棧橋設(shè)計(jì)和檢算

1、鋼棧橋設(shè)計(jì)和檢算中鐵三局技術(shù)開(kāi)發(fā)部2013年12月學(xué)習(xí)內(nèi)容鋼棧橋概述結(jié)構(gòu)計(jì)算棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程棧橋檢算實(shí)例鋼棧橋概述橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)是用來(lái)施工安裝永久結(jié)構(gòu)，在完成永久結(jié)構(gòu)的建設(shè)過(guò)程中所必需建造的結(jié)構(gòu)。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(duì)不同的上部荷載采用不同的間距。梁部結(jié)構(gòu)一般采用便于工廠化拼裝的結(jié)構(gòu)形式，如萬(wàn)能桿件、軍用梁、貝雷梁、型鋼梁等。下部結(jié)構(gòu)主要采用鋼管樁(直徑500-800mm,厚為8-12mm)和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁；考慮了施工與拆除的方便。鋼棧橋概述結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-20

2、03）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004、JTJ021-89)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-2008）裝配式鋼橋多用途適用手冊(cè)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ025-86)路橋、建筑施工計(jì)算手冊(cè)建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載組合設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)自重混凝土灌車對(duì)應(yīng)工作狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)、水流、波浪、潮流及沖刷作用結(jié)構(gòu)自重履帶吊非工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)自重對(duì)應(yīng)非工作狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)、水流、波浪、潮流及沖刷作用災(zāi)難狀態(tài)結(jié)構(gòu)自重對(duì)應(yīng)災(zāi)難狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)、水流、波浪、潮流及沖刷作用注：荷載組合時(shí)，一般情況下組合系數(shù)取1.0。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法目前在鋼棧橋結(jié)構(gòu)的設(shè)

3、計(jì)中主要用到還是容許應(yīng)力法，采用安全系數(shù)K來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全性。容許應(yīng)力的表達(dá)式：材料的允許應(yīng)力：由材料的屈強(qiáng)度或極限強(qiáng)度除以安全系數(shù)而得。主要缺點(diǎn)：由于單一安全系數(shù)是一個(gè)籠統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，因之給定的容許應(yīng)力不能保證各種結(jié)構(gòu)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(hào)荷載效應(yīng)情況對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響。 結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)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(yīng)力為140MPa，彎曲應(yīng)力為145MPa，剪應(yīng)力為85MPa。Q345鋼貝雷梁。 JTJ025-86 中表1.2.5中規(guī)定：軸向應(yīng)力為200MPa，彎曲應(yīng)力為210MPa，

4、剪應(yīng)力為120MPa。 裝配式鋼橋多用途適用手冊(cè)中表5-6規(guī)定了桁架的允許內(nèi)力。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法 JTJ025-86 中表1.2.5條文說(shuō)明規(guī)定：結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法 JTJ025-86 中表1.2.5條文說(shuō)明規(guī)定：鋼材的容許剪應(yīng)力，系根據(jù)試驗(yàn)以及最大能量的強(qiáng)度理論決定的，直接受剪強(qiáng)度為軸向受拉強(qiáng)度的0.577倍，故近似地取用0.6；結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法 JTJ025-86 中1.2.10條規(guī)定：驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性時(shí)，基本鋼材和各種連接和各種連接件的容許力應(yīng)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(jīng)

5、驗(yàn)，并非理論推導(dǎo)而得。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法(K為1.3時(shí))Q235鋼橋面板、分配梁、立柱及其橫梁。軸向應(yīng)力為1.3140=182MPa，彎曲應(yīng)力為1.3145=188.5MPa，剪應(yīng)力為1.385=110.5MPa。Q345鋼貝雷梁。(裝配式鋼橋多用途適用手冊(cè)中采用此標(biāo)準(zhǔn))軸向應(yīng)力為1.3200=260MPa，彎曲應(yīng)力為1.3210=273MPa，剪應(yīng)力為1.3120=156MPa。 結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法容許應(yīng)力法 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ025-86)中2.1.2條規(guī)定了荷載組合類型。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 容許應(yīng)力法采用了一個(gè)安全系數(shù)K，即只用一個(gè)安全系數(shù)平確定結(jié)構(gòu)

6、的可靠程度。而現(xiàn)在采用了多個(gè)分項(xiàng)系數(shù)，所結(jié)構(gòu)計(jì)算劃分得更細(xì)更合理，分別不同情況，給出了不同的分項(xiàng)系數(shù)。將極限狀態(tài)法來(lái)對(duì)棧橋進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前還不夠成熟，原因如下： 1、施工期環(huán)境荷載復(fù)雜多變。國(guó)內(nèi)外在結(jié)構(gòu)施工期環(huán)境荷載的實(shí)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析方面做得并不多，統(tǒng)計(jì)資料的缺乏成為施工可靠度分析的首要問(wèn)題。 2、分項(xiàng)系數(shù)取值不定。分項(xiàng)系數(shù)的取值關(guān)系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備,對(duì)于棧橋的設(shè)計(jì),施工期荷載具有更大的變異性,而分項(xiàng)系數(shù)的取值與荷載標(biāo)準(zhǔn)差密切相關(guān),因此棧橋設(shè)計(jì)分項(xiàng)系數(shù)與永久結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)該不同,棧橋分項(xiàng)系數(shù)取值應(yīng)該根據(jù)施工期的特點(diǎn)進(jìn)行專門調(diào)整。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算方法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法分項(xiàng)系數(shù)永久荷載一般取1.2；

7、可變荷載一般取1.4。設(shè)計(jì)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-2003）中3.4.1條規(guī)定：結(jié)構(gòu)計(jì)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(jí)重車，裝配式鋼橋多用途適用手冊(cè)中第4.1節(jié)規(guī)定；前輪著地寬度及長(zhǎng)為0.30.2m，中、后輪著地寬度及長(zhǎng)度為0.60.2m。請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載類型履帶-50級(jí)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(cè)中第4.2節(jié)規(guī)定；履帶長(zhǎng)4.5m，履帶寬0.7m，履帶中心間距2.5m。請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際吊重對(duì)履帶單位

8、壓力進(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程荷載計(jì)算（允許應(yīng)力法）1.0結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自重+ 1.0其它可變荷載（非工作狀態(tài)）1.0結(jié)構(gòu)自重+ 1.0其它可變荷載（災(zāi)難狀態(tài)）結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程橋面板計(jì)算對(duì)于混凝土灌車荷載：假設(shè)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(zhǎng)為0.30.2m，中、后輪著地寬度及長(zhǎng)度為0.60.2m，故取輪壓處約60cm寬作用范圍20cm鋼面板檢算?；炷翑嚢柽\(yùn)輸車輪壓荷載: ，受力計(jì)算模型如下：L為橋面板分配梁的間距，n為計(jì)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(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程橋面板計(jì)算計(jì)算跨數(shù)n的選擇？首先大家對(duì)結(jié)構(gòu)在均布荷載作用下有個(gè)初步的概念。一般建議選擇3跨連續(xù)梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)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(jù)吊重需考慮一定的偏載系數(shù)。n內(nèi)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(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程分配梁計(jì)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(jìn)行計(jì)算

10、?？梢园春?jiǎn)支梁或三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)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(jìn)行計(jì)算?？梢园春?jiǎn)支梁或三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，跨度為主梁之間的間距。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程主梁計(jì)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(gè)荷載作用下，存橫向與縱向的影響分布系數(shù)，那么如何計(jì)算貝雷所受到的內(nèi)力呢？利用橋梁工程中的杠桿法原理進(jìn)行計(jì)算；裝配式鋼橋多用途適用手冊(cè)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(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程主梁計(jì)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(jiǎn)支在主梁上的簡(jiǎn)支梁。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程主梁計(jì)算(杠桿法)求1號(hào)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(hào)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(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程主梁計(jì)算(杠桿法)通過(guò)杠桿法求1號(hào)主梁所受的最大支承力，而后利用主梁的縱向內(nèi)力影響線求進(jìn)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(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程主梁計(jì)算(杠桿法)履帶-50級(jí)作用的內(nèi)力計(jì)算假設(shè)吊重為50t，(偏載系數(shù)根據(jù)吊重的大小選取)，履帶吊處于傾覆狀態(tài)，僅一側(cè)履帶承受荷載，當(dāng)履帶位于主梁的正上方且在縱橋向跨中位置，此時(shí)貝雷梁承受最大彎矩；當(dāng)履帶位于主梁的正上方且在縱橋向支點(diǎn)位置，此時(shí)貝雷梁承受最大剪力；P=100104.5=222.3kN/m應(yīng)對(duì)措施：當(dāng)所計(jì)算的彎矩或剪力超過(guò)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(duì)承擔(dān)履帶荷載的主梁增加貝雷片數(shù)。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程立柱橫梁計(jì)算將主梁計(jì)算出的剪力，按位置施加于立柱橫梁上，將橫梁立柱處設(shè)約束建立受力模型并進(jìn)行計(jì)算。立柱計(jì)算強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T50017-2003）單樁承載力計(jì)算：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件并根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（J793-2008）中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程水流(潮流)壓力的計(jì)算根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10002.1-2005）橋墩流水壓力的公式進(jìn)行計(jì)算式中：P流水壓力（kN），K橋墩形狀系數(shù)，V水流設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)自由落體加速度（m/s2）。注：橋規(guī)、鐵規(guī)、港規(guī)中的計(jì)算公式基本相同，只是參數(shù)的選取不同。橋規(guī)僅能計(jì)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(jì)算橋墩、梁、桁架等構(gòu)件的水流力；橋規(guī)的水流力考慮更多的是內(nèi)河徑流,而港規(guī)則包括了海洋潮流。gVKAP22結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程風(fēng)荷載的計(jì)算公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)、鐵路橋涵設(shè)計(jì)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(guò)流體數(shù)值分析,認(rèn)為鐵規(guī)的風(fēng)荷載計(jì)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(duì)某些工程的試算表明,按橋

15、規(guī)確定的風(fēng)荷載略大于港規(guī)最終選用橋規(guī)4.3.7節(jié)的計(jì)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(fēng)載阻力系數(shù),由構(gòu)件形狀及間距決定,棧橋中,貝雷析按桁架取,考慮遮擋效應(yīng),橋面系按實(shí)腹梁取; k3為地形、地理系數(shù);Awh為構(gòu)件的遮風(fēng)面積;Wd為設(shè)計(jì)風(fēng)壓。風(fēng)荷載的主要參數(shù)是設(shè)計(jì)基本風(fēng)速V10，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,首先根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛑行奶峁┑馁Y料和橋規(guī)的風(fēng)壓分布圖初步確立各參數(shù),再在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行風(fēng)的實(shí)測(cè),根據(jù)實(shí)測(cè)資料修正荷載參數(shù),必要時(shí)要對(duì)后續(xù)棧橋的設(shè)計(jì)進(jìn)行更改。結(jié)構(gòu)計(jì)算計(jì)算過(guò)程局部沖刷深度的計(jì)算一般沖刷是指在整個(gè)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(shì)必會(huì)因阻水而引起河床產(chǎn)生局部變形，當(dāng)水流行近樁時(shí),因樁的阻水作用,一部分繞樁而過(guò),一部分因沖擊樁前端,緊貼樁前緣的水流轉(zhuǎn)向上和向下流動(dòng)兩部分，一層水流遇樁后向上流動(dòng),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(dòng),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(dǎo)致局部沖刷的主要?jiǎng)恿?，在樁?cè)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(dāng)上游進(jìn)入坑內(nèi)的泥沙量等于漩渦所攪起來(lái)的沙量時(shí),沖刷不再發(fā)展,達(dá)到最大沖刷深度。一般根據(jù)橋渡水文設(shè)計(jì)中局部沖刷公式計(jì)算，沖刷的理論計(jì)算不成熟，以實(shí)測(cè)資料為主，同時(shí)采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校核。棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)依據(jù)參照片前面的講的一些行業(yè)規(guī)范、計(jì)算手冊(cè)等。設(shè)計(jì)原則安全、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、施工便捷。設(shè)計(jì)目的調(diào)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(zhì)資料、水流沖刷情況調(diào)查，在熟習(xí)總體施工方案的基礎(chǔ)上，詳細(xì)了解棧橋的施工過(guò)程等。結(jié)構(gòu)選型對(duì)棧橋的面板、分配梁