棧橋設計和檢算

1、鋼棧橋設計和檢算中鐵三局技術開發(fā)部2013年12月學習內容鋼棧橋概述結構計算棧橋結構設計過程棧橋檢算實例鋼棧橋概述橋梁施工臨時結構是用來施工安裝永久結構，在完成永久結構的建設過程中所必需建造的結構。鋼棧橋便是其中的一種。橋面普遍采用鋼橋面，定型橋面鋼板（厚度一般為6-8mm）和分配梁（多為I16、16），分配梁針對不同的上部荷載采用不同的間距。梁部結構一般采用便于工廠化拼裝的結構形式，如萬能桿件、軍用梁、貝雷梁、型鋼梁等。下部結構主要采用鋼管樁(直徑500-800mm,厚為8-12mm)和預應力混凝土管樁；考慮了施工與拆除的方便。鋼棧橋概述結構計算計算依據鋼結構設計規(guī)范（GB 50017-20

2、03）公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004、JTJ021-89)建筑樁基技術規(guī)范（JGJ94-2008）裝配式鋼橋多用途適用手冊公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范(JTJ025-86)路橋、建筑施工計算手冊建筑結構靜力計算手冊結構計算荷載組合設計狀態(tài)工況荷載組合恒載基本可變荷載其它可變荷載工作狀態(tài)結構自重混凝土灌車對應工作狀態(tài)標準風、水流、波浪、潮流及沖刷作用結構自重履帶吊非工作狀態(tài)結構自重對應非工作狀態(tài)標準風、水流、波浪、潮流及沖刷作用災難狀態(tài)結構自重對應災難狀態(tài)標準風、水流、波浪、潮流及沖刷作用注：荷載組合時，一般情況下組合系數(shù)取1.0。結構計算計算方法容許應力法目前在鋼棧橋結構的設

3、計中主要用到還是容許應力法，采用安全系數(shù)K來保證結構的安全性。容許應力的表達式：材料的允許應力：由材料的屈強度或極限強度除以安全系數(shù)而得。主要缺點：由于單一安全系數(shù)是一個籠統(tǒng)的經驗系數(shù)，因之給定的容許應力不能保證各種結構具有比較一致的安全水平，也未考慮荷載增大的不同比率或具有異號荷載效應情況對結構安全的影響。 結構計算計算方法容許應力法Q235鋼橋面板、分配梁、立柱及其橫梁。 JTJ025-86 中表1.2.5中規(guī)定：軸向應力為140MPa，彎曲應力為145MPa，剪應力為85MPa。Q345鋼貝雷梁。 JTJ025-86 中表1.2.5中規(guī)定：軸向應力為200MPa，彎曲應力為210MPa，

4、剪應力為120MPa。 裝配式鋼橋多用途適用手冊中表5-6規(guī)定了桁架的允許內力。結構計算計算方法容許應力法結構計算計算方法容許應力法 JTJ025-86 中表1.2.5條文說明規(guī)定：結構計算計算方法容許應力法 JTJ025-86 中表1.2.5條文說明規(guī)定：鋼材的容許剪應力，系根據試驗以及最大能量的強度理論決定的，直接受剪強度為軸向受拉強度的0.577倍，故近似地取用0.6；結構計算計算方法容許應力法 JTJ025-86 中1.2.10條規(guī)定：驗算結構在各種荷載作用下的強度和穩(wěn)定性時，基本鋼材和各種連接和各種連接件的容許力應乘以表1.2.10的提高系數(shù)k。1.2.10條文中規(guī)定：K的大小純系經

5、驗，并非理論推導而得。結構計算計算方法容許應力法(K為1.3時)Q235鋼橋面板、分配梁、立柱及其橫梁。軸向應力為1.3140=182MPa，彎曲應力為1.3145=188.5MPa，剪應力為1.385=110.5MPa。Q345鋼貝雷梁。(裝配式鋼橋多用途適用手冊中采用此標準)軸向應力為1.3200=260MPa，彎曲應力為1.3210=273MPa，剪應力為1.3120=156MPa。 結構計算計算方法容許應力法 公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范(JTJ025-86)中2.1.2條規(guī)定了荷載組合類型。結構計算計算方法極限狀態(tài)設計法 容許應力法采用了一個安全系數(shù)K，即只用一個安全系數(shù)平確定結構

6、的可靠程度。而現(xiàn)在采用了多個分項系數(shù)，所結構計算劃分得更細更合理，分別不同情況，給出了不同的分項系數(shù)。將極限狀態(tài)法來對棧橋進行設計，目前還不夠成熟，原因如下： 1、施工期環(huán)境荷載復雜多變。國內外在結構施工期環(huán)境荷載的實測與統(tǒng)計分析方面做得并不多，統(tǒng)計資料的缺乏成為施工可靠度分析的首要問題。 2、分項系數(shù)取值不定。分項系數(shù)的取值關系到結構設計的安全儲備,對于棧橋的設計,施工期荷載具有更大的變異性,而分項系數(shù)的取值與荷載標準差密切相關,因此棧橋設計分項系數(shù)與永久結構的設計分項系數(shù)應該不同,棧橋分項系數(shù)取值應該根據施工期的特點進行專門調整。結構計算計算方法極限狀態(tài)設計法分項系數(shù)永久荷載一般取1.2；

7、可變荷載一般取1.4。設計應力鋼結構設計規(guī)范（GB 50017-2003）中3.4.1條規(guī)定：結構計算荷載類型混凝土灌車荷載參考布置JTJ021-89第2.3.1條規(guī)定汽20級重車，裝配式鋼橋多用途適用手冊中第4.1節(jié)規(guī)定；前輪著地寬度及長為0.30.2m，中、后輪著地寬度及長度為0.60.2m。請根據現(xiàn)場實際所用車型從軸重（前中后軸的重量）、軸距（前中后軸的縱向距離、橫向距離不變）兩方面進行調整。結構計算荷載類型履帶-50級荷載參考布置JTJ021-89第2.3.5條，裝配式鋼橋多用途適用手冊中第4.2節(jié)規(guī)定；履帶長4.5m，履帶寬0.7m，履帶中心間距2.5m。請根據現(xiàn)場實際吊重對履帶單位

8、壓力進行調整。結構計算計算過程荷載計算（允許應力法）1.0結構自重+ 1.0基本可變荷載+ 1.0其它可變荷載（工作狀態(tài)）1.0結構自重+ 1.0其它可變荷載（非工作狀態(tài)）1.0結構自重+ 1.0其它可變荷載（災難狀態(tài)）結構計算計算過程橋面板計算對于混凝土灌車荷載：假設10方混凝土灌車滿載自重為50t，前軸重10t，中后軸各重20t，前輪著地寬度及長為0.30.2m，中、后輪著地寬度及長度為0.60.2m，故取輪壓處約60cm寬作用范圍20cm鋼面板檢算。混凝土攪拌運輸車輪壓荷載: ，受力計算模型如下：L為橋面板分配梁的間距，n為計算跨數(shù)；梁的截面積：600mm 板厚mm，1.1為沖擊系數(shù)。2

9、0 101.1550/2 0.2pkN m結構計算計算過程橋面板計算計算跨數(shù)n的選擇？首先大家對結構在均布荷載作用下有個初步的概念。一般建議選擇3跨連續(xù)梁進行結構的計算。履帶吊的輪壓荷載(500+吊重)/2/4.5= kN/m；梁截面積：700mm 板厚mm；根據吊重需考慮一定的偏載系數(shù)。n內力撓度彎矩(ql2)剪力(ql)ql4/(EI)10.1250.55/38420.1250.6250.0052130.10.60.0067740.1070.6070.0063250.1050.6060.00644結構計算計算過程分配梁計算混凝土灌車作用：將0.6m寬線荷載作用分配梁，找到到最不利狀進行計算

10、?？梢园春喼Я夯蛉邕B續(xù)梁進行計算，跨度為主梁之間的間距。履帶吊作用：將將0.7m寬線荷載作用分配梁，找到到最不利狀進行計算?？梢园春喼Я夯蛉邕B續(xù)梁進行計算，跨度為主梁之間的間距。結構計算計算過程主梁計算(以貝雷梁介紹為主)主梁一般均采用貝雷梁，跨度為3的倍數(shù)，如9m、12m、15m等。貝雷梁的形式主要有以下幾種：貝雷片間距為45cm或90cm。主梁的布置位置是空間，在多個荷載作用下，存橫向與縱向的影響分布系數(shù)，那么如何計算貝雷所受到的內力呢？利用橋梁工程中的杠桿法原理進行計算；裝配式鋼橋多用途適用手冊4.3節(jié)中規(guī)定：荷載的橫向分配系數(shù)，按一般常用的杠桿法求得。結構計算計算過程主梁計算(杠桿

11、法)例子：四組單層貝雷梁中心間距為160cm布置，跨度為12m。杠桿法：把橋面板視作兩端簡支在主梁上的簡支梁。結構計算計算過程主梁計算(杠桿法)求1號主梁所受的最大荷載，利用支承力R1的影響線，在橋梁橫向把車輪的輪重安排在最不利位置上，R1=1.11P/2=0.55P前軸為0.55100=55kN中、后軸為0.55200=110kN2號主梁的最不利位置如上一圖所示的位置為最不利位置。R2=1.11P/2=0.5P前軸為0.55100=55kN中、后軸為0.55200=110kN結構計算計算過程主梁計算(杠桿法)通過杠桿法求1號主梁所受的最大支承力，而后利用主梁的縱向內力影響線求進行最不利荷載位

12、置布置。最大彎矩最大剪力2110 4.6110 655 212M=+)/2=XXkN.m M =1576.42228XX 12 1.4125.4xx 12V=110 1+11055=xxkN V =490.5kN12122結構計算計算過程主梁計算(杠桿法)履帶-50級作用的內力計算假設吊重為50t，(偏載系數(shù)根據吊重的大小選取)，履帶吊處于傾覆狀態(tài)，僅一側履帶承受荷載，當履帶位于主梁的正上方且在縱橋向跨中位置，此時貝雷梁承受最大彎矩；當履帶位于主梁的正上方且在縱橋向支點位置，此時貝雷梁承受最大剪力；P=100104.5=222.3kN/m應對措施：當所計算的彎矩或剪力超過允許值，需增加主梁的貝

13、雷片數(shù)；或限制履帶吊站位，只對承擔履帶荷載的主梁增加貝雷片數(shù)。結構計算計算過程立柱橫梁計算將主梁計算出的剪力，按位置施加于立柱橫梁上，將橫梁立柱處設約束建立受力模型并進行計算。立柱計算強度和穩(wěn)定性計算鋼結構設計規(guī)范（GB/T50017-2003）單樁承載力計算：結合現(xiàn)場地質條件并根據建筑樁基技術規(guī)范（J793-2008）中的經驗參數(shù)法計算。結構計算計算過程水流(潮流)壓力的計算根據鐵路橋涵設計規(guī)范（TB10002.1-2005）橋墩流水壓力的公式進行計算式中：P流水壓力（kN），K橋墩形狀系數(shù)，V水流設計速度（m/s）取2.0m/s，水容重（10kN/m3），A與水流方向垂直平面上的投影面積（

14、m2），g標準自由落體加速度（m/s2）。注：橋規(guī)、鐵規(guī)、港規(guī)中的計算公式基本相同，只是參數(shù)的選取不同。橋規(guī)僅能計算橋墩所受到的水流力,其K只反映了橋墩形狀的影響, 港規(guī)可以計算橋墩、梁、桁架等構件的水流力；橋規(guī)的水流力考慮更多的是內河徑流,而港規(guī)則包括了海洋潮流。gVKAP22結構計算計算過程風荷載的計算公路橋涵設計通用規(guī)范(JTG D60-2004)、鐵路橋涵設計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)、港口工程荷載規(guī)范(ITI215-98)均有規(guī)定。通過流體數(shù)值分析,認為鐵規(guī)的風荷載計算值偏小港規(guī)與橋規(guī)的算法基本相同,但其體系系數(shù)采用的是建筑規(guī)范中的系數(shù);并且,對某些工程的試算表明,按橋

15、規(guī)確定的風荷載略大于港規(guī)最終選用橋規(guī)4.3.7節(jié)的計算公式,k0為重現(xiàn)期換算系數(shù), 棧橋按半永久橋梁取;k1為風載阻力系數(shù),由構件形狀及間距決定,棧橋中,貝雷析按桁架取,考慮遮擋效應,橋面系按實腹梁取; k3為地形、地理系數(shù);Awh為構件的遮風面積;Wd為設計風壓。風荷載的主要參數(shù)是設計基本風速V10，在實際的設計中,首先根據當?shù)貧夂蛑行奶峁┑馁Y料和橋規(guī)的風壓分布圖初步確立各參數(shù),再在現(xiàn)場進行風的實測,根據實測資料修正荷載參數(shù),必要時要對后續(xù)棧橋的設計進行更改。結構計算計算過程局部沖刷深度的計算一般沖刷是指在整個河床斷面上因修橋所引起的普遍存在的沖刷變形，局部沖刷則是指橋墩周圍因橋墩阻水所引起

16、的河床局部變形。棧橋修建以后, 勢必會因阻水而引起河床產生局部變形，當水流行近樁時,因樁的阻水作用,一部分繞樁而過,一部分因沖擊樁前端,緊貼樁前緣的水流轉向上和向下流動兩部分，一層水流遇樁后向上流動,形成一于水流方向的漩渦(使樁前端水深出現(xiàn)涌高,或叫爬高)，其下部水流遇樁后均向下流動,直至河底,在河底形成一水平軸的與水流方向相反的指向河底的漩渦，這底部的反向漩渦是導致局部沖刷的主要動力，在樁側的河底部,有斜軸漩渦，由底部漩渦攪起的河底泥沙,被其上部水流夾帶向下游輸送，河底逐漸出現(xiàn)沖刷坑，當上游進入坑內的泥沙量等于漩渦所攪起來的沙量時,沖刷不再發(fā)展,達到最大沖刷深度。一般根據橋渡水文設計中局部沖刷公式計算，沖刷的理論計算不成熟，以實測資料為主，同時采用經驗公式進行校核。棧橋結構設計過程設計依據參照片前面的講的一些行業(yè)規(guī)范、計算手冊等。設計原則安全、經濟、結構簡單、受力明確、施工便捷。設計目的調查棧橋的作用，跨越水面，還是連接兩岸交通，行駛什么車輛，單車道還是雙車道，橋址的水文、地質資料、水流沖刷情況調查，在熟習總體施工方案的基礎上，詳細了解棧橋的施工過程等。結構選型對棧橋的面板、分配梁