排單層貝雷桁架棧橋設(shè)計及驗算書鋼管樁基礎(chǔ)

1、擬建棧橋計算書1、概述 1.1 設(shè)計說明本工程項目擬建棧橋結(jié)構(gòu)形式為4排單層貝雷桁架，使用900型標(biāo)準(zhǔn)貝雷花架進(jìn)行橫向聯(lián)結(jié)，棧橋縱向標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計跨徑為12m，橋面系為橋面板；橫向分配梁為I22，間距為0.75m；在橫向分配梁縱向鋪設(shè)I12.6工字鋼，間距為0.24米，I12.6工字鋼要花焊在I25橫向分配梁上；橋面板采用=8mm鋼板，與I12.6工字鋼進(jìn)行焊接；基礎(chǔ)采用630×10mm鋼管樁，按柱樁設(shè)計，為加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性，每排鋼管樁間均采用12號槽鋼連接成整體，樁長9米，外包1.0米厚C25混凝土；墩頂橫梁采用2工25a。棧橋布置結(jié)構(gòu)形式如下圖1。圖1、棧橋一般構(gòu)造圖（單位：cm）

2、 棧橋橋墩按線路前進(jìn)方向編號為1#16#墩，從功能上分兩種，分別為單排樁一般樁、雙排樁制動樁，兩種橋墩結(jié)構(gòu)形式及功能說明如下：單排樁一般樁：單排、每排3根樁，樁中心間距2.2m,樁頂標(biāo)高m，樁間設(shè)置橫向連接系，樁頂設(shè)置雙排I25a工字鋼支撐貝雷架主梁，與貝雷架主梁間不連接，不傳遞縱向水平力。雙排樁制動樁：在1#、8#、9#和16#墩設(shè)置，共4處。雙排(中心排距3m)，每排3根樁，樁中心間距為2.2m，樁頂標(biāo)高m，樁間設(shè)置橫向連接系，樁頂設(shè)置雙排I25a工字鋼支撐貝雷架主梁，設(shè)置縱向拉桿固定貝雷架主梁以縱向水平力。棧橋行車道兩側(cè)設(shè)置方木路緣，橋面兩邊設(shè)置鋼管護(hù)欄，欄桿高度為1.1m，采用75&#

3、215;75×8角鋼焊接在橫向分配梁I25a工字鋼上,每根分配梁上焊一根,主要電纜和通水管等設(shè)施擱置在上面,減少對棧橋交通的影響。1.2 設(shè)計依據(jù)1）公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 （JTG D60-2004）2）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 （JTJ024-85）3）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （JTJ025-86）4）公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 （JTJ0412000）1.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1）設(shè)計頂標(biāo)高；2）設(shè)計控制荷載：棧橋運營期間：施工重車荷載主要表現(xiàn)在9m3混凝土罐車，砼罐車自重20T+砼重22.5T，考慮1.4的動力系數(shù)，按照60T荷載對棧橋橋面分配梁I22a進(jìn)行驗算；考慮本棧橋橋位實際地

4、理條件，其施工工藝?yán)?0T履帶吊車采用“釣魚法”施工，50T履帶吊自重50T+吊重25T，考慮車輛自重及1.3的車輛沖擊系數(shù)，棧橋設(shè)計中選擇100噸履帶吊車荷載進(jìn)行貝雷梁及承重梁的驗算；3）設(shè)計行車速度10km/h。2、按截面一設(shè)計的棧橋檢算2.1 上部結(jié)構(gòu)恒重（6米寬計算）1）8mm厚鋼板，單位面積重62.8kg，則0.628kN/m2；2）面板分配梁工12.6,單位重14.21kg/m，則0.14kN/m，間距0.24m；3）面層橫向分配梁：I22，單位重33.05kg/m，則0.33kN/m ，1.98kN/根，間距0.75m；4）縱向主梁：橫向6排321型貝雷梁，6.66kN/m；5

5、）樁頂分配主梁：2I25a，單位重38.1kg/m ,則0.762kN/m。2.2 車輛荷載 由于本項目橋面系8mm面板與I12.6焊接成框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，在此不再對面板進(jìn)行計算，僅對面板主加強(qiáng)肋I12.6進(jìn)行驗算，其荷載分析如下：1）自重均布荷載：0.305kN/m，電算模型自動附加在計算中，不另外進(jìn)行添加。2）施工及人群荷載：不考慮與梁車同時作用。3）I12.6斷面內(nèi)間距為24cm，橫向分配梁間距為0.75m，其受力計算按照跨徑為0.75m的連續(xù)梁進(jìn)行驗算。汽車輪壓：車輪接地尺寸為0.5m×0.2m,每組車輪壓在2根I12.6上，則單根I12.6承受的荷載按照集中力計算為

6、250 kN÷2÷2=62.5kN，轉(zhuǎn)換成線性荷載為62.5 kN÷0.2=312.5 kN/m；13方砼罐車橫向及縱向布置圖100T單側(cè)履帶壓：單側(cè)履帶著地尺寸為0.7m×4.69m，單側(cè)履帶荷載按線性荷載計算為1000kN/m÷2÷4.7=106.4kN/m。3、按截面一設(shè)計的棧橋上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 3.1 橋面系（1）荷載計算 因橋面板為整體結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度及穩(wěn)定性較好，故此處不做單獨驗收。僅對橋面縱向分配梁I12.6進(jìn)行計算。單邊車輪作用在跨中時，I12.6a彎矩最大，輪壓力為簡化計算可作為集中力。荷載分析： 1）自重均布荷載：0.

7、305kN/m(面板+梁重)2）施工及人群荷載：不考慮與汽車同時作用3）汽車輪壓：車輪接地尺寸為0.5m×0.2m, 最大軸重為250kN，每軸4組車輪，則單組車輪荷載為62.5kN，每組車輪壓在2根I12.6上，則單根I12.6承受的荷載按照集中力計算，轉(zhuǎn)換成線性荷載為62.5 kN÷0.2/2=156.25 kN/m；則單邊車輪布置在跨中時彎距最大計算模型如下1 受力模型2 彎矩圖(Mmax=5.11kN.m)選用I12.6a，則 Wx=77cm3 ；=M/W=5.11kN.m /77cm3=66.4Mpa =188.5 Mpa；滿足強(qiáng)度要求。（根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)

8、構(gòu)設(shè)計規(guī)范第條有：對于臨時結(jié)構(gòu)有1.3 145×1.3188.5Mpa）100T單側(cè)履帶壓：單側(cè)履帶著地尺寸為0.7m×4.69m，單側(cè)履帶荷載按線性荷載計算為1000kN/m÷2÷4.7=106.4kN/m156.25 kN/m故此處履帶輪壓不作驗算。（2）剛度驗算該結(jié)構(gòu)的容許撓度為不大于結(jié)構(gòu)總長的1/400。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊撓度：fmax=qcl3（8-42+3）/384EI=c/l=0.2m/0.75m=0.27fmax =31.25KN×0.753（8-4×0.272+0.273）/（384×2.1×

9、;105MPa×158cm4）=8×10-4m0.75m/400=1.88×10-3m3.2 I22橫向分配梁內(nèi)力計算 （1）荷載計算 單邊車輪作用在跨中時，橫向分配梁的彎矩最大，輪壓力為簡化計算可作為集中力。 荷載分析：1）自重均布荷載：0.305kN/m×0.75/0.2m+0.33kN/m1.47kN/m 2）施工及人群荷載：不考慮與汽車同時作用3）汽車輪壓： 13m3砼罐車當(dāng)后車輪布置在跨中時彎矩最大，計算模型如下：受力模型 (，Qmax104.78kN)選用I22a 則 A= 42.1cm2 , W=310cm3，I/S=18.9(I=3400

10、 cm4，S=174.9)，b=0.75cm=M/W=28.14/0.31=90.77MPa<188.2 MPa<=85×1.3=110Mpa（2）剛度計算 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊撓度：wmax=0.0004m6m/400=0.015m結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度均滿足要求。3.3 12m跨貝雷梁內(nèi)力計算 3.3.1 12m跨貝雷梁內(nèi)力計算荷載分析：1）自重均布荷載：q1 =0.305*10+1.98/0.756.66 =12.35KN/m；2）施工及人群荷載: 不考慮與車輛同時作用；3）本項目棧橋最大設(shè)計跨徑為12m，單跨貝雷梁受力最不利的情況為50T履帶吊車行駛到跨中位置作業(yè)，貝

11、雷梁承受最大彎矩，50T履帶吊車作業(yè)荷載100T×10/4.7m=212.77 kN/m。據(jù)此，利用SAP2000建立受力模型如下：受力模型 (，Qmax=569.6kN)節(jié)點反力圖(Nmax=729.18N)履帶吊作用在墩頂，貝雷梁承受最大剪力，利用SAP2000建立受力模型如下：受力模型(，Qmax=900.13kN)節(jié)點反力圖(Nmax=1039.65N)13方罐車后輪作用在跨中(，Qmax=453.34kN，Nmax=572.81N)13方罐車后輪作用在墩頂(，Qmax=350.73kN，Nmax=692.39KN)經(jīng)過上述分析知，貝雷梁最大彎矩Mmax2，最大剪力Qmax2

12、=900.13kN，最大支座反力Nmax=1039.65KN?？v向主梁選用6排單層貝雷架，則貝雷梁容許彎矩M=788.2×6=4729.2kN.m，容許剪力Q=245.2×61471.2kN。Mmax=1590.6kN.m<M= 4729.2kN.m；Qmax=900.13kN<Q 1471.2kN，滿足強(qiáng)度要求。截面特性：I=5×105×4=20×105cm4。撓度wmax=Fl3/48EI=1000KN×123/（48×2.1×105MPa20×105cm4）=8.5×10-5m

13、12m/400=0.03滿足要求。3.4 承重梁內(nèi)力分析 承重梁一作為棧橋結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)，是棧橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全的生命線，擬采用兩排2I25a型材為承重梁。查鋼結(jié)構(gòu)計算手冊得各相關(guān)力學(xué)參數(shù)如下：W=2×402cm3=804cm3,A=2×48.5=97cm2,I=2×5023cm4I/S=21.58cm，d=0.8×21.6cm，根據(jù)第3.3節(jié)對貝雷梁的計算分析，得到最大節(jié)點反力為1040kN，主縱梁為6排單層貝雷，考慮荷載不平衡分布系數(shù)1.2，則單排貝雷對承重梁一的作用力為F=1.2×1040kN/6/2=104kN。下面對橋臺最不利情況下，

14、承重梁一的內(nèi)力情況進(jìn)行建模分析,采用施工計算程序及示例(西南交通大學(xué)出版)中平面鋼架程序(YY.FOR)進(jìn)行檢算。計算模型(標(biāo)注單位為厘米)、輸入數(shù)據(jù)： 8 9 3 6 1 210000000 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 9*.00010048 9*0.01526 0 0.4 0.9 2.2 2.65 3.1 4.4 4.9 5.3 9*0 2 1 1 0 5 0 1 0 8 0 1 0 1 3 4 6 7 9 6*0 6*104 6*0 、結(jié)構(gòu)計算： STATIC ANALYSIS OF PLANE FRAME joints displacement(un

15、it:mm,rad) join 1-x direction 2-y direction 3-m rotation(rad) 1 .00000 .13346 .00047 2 .00000 .00000 .00007 3 .00000 .10890 -.00030 4 .00000 .10523 .00030 5 .00000 .00000 .00000 6 .00000 .10523 -.00030 7 .00000 .10890 .00030 8 .00000 .00000 -.00007 9 .00000 .13346 -.00047 member end-force(unit:kN,kN

16、-m) member M1 M2 Q1 Q2 N 1 .000 -41.600 104.000 -104.000 .000 2 41.600 10.131 -103.461 103.461 .000 3 -10.131 9.430 .539 -.539 .000 4 -9.430 -37.612 104.539 -104.539 .000 5 37.612 9.430 -104.539 104.539 .000 6 -9.430 10.131 -.539 .539 .000 7 -10.131 -41.600 103.461 -103.461 .000 8 41.600 .000 -104.0

17、00 104.000 .000 support reactions(unit:kN,kN-m) bear join X-direction Y-direction M- rotation 2 .0000 -207.4613 .00000 5 .0000 -209.0773 .00000 8 .0000 -207.4613 .00000、計算結(jié)果分析： 最大撓度f'max=0.13mm，發(fā)生在1#和9#節(jié)點(如圖計算簡圖所示)， 最大彎矩M'max=41.6KNm，發(fā)生在2#和8#節(jié)點(如圖計算簡圖所示)， 最大剪力Q'max=104.539KN，發(fā)生在5#節(jié)點(如圖計算

18、簡圖所示)，支點反力：R'1=R'2=207.461KN,R'3=209.077KN。 最大彎曲應(yīng)力： =Mmax/W=41600/804 =52MPa1.3×2=0.9×188.2MPa=169MPa(根據(jù)路橋施工計算手冊e=×l0×x/h/y=19,查表允許應(yīng)力折減系數(shù)2=0.9) 最大剪應(yīng)力： =Qmax/(Ix/Sx)/t=104.539/21.58/1.6=30MPa=100MPa 最大撓度 f'max=0.13mmf=L/400=1300/400=3.25mm 強(qiáng)度和剛度滿足要求。4、鋼管樁承載力 根據(jù)上述計算

19、分析知，鋼管樁基礎(chǔ)單樁承載力最大的情況出現(xiàn)在履帶吊車在單排樁基礎(chǔ)頂施工作業(yè)時，單樁最大承受荷載約351.96kN?？紤]本項目的地質(zhì)條件及設(shè)計提供的相關(guān)地質(zhì)資料，施工中選用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)。根據(jù)上述計算結(jié)果，選擇單排兩根樁的墩基礎(chǔ)對鋼管樁進(jìn)行檢算： 臨時支墩采用Q235鋼管，外徑600mm，壁厚8mm，每米重116.7Kg，截面積A=148.7cm2, 回轉(zhuǎn)半徑i=21cm, 壓桿的長細(xì)比=l0/I, l0取為2×8.0m,則=l0/i=76, 則壓桿的承載力折減系數(shù)取值為0.748，根據(jù)路橋施工計算手冊臨時結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力可提高1.2倍,壓桿穩(wěn)定的允許應(yīng)力=1.2×,單根鋼管的允許承載力:P=1.2×A=0.748×116.7×10-4×1.2×140×106=1466KN根據(jù)單根主橫梁檢算結(jié)果，單根立桿的最大壓力為:Pmax=209.077KN+1.167KN/m×8m=218KNP=1466KN所以立柱的穩(wěn)定性滿足要求。5、橋墩整體穩(wěn)定性計算為簡化計算，取棧橋上部結(jié)構(gòu)自重為16.5KN/m,取活載(滿載13方混凝土罐車)為6