汾河特大橋棧橋計(jì)算書(shū)

1、汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 二一五年七月汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 1目目 錄錄一、一、 概述概述.2二、二、 計(jì)算依據(jù)計(jì)算依據(jù).3三、三、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù).3四、四、 荷載及組合荷載及組合.3五、五、 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算上部結(jié)構(gòu)計(jì)算.5六、六、 下部結(jié)構(gòu)計(jì)算下部結(jié)構(gòu)計(jì)算.17七、七、 結(jié)論結(jié)論.19汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 2一、一、 概述概述汾河特大橋棧橋全長(zhǎng) 100.2m（含兩側(cè)臺(tái)后搭板過(guò)渡段長(zhǎng)度） ，縱橋向按 9m 跨徑連續(xù)梁設(shè)計(jì)，采用 5 孔一聯(lián)，聯(lián)與聯(lián)之間設(shè)置雙排制動(dòng)墩，其余部位設(shè)置單排非制動(dòng)墩，兩岸設(shè)置鋼管樁輕型橋臺(tái)。主梁由 7 榀貝雷片組拼，貝雷片間設(shè)置

2、豎向支撐架和水平支撐架，以增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。橋面系為 6mm 花紋鋼板與間距282mm 的 I16b 型鋼組成。墩頂分配梁：非制動(dòng)墩的墩頂分配梁為一層，采用 2I45b 型鋼制作；制動(dòng)墩分配梁設(shè)置為兩層，均為 2I45b 型鋼。樁基礎(chǔ)：采用 6308mm 鋼管，鋼管樁長(zhǎng)均為 28.0m。制動(dòng)墩采用雙排樁，每排 2 根，縱橋向間距為 2.0m，橫橋向間距為 3.44m，設(shè)置于聯(lián)間交界處；非制動(dòng)墩采用單排樁，每排 2 根，橫橋向間距為 3.44m。為保證墩樁穩(wěn)定性，樁間設(shè)置聯(lián)結(jié)系。橋臺(tái)：橋臺(tái)為鋼管樁輕型橋臺(tái)，橋臺(tái)臺(tái)前和臺(tái)后需填土放坡。路堤修筑必須滿足相應(yīng)規(guī)范要求。 棧橋設(shè)計(jì)控制荷載為 XR

3、360 履帶式鉆機(jī)在棧橋上走行、規(guī)范 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛，且各工況下單跨僅布置一臺(tái)車輛荷載。棧橋布置詳見(jiàn)圖 1圖 2。圖 1-1 棧橋立面布置圖汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 3圖 2 橫斷面布置圖二、二、 計(jì)算依據(jù)計(jì)算依據(jù)1、汾河特大橋設(shè)計(jì)文件及地質(zhì)資料。2、 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50017-2003） ；3、 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （TB10002.1-2005 J460-2005） ；4、 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.5-2005 J464-2005） ；5、 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 ；6、 裝配式鋼橋多用途適用手冊(cè) 。 三、三、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)3.1 跨徑：棧橋主跨

4、為 9m，采用 5 孔一聯(lián)，共計(jì) 2 聯(lián)。3.2 橋?qū)挘簵驑蛎鎯魧挒?6.4m，按單向行車道設(shè)計(jì)；3.3 棧橋高程：主梁梁底高程為+416.334m,棧橋頂面高程+ 418.00 m。3.4 設(shè)計(jì)車速：XR360 履帶式鉆機(jī)走行速度 1.5km/h，汽車走行速度 15km/h；履帶吊機(jī)等施工機(jī)械車速為 5km/h。四、四、 荷載及組合荷載及組合4.1 車輛荷載（1）XR360 履帶式鉆機(jī)根據(jù) XR360 履帶式鉆機(jī)技術(shù)規(guī)格說(shuō)明書(shū)，其工作總重量 920kN，運(yùn)輸重量汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 4740kN，履帶寬度 800mm，長(zhǎng)度 5484mm，共 2 條履帶，工作狀態(tài)的時(shí)平均接地壓強(qiáng)為 10

5、4.9kPa，運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)的平均接地壓強(qiáng)為 84.3kPa。XR360 履帶式鉆機(jī)在棧橋上只走行，橋橋計(jì)算時(shí)不考慮鉆具重時(shí)，按運(yùn)輸重量考慮，即：接地壓強(qiáng)取 84.3kPa。（2）規(guī)范 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在同一跨度范圍內(nèi)不得同時(shí)有兩輛車輛通行，即兩車間距不得小于 12m。55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛主要技術(shù)指標(biāo)表 表 1一輛汽車總重力前軸重力中軸重力后軸重力軸距(m)輪距(m)前輪著地寬度及長(zhǎng)度(m)中、后輪著地寬度及長(zhǎng)度(m)車輛外形尺寸(m)550kN30 kN2120 kN2140 kN3+1.4+7+1.41.80.30.20.60.2152.5圖 4.1 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛平立面尺寸圖（單位：m）4.2

6、 其他荷載1)水流力：三百年一遇設(shè)計(jì)流量 4260m/s，設(shè)計(jì)水位 419.31m。設(shè)計(jì)未給流速，暫按 1.5m/s 計(jì)。水流力主要作用于鋼管樁上，則單根鋼管樁水流力為：，作用于水面以下 1.0m 處。20.73 0.8 3.07 10 1.5 / 2/102.0FkN2)風(fēng)載：由于設(shè)計(jì)未給風(fēng)速資料，棧橋按 6 級(jí)風(fēng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)風(fēng)速為汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 513.8m/s；風(fēng)荷載按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，013whdwhFK K K W A其中：（按施工架設(shè)期間取值） ；00.75K （桁架風(fēng)載系數(shù)） ；11KK0. 45 1. 2=0. 54 （按一般地區(qū)條件選?。?；31.0K

7、 （按 A 類地表，離地面或水面 5m 高度計(jì)） ；21.08K （按 A 類取陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù)） ；51.38K 22ddrVWg0.00010.00050.0120170.0120170.01201Zree2501.08 1.38 13.8/20.57/dVK K Vm sm s求得: 2220.01201 (20.57)0.26(/)22 9.81ddrVWkN mg單片貝雷片迎風(fēng)面積為；20.40.4 1.7 3.02.04whAAm風(fēng)載為：；0130.75 0.54 1.0 0.26 2.040.21()whdwhFK K K W AkN等效為上、下弦桿線荷載為：。10.21 320.0

8、35/ qkN m4.3 工況組合棧橋計(jì)算主要考慮鉆機(jī)走行荷載、車輛荷載、履帶吊機(jī)荷載、6 級(jí)風(fēng)荷載和水流力；由于 50t 履帶吊機(jī)走行時(shí)接地壓強(qiáng)小于 XR360 履帶鉆機(jī)走行時(shí)的壓強(qiáng)，故履帶吊空載走行工況不予計(jì)算。荷載組合如下表 2：棧橋各狀態(tài)下的施工工況 表 2荷載組合工況恒載基本可變荷載其他可變載1結(jié)構(gòu)自重XR360履帶鉆機(jī)水流力+6 級(jí)風(fēng)力2結(jié)構(gòu)自重規(guī)范 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛水流力+6 級(jí)風(fēng)力汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 6五、五、 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算上部結(jié)構(gòu)計(jì)算5.1 工況 1：XR360 履帶鉆機(jī)+水流力+6 風(fēng)荷載考慮履帶鉆機(jī)荷載作用于邊跨跨中、非制動(dòng)墩頂且位于棧橋中心線上、非制動(dòng)墩段且位于棧

9、橋一側(cè)，分別驗(yàn)算貝梁弦桿、豎件及分配梁、豎桿和樁基礎(chǔ)受力。采用 Midas/civil 軟件，建立一聯(lián)棧橋的的空間計(jì)算模型，計(jì)算模型如下圖所示： 圖 5-1 棧橋計(jì)算模型5.1.1 貝雷梁計(jì)算經(jīng)計(jì)算，貝雷梁弦桿受力如下圖所示：圖 5-2 鉆機(jī)在跨中（單位：kN）汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 7圖 5-3 鉆機(jī)在墩頂一側(cè)（單位：kN）圖 5-4 鉆機(jī)在墩頂中央（單位：kN）在工況一作用下，貝雷梁弦桿最大軸力為 131.14kN，小于容許值 560kN，滿足要求。經(jīng)計(jì)算，貝雷梁豎桿受力如下圖所示：汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 8圖 5-5 鉆機(jī)在跨中（單位：kN）圖 5-6 鉆機(jī)在墩頂一側(cè)（單位：kN）汾

10、河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 9圖 5-7 鉆機(jī)在墩頂中央（單位：kN）在工況一作用下，貝雷梁豎桿最大軸力為 114.4kN，小于容許值 210kN，滿足要求。經(jīng)計(jì)算，貝雷梁斜桿受力如下圖所示：圖 5-8 鉆機(jī)在跨中（單位：kN）圖 5-9 鉆機(jī)在墩頂一側(cè)（單位：kN）汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 10圖 5-10 鉆機(jī)在墩頂中央（單位：kN）在工況一作用下，貝雷梁斜桿最大軸力為 80.83kN，小于容許值 171.5kN，滿足要求。5.1.2 分配梁計(jì)算（1）分配梁 F1經(jīng)模型計(jì)算，分配梁 F1 最大彎矩為 151.24kNm，最大剪力為 373.18kN，最大支座反力為 563.0kN。彎曲正應(yīng)力為

11、：滿足要求。 ,1404 .5030044441024.1516MPaMPa 剪應(yīng)力為：滿足要求。 ,859 .365 .1332798458628647701018.3733MPaMPa （2）分配梁 F2分配梁 F2 跨度 2.0m，按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，其荷載為分配梁 F1 的支反力。則有：跨中彎矩為： 。5 .28145632 mkNM剪力為 281.5kN。則彎曲正應(yīng)力為：，滿足要求。 MPaMPa1407 .933004444105 .2816汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 11剪應(yīng)力為： ，滿足要求。MPaMPa858 .275 .133279845862864770105 .2813（3

12、）分配梁 F3分配梁 F3 內(nèi)力與分配梁 F1 相同，最大彎矩為 151.24kNm，最大剪力為373.18kN，最大支座反力為 563.0kN。彎曲正應(yīng)力為：滿足要求。 ,1408 .10015022221024.1516MPaMPa 剪應(yīng)力為：滿足要求。 ,858 .735 .133279845868647701018.3733MPaMPa 5.1.3 橋面分配梁經(jīng)計(jì)算，當(dāng)鉆機(jī)在跨中時(shí)，橋面分配梁應(yīng)力最大，為 35.2MPa，應(yīng)力分布如下圖：圖 5-11 橋面分配梁應(yīng)力圖（單位：kN）5.1.4 主梁撓度在工況一作用下，當(dāng)鉆機(jī)在墩頂一側(cè)時(shí)，貝雷梁最大豎向位移為-6.39mm；汾河特大橋棧橋

13、設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 12圖 5-12 主梁位移圖（單位：mm）貝雷梁非彈性撓度為：；23.556 (31)3.68mfmm跨中最大撓度為：，滿足要求。 ,5 .22400/900099. 96 . 339. 6mmmmf5.2 工況 2：規(guī)范 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛+水流力+6 級(jí)風(fēng)荷載規(guī)范 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛：同方向行駛時(shí)，兩車凈距不小于 12m?？紤]重載汽車布置時(shí)的最不利工況，55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛縱橋向間隔布置于橋?？缰校瑱M橋向按偏載于棧橋一側(cè)和沿棧橋中線布置。55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛軸壓為：前軸： 中軸： ,/5002 . 03 . 03021mkNP,/10002 . 06 . 012022mkNP后軸： 。 2

14、3/67.11662 . 06 . 0140mkNP采用 Midas/civil 軟件，建立 1 聯(lián)棧橋空間計(jì)算模型，計(jì)算模型如下圖所示：汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 13 圖 5-13 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在跨中計(jì)算模型5.2.1 貝雷梁計(jì)算經(jīng)計(jì)算，貝雷梁弦桿受力如下圖所示：圖 5-14 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在棧橋中心（單位：kN）汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 14圖 5-15 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在一側(cè)（單位：kN）在工況二作用下，貝雷梁弦桿最大軸力為 230.84kN，小于容許值 560kN，滿足要求。經(jīng)計(jì)算，貝雷梁豎桿受力如下圖所示：圖 5-16 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在棧橋中心（單位：kN）汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)

15、計(jì)算書(shū) 15圖 5-17 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在一側(cè)（單位：kN）在工況二作用下，貝雷梁豎桿最大軸力為 121.92kN，小于容許值 210kN，滿足要求。經(jīng)計(jì)算，貝雷梁斜桿受力如下圖所示：圖 5-18 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在棧橋中心（單位：kN）汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 16圖 5-19 55t 標(biāo)準(zhǔn)車輛在一側(cè)（單位：kN）在工況二作用下，貝雷梁斜桿最大軸力為 145.36kN，小于容許值 171.5kN，滿足要求。5.2.2 分配梁計(jì)算（1）分配梁 F1經(jīng)模型計(jì)算，分配梁 F1 最大彎矩為 202.11kNm，最大剪力為 442.1kN，最大支座反力為 711.7kN。彎曲正應(yīng)力為：滿足要求。 ,

16、1404 .6730044441011.2026MPaMPa 剪應(yīng)力為：滿足要求。 ,857 .435 .133279845862864770101 .4423MPaMPa （2）分配梁 F2分配梁 F2 跨度 2.0m，按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，其荷載為分配梁 F1 的支反力。則有：跨中彎矩為： 。85.35547 .7112 mkNM剪力為 355.85kN。則彎曲正應(yīng)力為：，滿足要求。 MPaMPa1405 .11830044441085.3556剪應(yīng)力為： ，滿足要求。MPaMPa852 .355 .1332798458628647701085.3553汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 17（3）分配

17、梁 F3分配梁 F3 內(nèi)力與分配梁 F1 相同，最大彎矩為 202.11kNm，最大剪力為442.1kN，最大支座反力為 711.7kN。彎曲正應(yīng)力為：滿足要求。 ,1408 .13415022221011.2026MPaMPa 剪應(yīng)力為：滿足要求。 ,25.8905. 1854 .875 .13327984586864770101 .4423MPaMPa5.2.3 橋面分配梁經(jīng)計(jì)算，當(dāng)車輛在墩頂一側(cè)時(shí)，橋面分配梁最大，應(yīng)力為 83.62MPa，應(yīng)力分布如下圖：圖 5-20 橋面分配梁應(yīng)力圖（單位：kN）5.2.4 主梁撓度在工況二作用下，棧橋跨中最大豎向位移為-10.53mm；貝雷梁非彈性撓

18、度為：；23.556 (31)3.68mfmm跨中最大撓度為：，滿足要求。 ,5 .22400/900013.146 . 353.10mmmmf汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 18六、六、 下部結(jié)構(gòu)計(jì)算下部結(jié)構(gòu)計(jì)算與制動(dòng)墩相比，非制動(dòng)墩鋼管樁受力更不利，故以下僅計(jì)算非制動(dòng)墩，在各工況作用下，非制動(dòng)墩最不利受力如下所示：圖 6-1 軸力圖（單位：kN）圖 6-2 彎矩圖（單位：kN.m）汾河特大橋棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 19圖 6-3 反力圖（單位：kN）6.1 鋼管樁穩(wěn)定計(jì)算鋼管樁采用 6308mm 鋼管，由計(jì)算可知，最大軸力為 711.7kN，彎矩為32.31kN.m。計(jì)算長(zhǎng)度為 4500mm，則有：長(zhǎng)細(xì)比為：； 5 .202194500穩(wěn)定折減系數(shù)為：。979. 0，均取 1.0，686816405 .201 . 1156321006. 214. 3252ExN,xmx.1401 .5958.1351.4568681640107 .7118 . 0124003920 . 11031.320 . 115632979. 0107 .7