钢栈桥设计计算书

钢栈桥计算书

第一章主桥施工栈桥计算说明

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

三桥面钢板计算

四分配梁工字钢I14计算

五贝雷桁计算

六桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算七桩顶纵垫梁（工字钢2I36b）强度验算八钢管桩竖向承载力及稳定计算

九、栈桥的纵向稳定性验算。

十、栈桥抗9级风稳定性验算。

十一、栈桥抗水流稳定性验算。

第一章施工栈桥计算说明

一、设计依据

本栈桥使用“321”装配式钢桥（上承式）。用植入式钢管及施打φ630×8mm 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、桥梁用途：满足夏道大桥项目跨越闽江施工使用的临时栈桥，使用时间24个月（每年6月~8月不使用）。

2、设计单跨标准跨径9m，桥面净宽5.5m，与岸线连接的道路宽度7m。

3、设计行车速度：5km/小时，

4、设计荷载：① 9m3混凝土运输车（总重400KN），② 500KN履带吊车，

③水管及电缆等荷载：2KN/m（挂在靠下游侧的贝雷桁架上）。本设计未设人行道荷载，暂不考虑人群荷载。

5、桥面标高：66.5m

6、“321”装配式钢桥使用6排单层型（上承式）贝雷片。

三、技术规范

1、《公路桥涵设计规范》（JTG D60—2004）。

2、《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ025-86。

3、《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、《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

(2)几何特性

(3)桁架容许内力表

2、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[σw]= 145MPa

剪应力[τ]= 85MPa

轴向应力[σ]= 140MPa

弹性模量E= 2.1*105MPa

16Mn钢：弯曲应力[σw]= 210MPa

剪应力[τ]= 120MPa

轴向应力[σ]= 200MPa

弹性模量E= 2.1*105MPa

五、设计要点

本桥计算按9米跨径简支梁计算和2跨各9米连续梁计算。设计单跨标准跨径9m。本桥基础为植入式和打入式钢管桩相结合，考虑到施工现场河道覆盖层为河卵石层，因此每个墩每个支点设4根φ630×8mm钢管桩（双排），钢管桩全部支撑在强风化岩层或全风化岩层上，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φ630×8mm螺旋焊钢管材料进行验算，壁厚按δ=7mm进行计算，其钢管截面特性如下：

A=137.005cm2

I=66494.922cm4

i＝22.027cm

W=2110.95 cm3

M＝90.61Kg/m

单根φ630mm，δ=7mm钢管截面承受的允许压力[N]

[N]＝（A ×[σ]）

＝137.005×10-4×140×103＝1918kN

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L＝18.7m（从河床面加上5m左右的河卵石起至常水位止，按照计算，钢管桩设计顶标高为64.12m，常水位为61.5m，底标高为强风化或全风化岩层，标高以3#墩为例，河床底标高为37.82m，抛填厚度5m左右）。按照路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力：

＝φ[σ]＝0.683*140＝95.62MPa

[σ]

式中：φ——压杆纵向弯曲系数；

λ——构件长细比

λ＝L0/r＝18.7/0.22027=84.9＞80；

L0——压杆的自由长度，该处L=18.7m；

r——压杆对轴的回转半径，该处r＝0.22027；

[σ]——压杆材料的容许应力，钢管＝140MPa。

查《钢结构设计规范》得，φ＝0.683。

单根钢管的稳定容许压力：

·A＝95.62×1.37005×101＝1310.04 kN

[P]＝[σ]

——钢管的稳定容许应力（由上式求得）；

式中：[σ]

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]= 1524.87 kN，所以后续检算钢管的竖向荷载必须小于[P]＝1524.87 kN。

六、结构计算内容

结构计算书中，荷载按9m3混凝土运输车（总重400KN），500KN履带吊车，水管及电缆等荷载：2KN/m（挂在靠左侧的贝雷桁架上）。本设计未设人行道，荷载暂不考虑人群荷载。按最不利情况进行布载和荷载组合，

单跨标准跨径9 m计算如下内容：

1、桥面钢板计算

2、分配梁工字钢I14计算

3、贝雷桁计算

4、桩顶横垫梁（工字钢2I36b）强度验算。

5、桩顶纵垫梁（工字钢2I36b）强度验算

6、钢管桩竖向承载力计算。

7、栈桥的纵向稳定性验算。

8、栈桥抗9级风稳定性验算。

七、使用注意事项

1、严禁车辆超载、超速工作和行驶，同一跨内只能有一辆重车行驶或停放，不得在桥面上随意堆放材料及重物。

２、当履带荷载从引道桥进出主栈桥时，因其他原因须在桥面作较大转向时，必须在桥面铺设20mm厚的钢板，以免产生较大的转向扭矩及损坏桥面板；汽车荷载转向也必须缓慢进行。

3、车辆交汇时必须在平台处进行，并有专人指挥，严禁车轮超出便桥的两外侧贝雷片。

4、防台时车辆行走机械必须撤离栈桥，台风过后必须对栈桥作全面检查方可恢复工作。

5、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。

6、严禁外来荷载碰撞栈桥，严禁在栈桥上进行船舶系缆。

7、安排专人对便桥进行检查，发现隐患，停止桥上的一切作业，整改完毕后再行施工，有重车通过时做到每天检查一次，并作好记录。

第二章栈桥结构计算书

一工程概况

南平市夏道大桥及接线工程全长约1.7km，含一座跨江大桥（南汊桥、北汊桥）及两端接线、一座部分互通立交（南立交），一座互通立交(北立交)，其中：0#墩~8#墩、9#~18#墩闽江，桥梁下部施工需要搭设钢栈桥及钢平台，同时暂时预留4#--5#墩作为通航孔。钢栈桥搭设总长度为585米，其中南南汊桥需要搭设372m，北汊桥需要搭设213m。

临时施工便桥按照永久性进行设计施工，将抗拒五年一遇洪水（标高66.5m），便桥钢管桩采用打入岩层，并用浇注水下砼进行整体固结生根处理。便桥设置顶标高为66.5m（通航水位为66.5m）。

钢栈桥作为施工时汽车运输道路及吊机移动道路，水上平台作为桥梁下部施工时工作平台。根据现场具体情况，南汊桥将暂时预留主跨4#～5#墩作为通航孔，北叉桥不设置通航孔全部搭设。南叉桥施工便桥设置在左右幅桥梁中间，北叉桥因桥面高度较高今后将考虑设置塔吊，施工便桥设置在桥梁上游侧。栈桥桥面宽度按照5.5m布置，采用厚1.0cm的钢板作为行车道板，桥面板下为间距30cm横向工字钢(I14)分配梁，分配梁下为纵向主梁，纵向主梁用三组6片贝雷桁架。桩基采用Φ630mm×10mm的施打式钢管桩，因覆盖层仅为河卵石层，每个墩使用双排2×2=4根钢管桩。桩顶横向联结采用横垫梁2I36b，墩桩顶纵向联结采用纵垫梁2I36b。

栈桥设计荷载：9m混凝土运输车（总重400KN），500KN履带吊车，水管及电缆等荷载：2KN/m（挂在靠左侧的贝雷桁架上）

栈桥设计满足《装配式公路钢桥制造及检验、验收办法》的有关技术要求。

本设计未设人行道荷载暂不考虑人群荷载。计算按9米跨径简支梁计算和2跨（各9米跨径）连续梁计算。

二设计参数

1、荷载

⑴.恒载（每跨）：

行车道板厚（厚1.0厘米的钢板）：5.5×78.5=432㎏/m=0.432t/m=4.32 KN/m I14分配梁：21×16.88＝354㎏/m=0.354t/m=3.54 KN/m

贝雷桁架自重 0.270×6/3+0.040×5/3=0.61t/m=6.1 KN/m

2I36b横垫梁 5.5×2×65.66＝722kg=0.722t=7.22 KN

2I36b纵垫梁 3.4×4×65.66＝893kg=0.893t=8.93 KN

⑵.活载：

① 500KN履带吊机（QUY50A）

总重500KN，并吊重物为120KN，重物冲击系数为1.3，履带尺寸4.66m×0.76m，见尺寸图。按每一联(4跨、长4×9=36米)布置一台计算。

②混凝土运输车

总重400KN。尺寸见图。其冲击系数为1+μ=1+0.3=1.3。按每间距9米布置一台计算。

P2=160kN

每条履带单位压力70.6kN/m

400KN混凝土运输车

P1=80kN

P2=160kN 活载图一

2、贝雷桁架：其为国家规定尺寸制造，每片桁架为1.5高×3.0m 长，重270Kg 。

弦杆由2[10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、厚1cm 桥面钢板抗弯、抗剪强度验算

1、400KN 汽车

本便桥桥面板为厚1cm 钢板，钢板底纵向为槽钢I14工字钢，间距30cm 。计算按400KN 汽车单侧前轮荷载压在钢板上，并在钢板的跨中位置，钢板跨径按0.30m 计算。400KN 汽车荷载中(后)轮着地宽度及长度=0.6×0.2m 。

(1)荷载

钢板自重：q1=1×0.785=0.785 KN/m

400KN 汽车荷载：单侧前轮 P1=80×0.5=40.0 KN

单侧中轮 P2=160×0.5=80.0 KN 单侧后轮 P3=160×0.5=80.0 KN

(2)钢板弯应力及剪应力计算 a) 汽车荷载

当P2=80.0 KN 作用在钢板跨中时为最不利荷载位置(见图1) P2=160×0.5=80.0 KN

q2=80×1.3/0.6（冲击系数1+μ取1.3）=173.33KN/m

b)钢板自重荷载：

q1=0.785KN/m

c)合计

q=q1+q2=173.33+0.785=174.12 KN/m

0.15 0.15

174.12KN/m

图一

=174.12×0.30/2=26.12 KN

跨中弯矩：M=174.12×0.302/8=1.96 kN.m

d)弯应力及剪应力计算

钢板:I=bh3/12=1.00×0.013/12=0.00000008333m4

W=bh2/6=1.00×0.012/6=0.00001667m3

]=145MPa

σ=M/W=1.96/0.00001667=117576 kN/m2=117.58 MPa＜[σ

弯应力满足规范要求。

=26.12/(1×0.01)=2612 kN/m2=2.61 MPa＜ [τ]= 8.5 MPa

τ=Q /A

剪应力满足规范要求。

2、500KN履带吊机

本便桥桥面板为厚1cm钢板，钢板底纵向为槽钢I14工字钢，间距30cm。计算按500KN履带吊单侧荷载压在钢板上。500KN汽车荷载中(后)轮着地宽度及长度=0.76×4.66m。取二跨满布计算。

(1)荷载

钢板自重：q1=1×0.785=0.785 KN/m

500KN履带吊：q2=620/4.66/0.76/2=87.53 KN/m

(2)钢板弯应力及剪应力计算

0.30 0.30

88.315KN/m

图二

=88.315×0.30/2=13.25KN

跨中弯矩：M=88.315×0.302/8=0.99 kN.m

e)弯应力及剪应力计算

钢板:I=bh3/12=1.00×0.013/12=0.00000008333m4

W=bh2/6=1.00×0.012/6=0.00001667m3

]=145MPa

σ=M/W=0.99/0.00001667=59388kN/m2=59.39 MPa＜[σ

弯应力满足规范要求。

=13.25/(1×0.01)=1325 kN/m2=1.325 MPa＜ [τ]= 85 MPa

τ=Q /A

剪应力满足规范要求。

四、横向I14工字钢分配梁检算

1、400KN汽车

本便桥桥面板为厚1cm钢板，钢板底纵向为槽钢I14工字钢，间距30cm，工字钢下面为贝雷纵梁，具体布置如下：

计算按400KN汽车单侧前轮荷载压在BC跨或DE跨上，并在跨中布置，工字钢跨径按1.15m计算。400KN汽车荷载中(后)轮着地宽度及长度=0.6×0.2m。

(1)荷载

400KN汽车荷载：单侧前轮 P1=80×0.5=40.0 KN

单侧中轮 P2=160×0.5=80.0 KN

单侧后轮 P3=160×0.5=80.0 KN

(2)钢板弯应力及剪应力计算

f)汽车荷载

当P2=80.0 KN作用在工字钢跨中时为最不利荷载位置(见图4)

P2=160×0.5=80.0 KN

q1=80×1.3/0.6（冲击系数1+μ取1.3）=173.33KN/m

g)钢板自重及工字钢荷载：

q2=0.785×0.3+0.17=0.41KN/m

0.475 0.2 0.475

1.15

图四

=173.33×0.20/2+0.41×1.15/2=17.57 KN

跨中弯矩：M=9.17 kN.m

h)弯应力及剪应力计算

弯曲应力：σ=M/W=9.17×106/101700 =90.17MPa＜145 MPa

剪应力：τ= Q/A =17.57×103/2150 =8.17 MPa＜85 MPa

满足规范要求。

2、500KN履带吊机

本便桥桥面板为厚1cm钢板，钢板底纵向为槽钢I14工字钢，间距30cm，。计算按500KN履带吊单侧荷载压在钢板上。500KN汽车荷载中(后)轮着地宽度及

长度=0.76×4.66m。取一跨满布计算。

(1)荷载

钢板自重及工字钢荷载：

q2=0.785×0.3+0.17=0.41KN/m

500KN履带吊：q1=620/4.66/2=66.52KN/m

(2)钢板弯应力及剪应力计算

0.195 0.76 0.195

1.15

图五

=25.48KN

计算得：R

跨中弯矩：M=9.69 kN.m

弯曲应力：σ=M/W=9.69×106/101700 =95.28MPa＜145 MPa

剪应力：τ= Q/A =25.48×103/2150 =11.85 MPa＜85 MPa

剪应力满足规范要求。

五贝雷桁纵向抗弯、抗剪检算

（一）纵向抗弯计算

1、400KN混凝土运输车

①横向计算：

400KN混凝土运输车作用在桥面时，最不利位置为部400KN混凝土运输车的中轮作用贝雷桁纵梁的跨中。在最不利位置处，动荷载400KN混凝土运输车在如（图六）所示作用时，C、D排贝雷桁受力最大。

图六

按5跨连续梁计算的支座A、F出现拉力，由于支座处只能受压不能受拉，不能出现拉力，故计算时去除A、F支座，按3跨连续梁计算。

当活载：P=80×1.3=104.0KN，

恒载：

行车道板厚（厚1.0厘米的钢板）：5.5×78.5=432㎏/m=0.432t/m=4.32 KN/m I14分配梁：21×16.88＝354㎏/m=0.354t/m=3.54 KN/m

贝雷桁架自重 0.270×6/3+0.040×5/3=0.61t/m=6.1 KN/m

q=(4.32+3.54+6.1)/5.5=2.54KN/m

用结构力学求解器计算程序计算得： R

C =R

= 73.53KN

②纵向计算

作用在I14分配梁上的静荷载为钢面板和工字钢I14分配梁自重等荷载已算。由图四计算可知：400KN混凝土运输车中轮作用在跨中时，C、D排桁架受力最大。在跨中出现最大弯距，如(图七)所示：