40m临时贝雷

40m临时贝雷梁计算书

中交二航局南通洋口港区陆岛通道管线桥项目部

二○○九年八月

1 设计计算依据 (1)

1.1 临时桥梁设计方案 (1)

1.2 主要技术要求 (1)

1.3 遵照规范及主要参考文献 (2)

1.4 基本设计参数 (2)

1.4.1 有关设计参数 (2)

1.4.2 主要材料性能 (3)

1.4.3 321贝雷架单元基本数据 (3)

2 总体计算 (4)

2.1 计算模型 (4)

2.2 计算结果 (6)

1 设计计算依据

1.1 临时桥梁设计方案

临时贝雷梁桥跨径40m，计算跨径39m，桥横向宽度为8.5m，为四跨连续梁，上承式结构。主梁采用321型军用贝雷架拼装而成。桥梁纵向由13片贝雷架拼装而成，横向由19片贝雷架拼装而成，每片贝雷架间距45cm，横向之间采用45支撑架连接，以提高侧向稳定性和整体刚度。桥梁横向和纵向布置如图1.1-1和图1.1-2。

图1.1-1 临时贝雷梁桥立面图

图1.1-2 临时贝雷梁桥横断面图

1.2 主要技术要求

⑴设计标高

临时贝雷梁桥桥面标高与主桥桥面标高一致，取15.82m。

⑵设计周期2年

⑶计算跨径：39.00m

⑷桥面宽度：8.50m

⑸设计荷载：40m梁体自重285t，按300t设计；运梁车自重20t，因此荷载总

计320t。

⑹桩基入土深度：15m

1.3 遵照规范及主要参考文献

⑴国家标准，《钢结构设计规范》（GB50017─2003）

⑵国家标准，《低合金结构钢》（GB1591─1994）

⑶国家标准，《碳素结构钢》（GB/T 700─2006）

⑷国家标准，《热轧普通槽钢截面特性》（GB707─1988）

⑸建设部标准，《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77─1998）

⑹交通部标准，《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025─1986）

⑻国家标准，《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60─2004）

⑻JT/QS0012─1965，装配式公路钢桥设计图

1.4 基本设计参数

1.4.1 有关设计参数

⑴设计荷载

①桥跨自重

②运梁小车

运梁小车为五轮式运梁小车，小车自重20t。为了计算简便，将小车自重按照均分的原则平均分给10个轴，每个轴上作用2t。由于车轴为刚性轴，因此每个车轮作用于桥梁上的荷载为1t，即10kN。

③ 40m箱梁自重

箱梁设计荷载取300t，按照同②的方法，由于箱梁自重而引起的轮压为15t即150kN。

⑵荷载组合

计算强度时用荷载组合：①+②+③

计算刚度时用荷载组合：②+③

⑶出梁通道刚度

局部变形不超过2cm。

主梁弹性挠度f 应小于结构跨度L的1/400：[f]≤ L/400。

⑷桥跨容许挠度 [f]

桥跨容许挠度[f]≤ L/360（按英国贝雷桥刚度要求设计）

车道荷载的冲击系数为μ= 20

80+L

，计算跨径为40m时μ=0.167。

车辆荷载的冲击系数为

μ= 0.6686-0.3032×log l，计算跨度为40m时μ= 0.183。

1.4.2 主要材料性能

①结构材料Q235

屈服强度：σ

=235mPa

抗拉、抗压和抗弯强度：[σ]=157mPa

抗剪强度：[τ]=90mPa

②材料Q345

屈服强度：σ

=345 mPa

抗拉、抗压和抗弯强度：[σ] =230mPa

抗剪强度：[τ]=133mPa

③钢材的物理性能指标

弹性模量E=2.06×105 mPa

泊松比μ=0.2716

剪切模量G=0.81×105 mPa

质量密度ρ=7850kg/m3

1.4.3 321贝雷架单元基本数据

⑴ 321贝雷架单元结构

321贝雷架单元基本尺寸见图1.4.3-1

⑵贝雷架容许力

桁架弦杆容许轴向压力：508kN

桁架弦杆容许轴向拉力：662kN

图1.4.3-1 桁架单元轮廓图

桁架竖腹杆容许轴向压力：191kN 桁架斜腹杆容许轴向压力：149kN 桁架容许弯矩：711kN ·m 桁架容许剪力：210kN

2 总体计算

2.1 计算模型

采用大型通用有限元分析软件SAP2000 v14.0对贝雷梁桥结构进行三维空间有限元分析。桁架弦杆采用梁框架单元，腹杆采用框架单元，贝雷架单元之间采用铰接连接，贝雷架单元内部节点采用刚接，贝雷梁横向连接节点亦采用刚接。

30000

1400

1500

2×[10

临时贝雷梁桥在两端采用简直支撑，在跨中相应钢管桩位置处设置竖向支撑。

⑴临时贝雷梁桥有限元模型

临时贝雷梁桥有限元计算模型立面图、横断面图以及透视图见图2.1-1、2.1-2和2.1-3所示。

图2.1-1 临时贝雷梁桥有限元计算模型立面图

图2.1-2 临时贝雷梁桥有限元计算模型横断面图

图2.1-3 临时贝雷梁桥有限元计算模型立面图透视图

⑵荷载工况

①自重工况

工况1：包括正交异性桥面板和临时贝雷梁桥

②抗弯工况

工况2：运梁小车（包括箱梁自重）作用于边跨跨中＋自重

③抗剪工况

工况3：运梁小车（包括箱梁自重）作用于边跨1/4跨处＋自重

④桩承载力工况

工况4：运梁小车（包括箱梁自重）作用于钢管桩处＋自重

2.2 计算结果

⑴计算结果

①自重工况

位单位上弦杆下弦杆竖腹杆斜腹杆

置

项目

轴向拉力kN 8.0 7.1 2.6 4.44 轴向压力kN 7.2 8.0 12.1 4.46 边跨跨中挠

度

mm 0.36

②抗弯工况

位

置

项目

单位上弦杆下弦杆竖腹杆斜腹杆轴向拉力kN 84.7 155.1 55.8 78.8 轴向压力kN 137.9 92 88.6 79 边跨跨中挠

度

mm 5.8

③抗剪工况

位

置

单位上弦杆下弦杆竖腹杆斜腹杆

项目

轴向拉力kN 92.4 120.4 38.4 80.0 轴向压力kN 101.1 80.9 175.9 105.7 边跨跨中挠

度

mm 4.4

④桩承载力工况

位

置

项目

单位上弦杆下弦杆竖腹杆斜腹杆轴向拉力kN 76.9 42.8 15.7 40.3 轴向压力kN 30.5 47.3 243.7 92.2 边跨跨中挠

度

mm 1.2

⑵结果分析比较

·位置

工况

弦杆

实际斜腹

杆轴压力

（kN）

容许压力

（kN）

实际竖腹

杆轴压力

（kN）

容许压力

（kN）实际轴压

力

（kN）

容许轴压

力

（kN）

实际轴拉

力

（kN）

容许轴拉

力

（kN）

工况1 8.0

508

8.0

662

4.46

149

12.1

191

工况2 137.9 155.1 79 88.6

工况3 101.1 120.4 105.7 175.9

工况4 47.3 76.9 92.3 243.7

分析评价

根据计算结果可以看出，贝雷梁弦杆和斜腹杆均符合设计要求，而边跨中支点竖腹杆在运梁小车经过时轴向压力略有所超，超出部分占容许压力(243.7-191)/191=27.6%。

由于计算时未考虑钢面板对结果的贡献，因此对边跨中支点处竖腹杆稍做加固即可。

⑶桩基承载能力

根据荷载作用位置分析可知，当运辆车轮压作于与边跨中支点时，桩基受力最不利，即在工况4下，桩基受力最大。在工矿4时，各支点反力之和为1447.2kN，即桩基竖向受力为1447.2kN。

根据地质勘探报告，贝雷梁桥所处地质条件自上而下以次是：粉土、粉砂、淤泥质土夹粉砂、粉土、粉砂、粉质粘土、粉土、粉质粘土和粉细沙，以粉砂和粉质粘土为主。计算桩基承载能力时，为了确保临时贝雷梁桥的安全性，这里采用淤泥质土夹粉砂的极限侧摩阻力验算桩基承载能力。

单桩承载能力P

ui ＝13×3.14×0.8×15＝489.84 kN，则4根钢管桩的承载能力P

＝4×P

＝4×489.84＝1959.36 kN＞1447.2 kN。

由此可见桩基承载能力符合设计要求。