栈桥受力验算

钢栈桥及钻孔平台受力验算书XX桥钢栈桥及钻孔平台受力验算一、钢栈桥及平台的搭设规模及结构形式钢栈桥长度为200m，宽度为8m，沿平行于道路设计中心线方向下游修建， 然后沿垂直于主桥纵线方向修建桩基施工平台。栈桥两侧设栏杆，上部结构采用型钢结构。纵梁选用“321”型贝雷架，栈 桥主要由钢管桩、贝雷梁和型钢分配梁组成。自下而上依次为0 630mmX8mm钢 管桩三排，横向间距为4m，纵向间距12m，深入土层18m；三拼I40b工字钢下 横梁，长为9m；纵梁选用“321 ”军用贝雷梁10排(间距0.9m)，每跨跨度详见 附图，20*20cm方木满铺，其中每隔3米铺9m长20b工字钢，栈桥共设置两个 行车道，每行车道按罐车轮距(按1.86米计算)铺两行3mm压花钢板。中间12m 设计开启桥。施工平台结构形式与标准段一样。自下而上依次为0 630mmX 8mm钢管桩， 三排横向间距为4m，纵向间距7.5m-10.5m；三拼I40b工字钢下横梁，长为9m； 纵梁选用“321”军用贝雷梁8排，20*20cm方木满铺，其中每隔1米铺9m长20b 工字钢。二、受力验算(一)计算参数取值1、钢材密度取7.85t/m3，钢材弹性模量E=2.1x105Mpa，泊松比取0.3。木材 弹性模量E=9x103Mpa。2、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值=205Mpa，抗剪强度设计值T =120Mpa； 321贝雷片允许弯矩M0=975KN.m，容许剪力为245KN。3、主要计算构件的截面特性主要计算构件截面特性表构件截面积A(cm2)惯性矩Ix (cm4)截面模量 Wx(cm3)回转半径r(cm)钢管桩156.375612.42400.421.99I40b94.07227811139I20b39.552502250.2贝雷桁片2505003340二简支梁衰2 -3$ =手；* -干la - 十2 值见表 1-11a、b ,c见各栏图中所示（二）栈桥栈桥在施工及使用期间存在以下几种工况：第一种工况：搭设栈桥时，已搭设完成的栈桥上承受1台80吨履带吊吊7 吨振动锤，重117吨；第二种工况：浇筑水中墩基础及下部结构式，栈桥上走行满载砼总重为38 吨的罐车；第三种工况：箱梁架设时，栈桥上走行运有90吨重箱梁的平板运输车，车 与梁总重130吨；第四种工况：架设钢箱梁时，80吨履带吊通过栈桥走行至吊梁平台（另设） 进行吊梁作业（吊车不在栈桥上进行吊梁作业）。虽然第三种工况总荷载最大，但因为箱梁分段长度均在15m以上，加上运梁 车长度，第三种工况的荷载其实分配在2跨栈桥上。因此，栈桥的最不利工况为 第一种工况，栈桥承受最不利荷载为1台80吨履带吊吊7吨振动锤，重117吨。1、贝雷梁：栈桥贝雷梁最不利受力情况为1台80吨履带吊位于跨中位置时，此时贝雷 梁承受的总荷载如下：每跨贝雷梁自重：G=270*40+40*9*4=12240kg=12.24t；1每跨贝雷梁上方木及20b工字钢重量：G =0.2*8*12*500+31.1*9*4=10719.62kg=10.72t；其上的压条、压花钢板、栏杆等按每跨1.2吨计算；栈桥自重线荷载 q=（12.24+10.72+1.2）/12=2.01t/m=20.1KN/m;按单跨简支梁计算，自重引起的跨中弯矩M=0.125q=0.125*20.1*122二1361.8KN m。计算简图如下：80t履带吊加振动锤重117t,履带接地长度6m,则线荷载q=117/6=19.5t/m=195KN/m;计算简图如下，即图中 a=3m, c=6m, l=12m, q=195KN/m：AC 段：V,=号;CD: VK = Cc- - 2x - a)AC a： M,-号 1WllHI FCD 段：Mk *2or -了-。），； 皿=晋（2 - y）AC段： = -尸-12营）；CD 段: 矗+蚯=一 =矗（3-尹）AC 段：.人=（3 -尸-4沔；CDt /.=盈（3-尸-4曲+ 弋产Z）；A1 没-+ /）考虑到荷载在贝雷梁上的分配不均，取分配系数为0.8。履带吊引起的跨中弯矩M =2632.5KN - m;2则跨中总弯矩 M=M +M =361.8+2632.5=2994.3KN . m； 12单排贝雷梁截面模量 W=3340cm3,故 M/W=2994.3*103/（3340*10）=89.6N/mm2W205MPa*0.8=164MPa。挠度：自重引起的挠度f =1.1mm；1履带吊引起的挠度：f =7.1mm；2则跨中总挠度 f=f1+f2=8.2mm12000/500*0.8=24mm*0.8=19.2mmo剪力：321贝雷片单片容许剪力为245KN,则栈桥贝雷片总允许剪力Vmax=245*10*0.8=2450KN*0.8=1960KN。支座处剪力最大，剪力 V=705.6KNV =1960KN。max2、方木80t履带吊履带宽度80cm，方木跨度为90cm (贝雷梁排距90cm)，可以按全 跨均布线荷载考虑。每根方木须承受荷载Q=1170/(2*30)=19.5KN，线荷载 q=19.5/0.9=21.7KN/m,按单跨简支梁计算，则跨中弯矩M=0.125q=2.19KNm， 20*20cm 方木截面模量 W=203/6=1333.3cm3，M/W=1.64N/mm211N/mm2；挠度：I=204/12=1.333*104cm4，f=1.302*q*l4/(100EI)=1.3 02*21.7*9 004/ (100*9X 103*1.333*108)=0.2mm900/500 = 1.8mm。剪力：20*20cm 方木最大允许剪力 V =200mm*200mm*1.7N/mm2=68000N=68KN， 实际承受剪力 V=0.5ql=0.5*21.7*0.9=9.8KNVm =68KN。3、分配横梁分配横梁最不利情况为吊车位于钢管桩顶时，此时最大弯矩出现在中墩支座 处，横梁自重、贝雷梁及桥面方木重量G=2.22*9+24.2*12=310.38KN；1履带吊重量G=1170KN；2横梁总荷载 G=310.38+1170=1480.4KN；则横梁线荷载q=1480.4/8=185.0KN/m；按双跨简支梁计算：两等跨连续梁的内力和挠度系数字号荷 载 图跨内最大弯矩支座弯矩曹力跨度中点挠度1的虬Qk。此。吨。：fh.11111 /IL丛AL_一一10.070Q.070-0,125- 0,375-0.6250.625-0. 3750.5210,521此时中墩支座处横梁弯矩 M=0.125ql2=0.125*185.0*42=370KN - m，M/W=3 7 0*103/ (1139 . 0*3) =108 . 3MPaW205MPa。挠度：跨中挠度 f=0.521*q*l4/(100EI)=0.521*185.0*40004/(100 *2.1*105*2 2 781*104*3)=1.8mm4000/500=8mm。剪力：实际最大剪力在中间钢管桩顶，V=0.625ql=0.625*185.0*4=462.5 KN，则横梁剪应力T =462.5*103/ (94*3*102)=16.4MPaT =120Mpa。4、钢管桩承载能力：钢管桩打入深度18m；钢管桩承载能力容许值按以下公式计算:Ra=1/2* u * a （L*q）式中，Ra单桩轴向受压承载力容许值（KN）；u钢管桩周边长度（m）；L钢管桩的入土深度（m）；q土单位面积的动摩阻力（KPa）；a桩侧摩阻力影响系数，取1.0；则单桩承载力容许值：Ra =0.5X（0.63X3.14）X 1.0X （34X5.7+46X 1.1+48X5.3+50X3.7+56X1.4+54X0.8） =796.6KN;按照地质勘察报告中Q6孔数据，如下:地层编号地层名称层底标高（m）层厚（m）桩侧土的摩阻力 标准值（KPa） 1粉质粘土-11.305.734粉质粘土-12.401.146 1粉质粘土-17.705.348 1粉质粘土-21.403.750 2粉砂-22.801.456 3粉质粘土-26.904.154钢管桩自重28KN，钢管桩承受的最大荷载F=462.5+28=490.5KNRa=796.6KN,满足要求。压杆稳定：便桥车辆荷载的制动力。车辆行驶速度要求不大于10km/h，同时制动力可 经栈桥上部结构分配，计算中不考虑便桥梁部与桩顶的摩擦力，故对制动力在验 算中不做考虑。河道的水流对桩身冲击力，采用公式:F=KrAv2/2gK=0.8，r 为水的容重 9.8KN/m3，V=2.0m/s。F1=0.8*9.8*0.99*8.2*2.02/ （2*9.8） =13.0KN（河道水流冲击力）作用于水深1/3处（标高-1.23m）。取:计算水面高程+1.5m, 河床标高-6.7m,水深8.2m，河道流速取2.0m/s。河道漂浮物如冰块对桩身的撞击力。采用公式F=Wv/gtF=500*9.8*2.0/9.8*1=1KN(漂浮物撞击力)作用于水面。取计算水面高程 2+1.5m,河道流速取2.0m/s,河道漂浮物的撞击力计算中取漂浮物重量500kg。便 桥施工及使用阶段，应对河道中较大的漂浮物体采取必要的拦截措施，以保证便 桥的安全。尤其注意防止较大(100cm*100cm*50cm以上)冰棱的撞击。因为钢管桩打设时不是理论上的完全竖直状态，所以取钢管桩存在1%的倾 斜度时，钢管的弯矩 M604.3* (1%*L) =490.5*(0.01*12.46)=61.1KNm,L 为 桩顶至钢管桩反弯点的长度，本次计算取桩顶至有效嵌固深度位置的长度，即 L=1+8.2+3.26=12.46m。水流产生的弯矩 M=13* (8.2*2/3+3.26) =13*8.7=113.1KN m；1漂流物产生的弯矩 M=1* (8.2+3.26) =11.46KN m；2则此状态下钢管桩承受的偏心弯矩M=61.1+113.1+11.46=185.7KNm。钢结构设计规范5.2.2条对压弯构件稳定性的验算公式如下：5.2.2弯矩作用在对称轴平面内(绕/轴)的实腹式压弯构件，其稳定性应按下列规定计算：1弯矩作用平面内的稳定性：马 + (53.2-1)湛“(1一0.8 鑫)式中 N所计算构件段范围内的轴心击力；NZ参数，N=yEA/(l. W)；R 弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；M,一所计算构件段范围内的最大弯短；一 在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量；际 等效弯矩系数，应按下列规定采用：1) 框架柱和两端支承的构件： 无横向荷载作用时麻,=0.65+0. 35箫 M 和M2为端 弯矩,使构件产生同向曲率(无反弯点)时取同号;使构件 产生反向曲率(有反弯点)时取异号J | | M2 | ； 有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率时，=使构件产生反向曲率时，如=。85； 无端弯矩但有横向荷载作用时：凡 = 1.0。2) 悬臂构件和分析内力未考虑二阶效应的无支撑纯框架和 弱支撑框架柱，队、= 1.0。其中单桩实际最大荷载N=490.5kN；气一轴心受压杆件稳定系数，按细长比入二L/i=12470/220=56.7，查表得哲0.829。L取钢管桩顶至钢管桩在河床中的有效嵌固深度位置的长度。钢管桩顶标高 取为2.5m，河床面标高最底为-6.71m，有效嵌固深度值为：2(d+1)=2X (0.63+1) =3.26m，则 L=2.5+6.71+3.26=12.47m。A-立杆截面积：(p 630*8mm 钢管为 156.3cm2； p 广1.0； M =185.7KN m；Y =1.15； W=2400.4cm3； N =3.142*2.1*105*156.3*102/(1.1*56.72)=9151.2KN。n |_Wn：)=490.5*103/(0.829*156.3*102)+1.0*185 . 7*106/1.15 *24 00. 4*103*1-0.8*(490.5/9151.2)=108.1N/mm2Wf=190MPa。故单桩稳定性符合要求。5、移动荷载影响线以80吨履带吊吊7吨振动锤作为栈桥纵梁承受的移动荷载，做出当吊车重 心位于不同位置时栈桥纵梁跨中位置弯矩Mc的影响线如下：由上述栈桥跨中弯矩M影响线图可以得出，当履带吊重心位于跨中位置时， c纵梁承受弯矩最大，为2994.3KNF，弯矩最大位置为跨中。因此，本计算书将1 台80吨履带吊吊7吨振动锤位于跨中位置时做为栈桥贝雷梁最不利受力情况是 符合实际的。以80吨履带吊吊7吨振动锤作为栈桥面板(20*20cm方木)承受的移动荷 载，做出当吊车履带中线位于方木不同位置时面板跨中位置弯矩Mc的影响线如 下：由上述面板跨中弯矩M影响线图可以得出，当履带吊履带中心线位于跨中 c位置时，面板承受弯矩最大，为2.19KNF，弯矩最大位置为跨中。因此，本计算书将履带吊履带中心线位于跨中位置时做为面板最不利受力情况是符合实际 的。(三)钻孔平台钻孔平台承受最不利荷载为1台80吨履带吊吊7吨振动锤，自重117吨。1、贝雷梁钻孔平台最大跨径10.5m，此处仍按12m计算，计算结果偏安全。最大弯矩M=2994.3KNm,单排贝雷梁截面模量W=3340cm3,故M/W=2994.3 *103/(3340*8)=112.1N/mm2W205MPa。挠度：自重引起的挠度 f =1.302*q*l4/(100EI)=1.302*20.1*120004/(100 1*2.1*105*2 5 0 5 00*104*8)=1.38mm；履带吊引起的挠度：f=8.88mm；2则跨中总挠度 f=f1+f2=10.26mm12000/500=24mmo剪力：321贝雷片单片容许剪力为245KN,则栈桥贝雷片总允许剪力Vmax=245*8=1960KN。支座处剪力最大，剪力 V=705.6KNVm =1960KN。2、方木80t履带吊履带宽度80cm，方木跨度为200cm，每根方木须承受荷载Q=1170/(2*30) =19.5KN，线荷载q=19.5/0.8=24.4KN/m，按单跨简支梁计算，计算简图如下，其 a=0.6m， c=0.8m，l=2.0mq=24.4KN/m：& = Rb =专AC段：匕=专:CD段：Vj| = -|-Cc2(x-a)JIIIIIIThvAC 段：M、-号CD 段:Mt = or=晋(2 - /)AC段：如=- T2 - 12营)；矗I*+籍土尔=-% =黯(3)AC段：A =-CD段|人寻若(3 -尸一捋) + 2匕/)端(8-”勺)履带吊引起的跨中弯矩M=7.8KN - m;20*20cm方木截面模量W=203/6=13 3 3 .3cm3， M/W=5.9N/mm211N/mm2；20*20cm方木惯性矩I=a4/12=204/12=1.333*104cm4，履带吊引起的挠度： f=2.5mm2000/500=4.0mm剪力：20*20cm 方木最大允许剪力 V =200mm*200mm*1.7N/mm2=68000N=68KN, 实际承受剪力 V=0.5Q=0.5*19.5=9.8KNVm =68KN。3、分配横梁分配横梁受力优于栈桥，不再进行验算。4、钢管桩钢管桩承受荷载与栈桥相同，不再进行验算。(四)开启栈桥开启栈桥关闭时，承受荷载与12m跨标准段栈桥相同，不再进行验算。1、提升门架贝雷梁们Th 开启栈桥开启时，栈桥部分重量G=30.2吨=302KN，由4个卷扬机提升，卷 扬机自重取10KN，则贝雷梁在每个卷扬机位置荷载P=302/4+10=85.5KN，计算简 图如下，其中 a=1.5m，l=12m，P=85.5KN：AC 段：V = PCD段；虬=0AC 段：M, = &CD 段：= M心=PaAC 段：-昙 f2)CD 段：乳=-26)最大弯矩M=Pa=85.5*1.5=128.3KN m，单排贝雷梁截面模量W=3340cm3,故M/W=128 . 3*103/(3 3 40*2)=19 . 2N/mm2W205MPa。最大挠度 f=2.1mm15000/500=30mm剪力：321贝雷片单片容许剪力为245KN，则栈桥贝雷片总允许剪力Vmax=245 *2=490KN。卷扬机处剪力最大，剪力V=85.5KNV =490KN。2、门架贝雷梁下双拼40b工字钢贝雷梁重量为35.6KN，工字钢跨中集中荷载P=(35.6+85.5*2)/4=51.7KN。最大弯矩 M=Pl/4=51.7*2/4=25.9KN m,M/W=25.9*103/2280=11.4MPaW205MPa。最大挠度 f=Pl3/ (48EI) =0.1mm2000/500=4mm。剪力：允许剪力Vma94. 07*102*2*120=2 2 5 7 . 7KN。支座处剪力最大，剪力 V=51.7/2=25.9KNV =2257.7KN。3、提升门架立柱开启部分重量由16根立柱分担，门架上40b工字钢总重23.6KN，每根立柱 荷载 P=(302+10*4+35.6*2+23.6)/16=27.3KNRa偏心受力：河道的水流对桩身冲击力F1=13.0KN，(河道水流冲击力)作用于水深1/3处 (标高-1.23m)。河道漂浮物如冰块对桩身的撞击力F=1KN(漂浮物撞击力)作用于水面。2因为钢管桩打设时不是理论上的完全竖直状态，所以取钢管桩存在1%的倾 斜度时，钢管的弯矩 M0=65.5* (1%*L) =70*(0.01*21.46)=14.1KN m,L 为桩顶 至钢管桩反弯点的长度，本次计算取桩顶至有效嵌固深度位置的长度，即 L=10+8.2+3.26=21.46m。水流产生的弯矩 M=13* (8.2*2/3+3.26) =13*8.7=113.1KN m；1漂流物产生的弯矩 M=1* (8.2+3.26) =11.46KN m；2则此状态下钢管桩承受的偏心弯矩M=14.1+113.1+11.46=138.7KNm。钢结构设计规范5.2.2条对压弯构件稳定性的验算公式如下：1弯矩作用平面内的稳定性:(5. 2. 2-1)其中单桩实际最大荷载N=32.8kN；气一轴心受压杆件稳定系数，按细长比入=L/i=21470/220=97.6，查表得 哲0.603。L取钢管桩顶至钢管桩在河床中的有效嵌固深度位置的长度。钢管顶标高取 为11.5m，河床面标高最底为-6.71m，有效嵌固深度值为：2 (d+1)=2X (0.63+1) =3.26m，则 L=11.5+6.71+3.26=21.47m。A-立杆截面积：(p 630*8mm 钢管为 156.3cm2； p “ =1.0； M =138.7KN m；Y =1.15； W=2400.4cm3； N =3.142*2.1*105*156.3*102/(1.1*97.62)=3088.5KN。N *8，二32 . 8*103/(0. 603*156. 3*102)+1.0*138.7*106/1.15注入阻(1 0, 8*24 00. 4*103*1-0.8*(32.8/3088.5)=54.2N/mm2Wf=190MPa。故单桩稳定性符合要求。计算结果表明，本钢栈桥及钻孔作业平台的钢管桩基础、贝雷梁、工字钢、 方木的布距及结构形式均可满足结构及其施工应力要求，整体结构的稳定性好， 能够保障施工作业安全。