高速公路高坡便桥设计方案和计算书.pdf
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1、高坡拌合站便道横跨隧道便桥施工方案和力学检算书编编制:制:审审核:核:批批准:准:日日期期:目目录录第 1 章 概述.11.1 工程概况.11.2 设计说明.11。3 设计依据.21。4 技术标准.21.5 便桥钢材选用及设计参数.3第 2 章 荷载计算.32.1 上部结构恒重.32。2 车辆荷载.42。3 人群荷载.4第 3 章 纵梁计算.43。1 纵梁最不利荷载确定.43.2 纵梁计算.5第 4 章 横梁计算.64.1 横梁最不利荷载确定.64。2 砼罐车荷载下横梁检算.6第 5 章 24M跨贝雷架计算.75.1 荷载计算.75.2 挂车80 级荷载下贝雷架计算.8第 6 章 MIDAS空
2、间建模复核计算.96。1 Midas 空间模型的建立.96。2 工况一计算.96.3 工况二计算.10第 7 章 桥台地基承载力验算.11第 8 章 细部构造计算.128.1 销子和阴阳头计算.128。2 端部支座钢板下砼局部承压计算.128.3 桥台砼抗冲切计算.13第 9 章 结 论.13第 10 章 施工方案.1310.1 桥台施工.1310。2 贝雷架安装.1410。3 横梁安装.1410.4 纵梁及钢板安装.1410。5 通车试验.1410。6 施工安全及保证措施.14第第 1 1 章章 概概 述述1 1。1 1 工程概况工程概况高坡拌合站设置于线路里程DK417+400处横向200
3、米一平坦旱地范围内(见附图),设办公生活区、搅拌楼、砂石料场、道路、绿化带,占地面积合计 270000m2,拌合站下埋深 27.03 米处有高坡隧道通过,隧道宽 14m;拌和站门前有便道一条,由原来的乡道改建而成,便道处纵断面根据线路纵断面图确定,如图 11 所示;便道在 DK417+313 处与高坡隧道立体交叉,交叉处地下岩层稳定,无溶洞,约 4 米的表层地质结构为第四系全新统坡洪积层,土石工程等级为级,表层 4 米以下为白云质灰岩,土石工程等级为级,层理产状为:N45W/45SE(73),风化等级为弱风化岩;我单位在此处进行地质钻探,钻探结果如图 12 所示,与设计资料相符。由于该便道上将
4、来经常要通行混凝土罐车等重型车辆,为了确保重型车辆的通行不对隧道施工产生影响,保证隧道施工安全。特设置跨径 24 米,长 25.66 米,净宽 3.8m 的临时便桥于该便道上,桥位详见附图.图图 1 11 1线路纵断面在高坡拌合站处截图线路纵断面在高坡拌合站处截图图图 1 12 2高坡拌合站处地质钻探照片高坡拌合站处地质钻探照片1 1。2 2 便桥设计方案便桥设计方案本便桥设计全长为25.66m,纵向设计跨径为1跨24m,净宽3.8m,采用下承式贝雷架结构。构成形式为:主要承重构件为6排单层加强型贝雷桁架,每侧3排,排间距0。45m,使用900型支撑架进行横向联结;桥面为自制桥面板,由8mm厚
5、钢板作为面板和间距0.25m的I14工字钢作为面板纵向加劲肋焊接而成,钢板上焊接12mm短钢筋作为1防滑设施;横向分配梁为I36b,间距为1.5m;基础采用明挖扩大基础,基础材料为C30砼,尺寸为6.42。04。2m,基础埋深4.2m,坐落于白云质灰岩持力层。另外本设计力学检算内容采用商业有限元软件“路桥施工计算专家(RBBCCE)和Midas/civil 2006进行相关计算,并采用容许应力法设计。便桥布置结构形式如图11和图12所示图图1-11-1 便桥立面图(单位:便桥立面图(单位:m m)图图1-21-2 便桥侧面图(单位便桥侧面图(单位:cm:cm)1 1。3 3 设计依据设计依据(
6、1)公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)(2)公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)(3)公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)(4)公路桥涵施工技术规范(JTJ0412000)(5)公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)1.41.4 技术标准技术标准(1)设计桥面标高:1286.82m(2)设计桥长:25.66m,单跨24m(3)设计桥宽:净宽3.8m(4)设计控制荷载:设计考虑以下三种荷载:1、汽车-超20车队2、混凝土罐车,自重20T+载重30T,考虑1。3的动力系数,按65T荷载设计3、挂车80级平板车设计仅考虑一辆重车在
7、桥上通行,不得同时有多辆罐车在桥上。(5)设计行车速度10km/h。21 1。5 5 便桥钢材选用及设计参数便桥钢材选用及设计参数便桥各构件钢材选用和容许应力如表 1-1 所示:表表 1-11-1 便桥各构件钢材选用和容许应力便桥各构件钢材选用和容许应力材料轴向容许弯曲容容许构件型号种类正应力(MPa)许应力(MPa)剪应力(MPa)桥面钢板Q2358mm 厚钢板14014585纵梁Q235I14 工字钢14014585横梁Q235I36b 工字钢14014585贝雷架弦16Mn加强型200210120杆贝雷架腹16MnI8 工字钢200210120杆8-16mm 厚钢节点板Q23514014
8、585板端部支座Q23516mm 厚钢板14014585固结钢板30CrMnTi销子49.5mm11051105585其他Q23514014585第第 2 2 章章 荷载计算荷载计算2 2。1 1 上部结构恒重上部结构恒重1)钢便桥面层:8mm厚钢板,单位面积自重:0。008117.851000=62.8kg,即:0.628kN/m2,桥面宽按4m设计,换算成沿桥跨方向均布线荷载为:0.6284=2.512kN/m2)面板加劲肋I14(纵梁),单位重16。89kg/m,即0。169kN/m,纵向17排,长按24m,沿桥跨方向总均布线荷载为:2。873kN/m3)横梁I36b,单位重65。689
9、kg/m,即0。657kN/m,长7m,间距1。5m,共17根,总重0。657717=78.2kN,沿桥跨方向总均布线荷载为:3。258 kN/m4)纵向主梁:横向6排321型贝雷梁,每片贝雷重287kg(含支撑架、销子等),总重为:2878101036137.76kN,换算成桥跨方向均布线荷载为:5.74kN/m.32 2。2 2 车辆荷载车辆荷载1)汽车-超20级车轮着地尺寸为0.60。2m(宽长),加载图式如图21所示图图2-12-1 汽车超汽车超2020级加载图式级加载图式按其中最重的车辆计算,如图2-2所示图图2 22 2 汽车超汽车超2020级加载图式级加载图式2)9m3的混凝土罐
10、车1台9m(考虑冲击系数1。3满载后65t)的混凝土罐车车辆及荷载平面和立面如图23所示3)挂车-80级3加载图式如图24所示图图2 24 4 挂车挂车-80-80级加载图式级加载图式2.32.3 人群荷载人群荷载人群荷载为4kN/m2图图2-32-3 砼罐车平立面及加载图式砼罐车平立面及加载图式第第 3 3 章章 纵梁计算纵梁计算3 3。1 1 纵梁最不利荷载确定纵梁最不利荷载确定其荷载分析如下:1)自重均布荷载:2.512+2.873=5.385kN/m(面板+加劲肋纵梁),对于每根纵梁的均布荷载为0.224 kN/m2)人群荷载:不同时考虑3)I14加劲肋间距为25cm,横向分配梁间距为
11、1。5m,纵梁受力计算按照跨径为1。5m的5跨连续梁进行验算4)汽车轮压汽车超20级轮压:车轮接地尺寸为0。6m0.2m,纵梁间距0。25m,0.2520.6,故每组车轮压在3根I14上,考虑冲击系数1。3,则单根I14承受的荷载按照集中力计算为1。3140 kN23=30。3kN;4砼罐车轮压:车轮接地尺寸为0.5m0。2m,每组车轮压在3根I14上,已经考虑汽车冲击系数1。3,则单根I14承受的荷载按照集中力计算为250kN23=41.7kN;挂车-80级轮压:车轮接地尺寸为0。5m0。2m,纵梁间距0.25m,0.252=0。5,故每组车轮压在3根I14上,考虑冲击系数1。3,则单根I1
12、4承受的荷载按照集中力计算为1.3200 kN43=21.7kN;对比上面3种车辆荷载,得出砼罐车作用时,纵梁加劲肋纵梁受力最不利。故:I14梁的验算选择罐车进行控制验算,则单边车轮布置在跨中时弯距最大,纵梁上面的钢板均布荷载为2。512/17=0。15kN/m3 3。2 2 纵梁计算纵梁计算1)当罐车的后轮作用在两横梁中间时,纵梁弯矩最大。“路桥施工计算专家(RBCCE)软件计算模型如图3-1所示图图3 31 1 纵梁计算模型纵梁计算模型模型中25 kN是根据轴重成比例分配得到,即其中单元截面性质如表31所示表表3-13-1 模型各单元特性表模型各单元特性表计算结果如图3-2和图33所示:图
13、图3-23-2 纵梁弯矩图和剪力图纵梁弯矩图和剪力图图图3-33-3 纵梁变形图纵梁变形图根据计算结果可知:(1)最大弯曲应力122.11MPaw=145MPa,满足抗弯强度要求;(2)当后轮压在两横梁中央时剪力为34。61kN,而当后轮压在两横梁处时剪力为41.7kN,剪应力=VS/Ib,其中剪力取V=41.7kN,I/s=12cm,腹板厚b=5。5mm,代入得=41。71000/(1205。5)=63。2MPa=85MPa,满足抗剪强度要求;(3)最大位移1.354mmL/400=1500/400=3。75mm,满足刚度要求。2)当罐车的后轮作用在横梁处时,纵梁受到的剪力最大。RBCCE计
14、算模型如图34所示图图3-43-4 纵梁计算模型纵梁计算模型2 2计算结果如图35所示图图3 35 5 纵梁计算结果纵梁计算结果5根据计算结果可知:(1)最大弯曲应力77.47MPaw=145MPa,满足抗弯强度要求;(2)纵梁最大剪力为42.3kN,剪应力=VS/Ib,其中剪力取V=42.3kN,I/s=12cm,腹板厚b=5。5mm,代入得=42。31000/(1205.5)=64。1MPa =85MPa,满足抗剪强度要求;(3)最大位移0。669mmL/400=1500/400=3。75mm,满足刚度要求。由计算可见:由计算可见:I14I14工字钢作为纵梁工字钢作为纵梁,间距间距0.25
15、m0.25m可以满足受力要求。可以满足受力要求。第第 4 4 章章 横梁计算横梁计算4 4。1 1 横梁最不利荷载确定横梁最不利荷载确定由于车辆是压在大桥面板上,故认为车辆荷载传递到横梁上时是均衡传递的,认为车辆最前后轴距间的横梁承担车辆集中荷载,这是偏于安全考虑的,对比三种车辆荷载作用下单根横梁受力见表41:表表 4-14-1 三种车辆荷载作用下单根横梁受力三种车辆荷载作用下单根横梁受力车辆荷载汽车超 20 级砼罐车挂车-80 级前后轴距和(m)12.85。56.4分配横梁根数总轴重(kN)单根横梁承受(kN)83455065080068.75216.67216.67200从表中可以看出,砼
16、罐车荷载作用下,对横梁的受力最不利。4 4。2 2 砼罐车荷载下横梁检算砼罐车荷载下横梁检算荷载分析:(1)桥面钢板面荷载为0。628 kN/m2,纵梁面荷2。873/24=0.12kN/m2,总0。628+0.12=0。75 kN/m,换算成均布线荷载为:0.751.5=1。13kN/m(2)人群荷载:不考虑与汽车同时作用(3)轮压荷载:按砼罐车轮压计算62车辆行进在桥横向中间时,横向分配梁的弯矩最大,轮压力为简化计算可作为集中力,RBCCE计算模型如图41所示:图图4-14-1 横梁计算模型横梁计算模型1 1各单元特性如表4-2所示表表 4-24-2 横梁模型各单元特性横梁模型各单元特性计
17、算结果如图42和4-3所示图图4-24-2 弯矩图和剪力图弯矩图和剪力图变形图如图5-3所示图图4-34-3 横梁变形图横梁变形图由计算结果图可见(1)弯曲正应力=103。59MPa=145MPa,满足抗弯强度要求;(2)剪力263。78kN,剪应力=VS/Ib其中剪力V=263。78 kN,I/s=34。1cm,腹板厚b=10。5mm,代入得=263。781000/(34110.5)=73。7MPa=80MPa,满足抗剪强度要求;(3)最大位移1。764mmL/400=4000/400=10mm,满足刚度要求。当65T罐车后车轮单个车轮布置在桥面边缘时剪力最大,RBCCE计算模型如图4-4所
18、示:图图4-44-4 横梁计算模型横梁计算模型2 2计算结果如图45所示图图4 45 5 横梁计算结果横梁计算结果2 2(1)最大弯曲应力71.73MPa=145MPa,满足抗弯强度要求;(2)最大剪力为196。83kN,剪应力=VS/Ib其中剪力V=196。83kN,I/s=34。1cm,腹板厚b=10.5mm,代入得=196.831000/(34110。5)=55.0MPa=80MPa,满足抗剪强度要求;(3)最大位移1。411mmL/400=4000/400=10mm,满足刚度要求。由计算可知由计算可知,横梁满足各项受力要求横梁满足各项受力要求,是安全的是安全的。第第 5 5 章章 24
19、m 24m 跨贝雷架计算跨贝雷架计算5 5。1 1 荷载计算荷载计算贝雷架为主要承重结构,由两榀构成,每榀由3排组成,每排由8节标准贝雷桁架节构成.如图5-1所示:图图5 51 1 桥跨布置桥跨布置7荷载分析:1)自重均布荷载:根据前面的计算可知均布荷载为:q=2。512+2。873+3.258+5.74=14。383kN/m2)人群荷载:不考虑与车辆同时作用;3)车辆荷载:按挂车-80验算;5.25.2 挂车挂车-80-80级荷载下贝雷架计算级荷载下贝雷架计算为简化计算,贝雷架的上承受的荷载有集中荷载和均布荷载,均布荷载为桥面系和贝雷架自重,集中荷载为车辆荷载,集中荷载按挂车-80级计算,计
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