福建特大桥钢栈桥施工设计计算书.pdf

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1、.莆田联十一线 A5 标三江口特大桥 钢栈桥施工设计计算书 1.设计依据 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)钢结构设计规范（GB50017-2003）港口工程设计荷载规范（JTJ215-98）黄绍金 刘陌生 装配式公路钢桥多用途手册 路桥施工计算手册（人民交通出版社）ISBN 7-114-03855-0 水文、地质、潮汐、气象资料：木兰溪水文资料：Q=3520m3/s，H1%=3.70m，V1%=1.05m/s。简要地质资料：1-

2、1 素填土（Q4ml）；1-3 耕值土（Q4ml）；3-1-1淤泥（Q4ml-m），=55kpa；3-2 淤泥质黏土（Q4ml-m），=70kpa；3-3 粉质黏土（Q4ml-m）,=200kpa；3-4 粉砂（Q4ml-m）,=110kpa；3-5 中砂（Q4ml-m），=300kpa；3-8 卵石（Q4ml-m），=550kpa；6-1 全风化花岗岩(52),，=350kpa；6-2-1 砂土状强风化花岗岩（52），=450kpa；6-2-2 碎块状强风化花岗岩（52）,=750kpa；6-3 中风化花岗岩（53），=1800kpa；6-4 微风化花岗岩（53），=3800kpa。根据勘察

3、地质资料，桥址地面下 20m 范围内主要为冲海积层，下伏基岩为燕山晚期花岗岩及其风化层。2.设计参数 设计控制荷载：A、50t 履带吊机，吊重 20t B、主梁运输车，重 100t C、40t 混凝土罐车 设计使用寿命：3 年 桥面宽度：8m；桥面标高：+6m；设计车速：15km/h；.3.设计说明 施工栈桥负担三江口特大桥主桥以及部分引桥施工中的材料、机械、混凝土、主桥钢梁等的运输功能，同时也作为钻孔平台施工过程中的起始平台。3.1 栈桥桥型布置 栈桥总长为 593m，荔城侧第一跨为 24m，其他为标准桥跨 9m，布置为 4 跨一联（9x4=36m），栈桥桥面宽 8m，钢栈桥均布置在线路右侧

4、。3.2 结构说明（1）下部结构 钢栈桥基础采用钢管桩，9m 跨栈桥基础连续墩采用 63010mm 螺旋钢管，24m 跨栈桥基础采用 82010mm 螺旋钢管，连续墩采用单排桩，横桥向布置 3根，间距 3.15m；制动墩采用 52910mm 双排桩，横桥向布置 3 根，钢管桩横桥向间距 3.15m，纵桥向间距 1.8m。钢管桩间用槽钢横向连接，以提高稳定性。钢管桩顶采用双拼 40a 工字钢作为横梁，横梁长度为 9m。（2）上部结构 栈桥主梁采用 321 贝雷梁，贝雷梁单跨跨度为 9m、24m，横桥向布置 4 组，每组 2 排，排间距为 90cm，两组贝雷梁间间距 1.2m，24m 跨贝雷梁底板

5、用加强弦杆加强。栈桥桥面板采用板厚 20cm 预制钢筋混凝土桥面板，桥面板采用 C30 混凝土。栈桥总体布置图、连续墩断面图及制动墩断面图见附件。3.3.荷载参数（1）基本可变荷载 汽车荷载：混凝土罐车、主梁运输车等，考虑最大重车 100t（主梁运输车），不允许 50t 以上重车会车。根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）表4.3.1-3 规定，其技术指标如下：项目 单位 技术指标 项目 单位 技术指标.车辆荷载的主要技术指标 车辆立面布置图 车辆平面布置图 本栈桥通行重车取相同轮距，荷载比例扩大，则为 55KN、440KN、510KN。50t 履带吊荷载:自重 50t，起吊作业

6、 20t。接触面积为 24660760mm2（2）其他可变作用 行人荷载：2.5kN/m；管道荷载：2.0kN/m；风载：最大风力按 12 级考虑，风速为 32.6m/s。风载按公路桥涵设计通用规范进行计算，013whdwhFK K K W A 其中：00.75K（按施工架设期间取值）；车辆重力标准值 KN 550 轮距 m 1.8 前轴重力标准值 KN 30 前轮着地宽度及长度 m 0.3 x 0.2 中轴重力标准值 KN 2 x 120 中、后轮着地宽度及长度 m 0.6 x 0.2 后轴重力标准值 KN 2 x 140 .11KK0.451.2=0.54（桁架风载系数）；31.4K（按最

7、不利地形地理条件选取）；21.08K（按 A 类地表，离地面或水面 5m 计）；51.38K（按 A 类取阵风风速系数）；22ddrVWg，0.00010.00030.0120170.0120170.01201Zree 12 级风载时：0.00010.00030.0120170.0120170.01201Zree 2501.08 1.38 32.6/48.6/dVK K Vm sm s 求得:220.01201(48.6)1.45()22 9.81ddrVWkPag 单片贝雷片及桥面板迎风面积：20.40.4 1.5 3.01.8()whAAm；风载为：0130.75 0.54 1.4 1.4

8、5 1.81.677()whdwhFK K K W AkN 每联栈桥风载水平力为：12 1.66720.004FkN 假定风载作用点在冲刷线上，钢管桩在冲刷线上的长度为 10m。320.004 10200.04.MKN m 水流力：水流流速 1.05m/s，水流力为22rVRKAg,K水流阻力系数，桩为圆形，取 0.63；r水容重，取 10kN/m；V水流速度；g重力加速度，取 9.8m/s；A单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积；栈桥钢管桩水中长度 h=10m，水面流速为 1.05m/s,河床处流速为 0m/s。水流力0.63 10 1.05 1.05 100.3121.12 9.8RKN

9、 冲刷线以上桩长 H=10m，作用点位于桩顶 1/3H.41.1(10 10/3)7.3.MKN m 4、主要材料设计指标 根据钢结构设计规范（GB50017-2003)以及 装配式公路钢桥多用途使作手册主要材料的设计指标如下 材料名称 材质 抗弯拉极限应力w（MPa）抗剪极限应力（MPa）一般型钢构件 Q235 215 125 贝雷梁 16Mn 273 208 5、混凝土桥面板计算 混凝土桥面板宽 2m，长 8m，厚 0.2m，按单向板计算。汽车荷载两个后轴间距 1.4m，小于桥面板宽 2.0m，按一块板承受两个后轴车轮计算。荷载计算 汽车荷载轮压 q=1.4x255/2/0.6/0.2=1

10、487 KN/m2（控制设计）履带吊机着地压力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=138.6 KN/m2 内力计算 由于 55t 汽车荷载控制设计，本算单以此为例计算。根据栈桥断面布置图，桥面板最大跨度为 1.2 米。轮宽 20cm，考虑按 45扩散角，板有效宽度 0.6m，计算简图如下：.计算得：Mmax=40.2 KN.M Qmax=89.3 KN 配筋计算 桥面板有效宽度 b=600 mm(考虑按 45扩散角，板有效宽度 0.6m)梁高度 h=200 mm，as=20 mm，as=20 mm h0=180 mm 梁自重 3 KN/m 混凝土选用 C30，fc=14.3 N/mm

11、2 a1=1 ft=1.43 N/mm2 b1=0.8 钢筋选用 HRB335 级钢 fy=fy=300 N/2 b=0.55 A、单筋矩形截面在纵向受拉钢筋达到充分发挥作用或不出现超筋破坏所能承受的最大弯矩设计值 Mmax =106.7 KN.M B、单筋矩形截面已知弯矩求配筋 M 实际=40.2 KN.M 673.19mm2 （需要的钢筋截面积）取钢筋直径 16 mm，实取 4 根 实际配筋面积 AS=804.25 2 满足构造及受力要求。抗剪计算 混凝土桥面板截面抗剪如下：V=0.7hftbh0=108 KN Q=98KN 满足构造及受力要求)5.01(201max,bbcubhfM)2

12、(12001bfMhhfbfAcycS.6、栈桥结构验算 栈桥的设计荷载按以下两种方式组合：工况一：1.2 倍自重荷载+1.4 倍主梁运输车汽车荷载，其中汽车荷载考虑1.3 倍的冲击系数。工况二：1.2 倍自重荷载+1.4 倍履带吊荷载，其中履带吊荷载考虑 1.3 倍的冲击系数。栈桥的设计验算按 9m 跨、24m 跨分两次验算，本次验算通过 MIDAS/Civil结构分析软件计算完成。6.1、9m 标准跨栈桥验算 下图为两跨 9m 跨度栈桥的 Midas 分析模型图 图 6.1 栈桥Midas 分析模型图 6.1.1、贝雷梁验算结果分析 （1）贝雷梁强度验算.图 6.2 工况一贝雷梁应力计算结

13、果 图 6.3 工况二贝雷梁应力计算结果图 由以上计算结果图可知，工况一下贝雷梁所受应力为 188MPa，工况二下贝雷梁所受应力为 135MPa。最大应力 188MPa w=273MPa。故贝雷梁强度满足要求。（2）贝雷梁扰度验算.6.4 工况一贝雷梁位移计算结果图 6.5 工况二贝雷梁位移计算结果图 由以上计算结果可知，工况一下贝雷梁最大扰度为5.5mm，工况二下贝雷梁最大扰度为 4.7mm。贝雷梁最大扰度 5.5mm f=L/400=22mm，故贝雷梁扰度满足要求。6.1.2、桩顶横梁验算结果分析 .（1）横梁强度分析 6.6 工况一横梁应力计算结果图 6.7 工况二横梁应力计算结果图 由

14、以上计算结果图可知，工况一横梁的最大应力为 79.8MPa，工况二横梁的最大应力为 62.2MPa。横梁所受最大应力 79.8MPa w=215MPa，故横梁强度满足要求。（2）横梁扰度分析.6.8 工况一横梁位移计算结果图 6.9 工况一横梁位移计算结果图 由以上计算结果可知，工况一和工况二横梁的最大位移均为 2mm。横梁最大位移 2mm f=L/400=7.8mm，故横梁扰度满足要求。6.1.3、钢管桩验算结果分析 （1）钢管桩强度分析.6.10 工况一钢管桩应力计算结果图 6.10 工况二钢管桩应力计算结果图 由以上计算结果可知，工况一与工况二钢管桩最大应力均为 13.5MPa。钢管桩所

15、受最大应力 13.5MPa w=215MPa，故钢管桩强度满足要求。（2）钢管桩稳定性分析.6.11 工况一钢管桩反力计算结果图 6.12 工况二钢管桩反力计算结果图 由以上计算结果可知，工况一钢管桩反力为 837KN，工况二钢管桩反力为676KN。取工况一钢管桩反力 837KN 为计算依据。a、钢管桩长细比.钢管桩规格为630*10mm，回转半径mdDi219.0422，钢管桩长度按 30m 计算，长细比0301370.219li=150，钢管桩长细比满足要求。b、钢管桩稳定性验算：查钢结构设计与计算 P520 页知：稳定系数0.357，A19400mm2，8371200.357 19400

16、NMPaAw=215MPa，钢管桩稳定性满足要求。（3）钢管桩承载能力分析 根据公路桥涵地基与基础设计规范沉桩的单桩轴向受压容许承载力：11()2nai iikrprkiRul qA q 钢管桩参数：钢管桩采用外径 D=630 mm，壁厚 d=10mm 钢管桩桩底投影面积 A=0.312m2 钢管桩周长 U=1.979m 土层摩阻力统计见下表：土层摩阻力统计表 编号 土层名称 土层厚度（m）桩侧土摩阻力标准值 (kPa)地基承载力基本允许值 (kPa)3-1-1 淤泥 15 12 55 3-8 卵石 3.6 180 550 6-2-1 砂土状强风化花岗岩 9.9 110 450 6-2-2 碎

17、块状强风化花岗岩 2.1 150 750 不计地基承载力，钢管桩长度按穿过淤泥层与卵石层，打入强风化花岗岩1m，打入深度共 19.6m。钢管桩单桩容许承载力：.111()1.979(15 123.6 1801 110)928.15122nai iikiRul qKN 由上面计算可知钢管桩最大反力 N=837kNaR=928.151KN 承载力满足要求。6.1.4、栈桥整体稳定性验算(1)、荷载分析 栈桥最不利受力为在最高潮水位时水流力、风荷载产生的同向倾覆弯矩，取一联栈桥（4 孔）进行整体稳定性分析。(2)、倾覆力 水流倾覆力矩：17.3 15109.5.MKN m 风力倾覆力矩：2200.0

18、4.MKN m 整体倾覆力矩：12309.54.MMMKN m(3)、抗倾覆力 水流力、风荷载产生的同向力矩作用下，栈桥有向水流方向倾覆的趋势，栈桥通过自身重量和钢管桩与土层的摩阻力产生的抗倾覆弯矩来保持栈桥稳定。栈桥外侧两根钢管桩横桥向间距为 6.3m,所以抗倾覆力臂取 3.15m。5 1216.53048244270183.22.61536843.151092837268MKNm (4)、整体稳定分析 栈桥整体稳定安全系数 37268k120.398309.54MM，满足整体稳定性要求。6.2、24m 跨栈桥验算 由上面 9m 跨栈桥验算结果可知，工况一较工况二对栈桥结构影响大，故本次只验

19、算工况一时栈桥的受力情况，下图为24m 单跨栈桥的 Midas 分析模型图。.图 6.13 栈桥Midas 分析模型图 6.2.1、贝雷梁验算结果分析 （1）贝雷梁强度验算 图 6.14 工况一贝雷梁应力结果图 由以上计算结果图可知，工况一下贝雷梁所受最大应力为 235MPa。.最大应力 235MPa w=273MPa。故贝雷梁强度满足要求.（2）贝雷梁扰度验算 图 6.15 工况一贝雷梁位移结果图 由以上计算结果图可知，工况一贝雷梁所受最大扰度为 18mm。最大扰度 18mm L/400=60mm。故贝雷梁扰度满足要求 6.2.2、桩顶横梁结果分析 （1）横梁强度分析 .图 6.16 工况一

20、横梁应力结果图 由以上计算结果图可知，工况一横梁所受最大应力为 155MPa。最大应力 155MPa w=215MPa。故贝雷梁强度满足要求 （2）横梁扰度分析 .图 6.17 工况一横梁位移结果图 由以上计算结果图可知，工况一横梁所受最大扰度为 7.5mm。最大扰度 7.4mm L/400=7.8mm。故贝雷梁扰度满足要求 6.2.3、钢管桩验算结果分析 （1）钢管桩强度分析 图 6.18 工况一钢管桩应力结果图.由以上计算结果可知，工况一钢管桩最大应力均为 18MPa。钢管桩所受最大应力 18MPa w=215MPa，故钢管桩强度满足要求。（2）钢管桩稳定性分析 6.19 工况一钢管桩反力

21、计算结果图 由以上计算结果可知，工况一钢管桩反力为 1222.2KN。a、钢管桩长细比 钢管桩规格为820*10mm，回转半径220.2894Ddim，钢管桩长度按 30m 计算，长细比0301030.289li=150，钢管桩长细比满足要求。b、钢管桩稳定性验算：查钢结构设计与计算 P520 页知：稳定系数0.536，A25729mm2，1222.288.60.53625729NMPaAw=215MPa，钢管桩稳定性满足要求。（4）钢管桩承载能力分析 .根据公路桥涵地基与基础设计规范沉桩的单桩轴向受压容许承载力：11()2nai iikrprkiRul qA q 钢管桩参数：钢管桩采用外径

22、D=829 mm，壁厚 d=10mm 钢管桩桩底投影面积 A=0.539m2 钢管桩周长 U=2.604m 土层摩阻力统计见下表：土层摩阻力统计表 编号 土层名称 土层厚度（m）桩侧土摩阻力标准值 (kPa)地基承载力基本允许值 (kPa)3-1-1 淤泥 15 12 55 3-8 卵石 3.6 180 550 6-2-1 砂土状强风化花岗岩 9.9 110 450 6-2-2 碎块状强风化花岗岩 2.1 150 750 不计地基承载力，钢管桩长度按穿过淤泥层与卵石层，打入强风化花岗岩3m，打入深度共 21.6m。钢管桩单桩容许承载力：111()2.604(15 123.6 1803 110)

23、150722nai iikiRul qKN 由上面计算可知钢管桩最大反力 N=1222.2kNaR=1507KN 承载力满足要求。6.2.4、栈桥整体稳定性分析 参考 9m 跨栈桥的稳定性分析。7、结论 经验算，钢栈桥的受力满足要求。现场实际施工中，对栈桥的某些主要部.位进行加强，提高栈桥的安全可靠性.施工中需注意以下事项：1、24m 跨栈桥必要时可在贝雷梁上面再用一层加强弦杆加强，使其强度更大，下扰度更小。2、桩顶横梁腰部用加劲钢板加强，钢板间距 40cm，桩顶处钢板间距加密为 10cm。3、栈桥横向每组贝雷梁用工字钢或槽钢连接，每跨贝雷梁至少用 2 根连接，提高贝雷梁的整体性。4、桩顶横梁设置在钢管桩槽口内，并在底部与钢管桩间焊接牛腿加固，且两侧与钢管桩用钢板焊接固定。