(详细荷载)栈桥计算书.doc

高速公路栈桥设计计算书二零一七年十月目 录1概述12设计规范及依据13设计条件14结构布置型式及材料特性14.1结构布置型式14.2材料特性25荷载计算35.1恒载35.2活载36桩嵌固点计算47主栈桥计算47.1工况分析47.2 工况与计算模型57.3计算结果汇总97.4钢管桩稳定性验算108钢管桩桩长计算119上部结构计算12临时工程栈桥设计计算书1概述。2设计规范及依据（1）主线及互通匝道初步设计图（2）初步设计阶段工程地质勘查报告 ；（3）港口工程荷载规范（JTS 144-1-2010）；（4）港口工程桩基规范（JTS 167-4-2012）；（5）海港水文规范（JTS 145-2-2013）；（6）钢结构设计规范（GB50017-2003）；（7）公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015) ；3设计条件1、栈桥设计边界条件引用初步施工图设计设计说明相关数据。2、主线栈桥设置在前进方向左侧。3、栈桥宽度按9米设计。4、栈桥荷载主要8方混凝土罐车、50t吊机、钢护筒重约30t，钢筋笼约20t，回旋钻机和旋挖钻机。4结构布置型式及材料特性4.1结构布置型式栈桥顶标高暂定+3.0m，宽9m。面层体系自上而下依次为桥面板、横向分配梁I22a。主纵梁采用321型单层9排贝雷片，承重梁采用2H6002001117型钢；栈桥下部结构采用桩基排架，排架横向桩间距3.825m，纵向间距12m，每60m设置制动墩，每120m设计伸缩缝，排架桩基采用6308mm。栈桥标准横断面4.2材料特性1) Q235钢材的强度设计值：弯曲应力 ,剪应力,2) Q345钢材的强度设计值：弯曲应力 ,剪应力,端面承压3) 321型贝雷特性：弦杆许用内力；竖杆许用内力斜腹杆许用内力5荷载计算5.1恒载结构自重。5.2活载5.2.1车辆荷载（1）10方混凝土罐车：载重时重量43t 总重：400 kN 轮距：1.8 m轴距：4.05 m +1.35m前轴重力标准值：70kN后轴重力标准值：2180kN前轮着地面积：0.30m0.20m后轮着地面积：0.60m0.20m车辆荷载布置与桥面考虑两辆车并排行驶，如下图所示：（2）80t履带吊通行；桩顶起吊，吊重30t，总重110t，侧吊考虑70%重量作用在同一条履带。履带着地面积：5. 5m0.8m 履带中心距：4.2m5.2.2汽车制动力纵向荷载考虑汽车制动力，根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)中4.3.5查得，汽车制动力为汽车荷载的10，此处栈桥按双车道设计，取水平制动力为KN，按单跨相邻两跨9根钢管桩分配制动力，每根桩的力为9.6KN，受力点位于桩顶部位。6桩嵌固点计算钢管桩嵌固点计算引用港口工程灌注桩设计与施工规程(JTJ_248-2001)计算公式4.3.1-1，4.3.1-2，。：桩的入土深度（m）：桩的相对刚度系数（m）：桩的弹性模量（），Q235钢：桩的截面惯性矩（），6308mm钢管桩 Ip=0.75610-3mm4 ：桩侧地基土水平抗力系数随深度增加的比例系数（），按港口工程灌注桩设计与施工规程表4.3.1取值。流塑粘性土，淤泥m取3000：桩的受弯嵌固点距泥面的深度（m）：系数，取1.82.2，当桩顶铰接或自由长度较大时取消值，这里取中位数2.0。6308mm钢管桩嵌固点计算：T=5EpIpmb0=2.09m，t=4.18泥面标高-0.5m，嵌固点标高-0.5-4.18=-4.68m，取5m。钢管桩入土深度L4T=8.36m，按弹性长桩考虑。7主栈桥计算7.1工况分析7.2.1 计算工况计算按二跨12米为模型，按两10方混凝土罐车和履带吊机分别作用，计算荷载工况如下：工 况荷载工况一自重+双罐车偏载作用边墩工况二自重+双罐车偏载作用跨中工况三自重+双罐车偏载作用中墩工况四自重+履带纵向偏载作用边墩工况五自重+履带纵向偏载作用跨中工况六自重+履带纵向偏载作用中墩工况七自重+履带横向偏载作用边墩工况八自重+履带横向偏载作用跨中工况九自重+履带横向偏载作用中墩考虑自重、罐车、履带吊、车辆制动力（仅罐车）。各工况荷载组合如下：正常工作期基本组合：1.2+1.4（+）1.2+1.4标准组合： +履带吊通行时罐车不通行。履带吊通行分别考虑作用在跨中（弯矩最大）及端部（剪力最大）贝雷上。7.2 工况与计算模型7.2.2 计算模型采用MIDAS计算，各构件均采用梁单元。一、主栈桥整体计算模型：12m跨单排墩分析模型双罐车偏载作用边墩双罐车偏载作用跨中双罐车偏载作用中墩履带纵向偏载作用边墩履带纵向偏载作用跨中履带纵向偏载作用中墩履带横向偏载作用边墩履带横向偏载作用跨中履带横向偏载作用中墩7.3计算结果汇总1）构件计算结果汇总构件类型工况一工况二工况三工况四工况五钢管桩6308组合应力(MPa)78.469.490.748.351.5弯矩 (kNm)97.375.295.79.915.8轴力(kN)630.4597.8800694.2702.3承重梁2H600200组合应力(MPa)44405132.435.2剪应力(MPa)30.230.740.434.431.912m跨贝雷弦杆轴力 (kN)95.4223.357.2305.8365.3竖杆轴力 (kN)113.283.797.1189.1131.5斜杆轴力 (kN)65.37649.8146.1129.9构件类型工况六工况七工况八工况九备注钢管桩6308组合应力(MPa)63.449.551.565.6基本组合弯矩 (kNm)2.4610.32.4轴力(kN)980.2743.5737.71017.2承重梁2H600200组合应力(MPa)43.455.755.569.3基本组合剪应力(MPa)52.135.637.650.812m跨贝雷弦杆轴力 (kN)96.6218.8269.5112.8标准组合竖杆轴力 (kN)181.1143.3107.4114.8斜杆轴力 (kN)103.679.5100.393.72）整体位移类别工况一工况二工况三工况四工况五竖向位移(mm)6.312.93.91520.9类别工况六工况七工况八工况九备注竖向位移(mm)4.912.015.75.6标准组合3）6308钢管桩反力（固结）类别工况一工况二工况三工况四工况五工况六工况七工况八工况九备注轴力(kN)459.1448.3592.7501.8515.6714.2539.9548.2747.9标准组合7.4钢管桩稳定性验算钢管桩6308：工况三下，最不利内力组合：N=800kN，M=95.7kNm工况九下，最不利内力组合：N=1017.2kN，M=2.4kNm钢管桩6308： A=15632mm2 Ix=0.756109mm4 Wx=2.4106mm3 i=220mm两端按铰接考虑，计算长度按L0=8000mm = L0/ i=36.4属于b类截面，查表得x=y=0.9121）弯矩作用平面内稳定计算：工况三：=NAx + mxMxxW1x(1-0.8N/NEX)=91.8Mpaf=215Mpa工况九：=NAx + mxMxxW1x(1-0.8N/NEX)=72.4Mpaf=215Mpa2）弯矩作用平面外稳定计算：工况三：=NyA+txMxbW1x=84.0Mpaf=215Mpa工况九：=NyA+txMxbW1x=66.1Mpaf=215Mpa钢管桩稳定性验算满足要求。8钢管桩桩长计算泥面标高参考初步设计阶段工程地质勘查报告。根据港口工程桩基规范（JTS16742012）第4.2.4条： 式中：Qd单桩垂直极限承载力设计值（kN）；单桩垂直承载力分项系数，取1.45；U桩身截面周长（m）；单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa）；桩身穿过第i层土的长度（m）；单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；CQZK35钻孔地质条件：岩土名称标高（m）桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)淤泥质粉质粘土-1.5-7.515粉砂-7.5-15.430淤泥质粉质粘土-15.4-33.21560粉质粘土-33.2-52.230120细砂-52.2-59.965200CQZK38钻孔地质条件：岩土名称标高（m）桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)淤泥质粉质粘土-0.47-7.8715粉砂-7.87-15.7730淤泥质粉质粘土-15.77-39.871560粉质粘土-39.87-41.7740160粉质粘土-41.77-59.6730120细砂-59.67-68.7765200CQZK39钻孔地质条件：岩土名称标高（m）桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)淤泥质粉质粘土1.37-5,6315粉砂-5.63-12.3330淤泥质粉质粘土-12.33-42.831560粉质粘土-42.83-58.6330120细砂-58.63-68.6365200CQZK43钻孔地质条件：岩土名称标高（m）桩侧摩阻力(kPa)桩端阻力(kPa)淤泥质粉质粘土1.15-7,6515粉砂-7.65-14.3530淤泥质粉质粘土-14.35-38.051560粉质粘土-38.05-45.5540160粉质粘土-45.55-58.9530120粉质粘土-58.95-69.0550180钢管桩6308桩端最大压力标准值748kN。以CQZK39地质资料计算，桩底标高-30m。Q=1.98(157+306.7+1517.67)/1.45=780KN748KN，满足要求。此处仅以海床线处为验算部位，其他部位钢管桩桩长根据桩基承载力公式及桩基规格计算，详见设计图纸。9上部结构计算横向分配梁I22a750工况一、10方砼罐车作用（计算宽度取0.75m，计算跨度1.35m）单边车轮作用在跨中时纵向分配梁的弯矩最大，在端部时剪力最大，轮压简化为集中力。受力简图如下：计算荷载：（1）自重：（2）罐车轮压：P=90KNM=1.414Pl+1.218ql2=43.0KN.mV=1.4P+1.212ql=127.3KN工况二、100t履带吊作用（计算宽度取0.75m，计算跨度1.35m）受力简图如下：计算荷载：（1）自重：（2）履带吊轮压：q2=131.25KN/m均布荷载布置宽度0.8m，作用于跨中时弯矩最大，作用于跨端时剪力最大。M= 35.4KN.m V=104.9KN综上：Mmax=43KN.m， Vmax=127.3KN= 139.2Mpa215 Mpa max=88.7Mpa125Mpa所以栈桥横向分配梁满足要求。-13-