24MPa85 MPa满足规范要求五、 贝雷桁纵向抗弯、抗剪检算 （第一种情况 按自行车、摩托车行人荷载计算）（一）纵向抗弯计算按满布人去荷载计算：(考虑人群以及非机动车为动荷载，取放大系数1.3)： P1=(5×1.3+0.785）×5×12/21=20.81KNq1=(270+80)×10×2/1000/3=2.33KN/m图二用结构力学求解器计算程序计算得： Mmax666.24KN.m<M=1576.4KN Qmax=211.68KN<Q=490.9KN满足规范要求。（二） 纵向抗剪计算按满布人群荷载计算：(考虑人群以及非机动车为动荷载，取放大系数1.3)： P1=(5×1.3+0.785）×5×12/21=20.81KN q1=(270+80)×10×2/1000/3=2.33KN/m图三用结构力学求解器计算程序计算得：Qmax200.44KN<Q=490.5KN抗剪能力满足要求。（第二种情况 施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）（一）纵向抗弯计算按500KN履带吊机（QUY50A）计算：横向计算：500KN履带吊机（QUY50A）横向履带中距为3.54m，横向最不利工作位置如图所示，注：500KN履带吊机（QUY50A）工作时按指定路线行走。每一联内仅用一辆500KN吊机，布载为：吊机工作时吊重量限120KN，重物冲击系数为1.3。车辆总荷载为P1=500+120×1.3656KN. 其履带着地长度为4.66m，每条履带荷载为(考虑履带吊行车为动荷载，取放大系数1.3)： P1=(0.314×6×16+0.785×9×6)/(2×8)=4.53KN P2=1.3×（656/2/8+4.53）=59.15KNq1=(270+80)×10×2/1000/3=2.33KN/m图二用结构力学求解器计算程序计算得： Mmax1008.77KN.m<M=1576.4KN Qmax=344.69KN<Q=490.9KN满足规范要求。（二） 纵向抗剪计算按500KN履带吊机（QUY50A）计算：500KN履带吊机（QUY50A）横向作用如图所示，纵向作用在桩顶时，贝雷桁有最大剪力，履带吊机以及钢板槽钢荷载为 P1=(0.314×6×16+0.785×9×6)/(2×8)=4.53KN P2=1.3×(656/2/8+4.53)=59.15KN自重及上部恒载荷载为q1=2.33KN/m，如图所示。图三用结构力学求解器计算程序计算得：Qmax308.28KN<Q=490.5KN抗剪能力满足要求。六、 桩顶横垫梁(工字钢2I36b)强度验算 （第一种情况 按自行车、摩托车行人荷载计算）工字钢分配梁的荷载有静荷载（桥面板、25b分配梁、贝雷桁和工字钢横梁I36b。动荷载有：人群荷载荷载P1=211.68/2=105.8KN， q1=0.656×2=1.31KN/m 图四用结构力学求解器计算程序计算得： P1=105.8KN按图四的受力图用结构力学求解器计算程序计算得：荷载：PM=107.77KN PN=107.11KN Mmax=48.27KN.m Qmax=107.77KN弯曲应力：=Mmax/W=48.27×106/(2×920800) =26.21MPa145MPa剪应力：= Qmax /A=107.77×103/(2×8364) =6.44MPa85 MPa满足规范要求。 （第二种情况 施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）工字钢分配梁的荷载有静荷载（桥面板、25b分配梁、贝雷桁和工字钢横梁I36b。动荷载有：500KN履带吊机（QUY50A）按50t履带吊计算：当50t履带吊机荷载在纵栈桥向作用在桥面中间且在纵桥向作用在分配梁顶时，25b分配梁跨中有最大弯距。荷载P1=344.69/2=172.3KN， q1=0.656×2=1.31KN/m 图四用结构力学求解器计算程序计算得： P1=172.3KN按图四的受力图用结构力学求解器计算程序计算得：荷载：PL=425.95KN, PM=69.26K PN=169.95KN最大弯距在跨中：Mmax=78.78KN.m Qmax=425.95KN弯曲应力：=Mmax/W=78.78×106/(2×920800) =42.77MPa145MPa剪应力：= Qmax /A=425.95×103/(2×8364) =25.46MPa85 MPa满足规范要求。七、 钢管桩设计： （第一种情况 按自行车、摩托车、行人荷载计算）（1）钢管桩的竖向荷载计算：有以上计算可知，居中行走时中部在单排钢管桩中心线时，单排钢管桩中间的钢管桩受力最大：RL=107.77KN钢管桩等自重计算：钢管桩顶面标高为+32.7m，暂按入土8m计算，地质钻孔为准进行计算，由设计图纸中所附地质勘察资料可知，河床面为7m，钢管桩为直径630mm的标准螺旋焊接管，则钢管桩自重为W=22×1.23=27.06KN钢管桩受力P=107.7+27.06=134.76KN（2）钢管桩的竖向承载力计算本栈桥所有桩基均支撑在中砂、卵石层上，按摩擦桩计算其容许承载力。根据公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）中的沉桩的承载力容许值公式，则桩的容许承载力为： （5.3.3-3）式中：单桩轴向受压承载力容许值（kN），桩身自重与置换土重（当自重记入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 桩身周长（m）； 土的层数； 承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）； 与对应的各土层与桩侧摩阻力标准值（kPa）,宜采用单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按规范给定值选用； 桩端处土的承载力标准值（kPa），宜采用单桩试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按规范给定值选用； 、分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数对于锤击、静压沉桩其值均取为1.0。按8米计算： =(1.978×L×20+7.86×10-3×20)/2 = 122.4kpa则 L=6.18m =(1.978×L×20+7.86×10-3×20)/2 = 165kpa则 L=8.34m即打桩时须根据地质情况入土深度必须大于5.988.14m才能满足设计要求。（第二种情况 施工过程中需行走履带吊按50T履带吊计算荷载）按18米计算： =(1.978×L×20+7.86×10-3×20)/2 = 454.18kpa则 L=22.9m即打桩时须根据地质情况入土深度必须大于22.7m才能满足设计要求。钢筋砼扩大基础验算：支在钢筋砼扩大基础上,扩大基础长×宽×高=450×150×40cm,底层配16钢筋,钢筋间距20cm，钢管高度按5m计算。P1= P2=107.7+6×0.89×1.2=114.108KN钢筋砼扩大基础受力简图钢筋砼扩大基础下为抛石层，结构层按300cm计算,扩散角45°S=(4.5+0.8) ×(1.5+0.8)=12.19m²地基应力: 根据挡土墙现状地基承载力试验: 150KN/m²=150Kpa满足规范要求八、 栈桥纵向稳定性验算（按简支梁计算）栈桥的纵向水平推力来自车辆荷载的制动力，按规范规定，制动力为荷载长度内一行汽车总重量的10%，但不小于一辆重车荷载的30%。当一联（4跨）上每跨布设一辆500kN的重车时，制动力为：P=(4×500)×10%=200 kN根据JTJ021-89第2、3、9条，对排架式墩台所受的制动力应按墩台的刚度分配。（钢管桩630×8mm，实际按壁厚7mm计算，按最不利位置即第一种典型地质且单排桩进行计算）桩顶制动力计算墩每根桩的刚度为：EI=E×3.14(0.63040.6234) /64=3.378×10-4E m4墩每根桩的分配的制动力为：P1=200/(3×42×3)=11.1 KN用m法计算墩桩身最大弯矩桩基础变形系数:=5mb1/EI 查JTG D063-2007表P.0.2-1，当地质为中砂时，m=1000020000 KN/m4，计算时取m=15000 KN/m4b1=kkf(1.5d+0.5)=1×0.9(1.5×0.630.5)=1.30mE=2.1×108 KN/m2则=(15000×1.30)/(2.1×108×3.378×10-4)1/5=0.772桩的入土深度（中砂以下）为8.7m故ah=0.772×8.7=6.722.5，按弹性桩基础计算，桩顶高程为+5.04，河床中砂面高程按+3.36m计算时，作用在中砂面处的弯矩：按公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）表P.0.3所给公式进行计算Mo=6.7×(3.3610.00)=89.51 kN.mCQ= M0/Q0 =89.51×0.772/6.7=10.314查表得无量纲系数Km=1.025最大弯矩:Mmax=M0Km= 1.025×89.51=91.75kN.mW=I/R=1.00×10-3E/0.4=2.5×10-3 E m3桩身应力:max=Mmax/W=121.4/2.5×10-3=48560.0 Kpa =48.56 MpamaxW=145 MPa故栈桥纵向稳定性满足规范要求。九、 栈桥抗风稳定性验算本栈桥要承受台风所产生的横向水平推力，按单孔9m简支梁独立稳定模式计算。钢管桩630×8mm。抗风的计算按JTJ021-89附录，迎风面积：A=9×(0.51+1.5+0.36)×0.59×3.5=42.2 m2设计风速V=5.4m/s则W0=V2/1.6=5.42/1.6=18.225Pa查规范，风力P=K1K2K3K4W0A=1×0.8×1.0×1.3×18.225×42.4=803.65NM=0.804×5.15=4.141KN.m由3根630mm、壁厚8mm钢管桩共同承受，则单根钢管桩承受的弯矩M=101.8kN.m桩身应力:=M/W=101.8/ （2110.95×10-6）=48.2 MpaW=145 MPa故栈桥横向稳定性满足规范要求。十、 栈桥抗水流冲击稳定性验算在考虑栈桥在水流冲击作用下的稳定性时，将钢管桩下部视作铰接构造，上部依靠下横梁及剪刀撑连接成门形刚架结构，共同抵抗水流冲击力。一跨12m栈桥自重：Q1=370.35KN水流冲击力简化为一个集中力，作用在钢管桩中间以及顶面。对下游的B点取矩，则 自重产生的力矩：M1=Q1×2.4=370.35×2.4=888.84 KN.m水流产生的力矩：M2=Fw1×9×2+ Fw2×18=1.4×9×2+ 3.2×18=82.8 KN.mM1 > M2 栈桥结构在洪水期水流冲击作用下依靠自身重量能满足抗倾覆稳定的需要。江西省建工集团公司沿江、中南大道工程BT投资项目项目经理部 2012年7月