貝雷梁棧橋及作業(yè)平臺(tái)計(jì)算書(shū)

仁義桂江大橋

貝雷梁棧橋及作業(yè)平臺(tái)計(jì)算書(shū)

編制：

復(fù)核:

審核:

西部中大建設(shè)集團(tuán)有限公司

梧州環(huán)城公路工程N(yùn)02合同段工程總承包項(xiàng)目經(jīng)理部

二。一五年十二月

目錄

一、工程概述...........................................................1

二、設(shè)計(jì)依據(jù)...........................................................1

三、計(jì)算參數(shù)...........................................................2

3.1.材料參數(shù)......................................................................2

3.2、荷載參數(shù).....................................................................2

3.3、材料說(shuō)明.........................................................7

3.4、驗(yàn)算準(zhǔn)則.....................................................................8

四、棧橋計(jì)算...........................................................8

4.1、計(jì)算工況.....................................................................8

4.2、建立模型.....................................................................9

4.3、面板計(jì)算.....................................................................9

4.4、工況一計(jì)算結(jié)果..............................................................10

4.5、工況二計(jì)算結(jié)果..............................................................13

4.6、工況三計(jì)算結(jié)果..............................................................17

4.7、工況四計(jì)算結(jié)果..............................................................20

4.8、工況五計(jì)算結(jié)果..............................................................23

4.9、入土深度計(jì)算結(jié)果............................................................25

4.10、屈曲計(jì)算...................................................................25

4.11、棧橋計(jì)算結(jié)果匯總...........................................................26

五、7#墩平臺(tái)計(jì)算......................................................27

5.1、建立模型.....................................................................27

5.2、荷載加載....................................................................27

5.3、荷載工況.....................................................................29

5.4、工況一計(jì)算..................................................................30

5.5、工況二計(jì)算..................................................................31

5.6,工況三計(jì)算...................................................................33

5.7、屈曲計(jì)算....................................................................36

5.8、7#墩平臺(tái)計(jì)算結(jié)果匯總........................................................37

六、8#墩平臺(tái)計(jì)算......................................................37

6.1、建立模型....................................................................37

6.2、荷載加載....................................................................38

6.3、荷載工況.....................................................................40

6.4、工況一計(jì)算結(jié)果..............................................................40

6.5、工況二計(jì)算結(jié)果..............................................................42

6.6.工況三計(jì)算結(jié)果...............................................................44

6.7、屈曲計(jì)算....................................................................47

6.8.8#墩平臺(tái)計(jì)算結(jié)果匯總........................................................48

七、結(jié)論.............................................................48

一、工程概述

仁義桂江大橋位于梧州旺村水利樞紐庫(kù)區(qū)，上游距離京南水利樞紐約33.9km,

下游距離在建旺村水利樞紐7.5km。全橋采用雙幅分離式結(jié)構(gòu)，上部構(gòu)造為：7x40mT

梁+(64+120+64)m連續(xù)鋼構(gòu)+6x40mT梁，左幅橋梁全長(zhǎng)781.99m,起止樁號(hào)為：

K4+781.862~K5+563.853右幅全長(zhǎng)872.45m,起止樁號(hào)為：K4+781.401~

K5+563.853。

仁義桂江大橋?yàn)橥ê胶恿?，航道等?jí)升級(jí)為IV級(jí)，最高通航水位27.63m,最

低通航水位15.96m,百年一遇洪水32.188m,常水位14.1m,汛期一般水位H=20.5m。

按照設(shè)計(jì)文件，10年一遇的水位為27.63m,該水位也為棧橋的計(jì)算控制水位，水

流流速為3m/s。車輛通行最高水位為+20.5m,此時(shí)水流流速按照2m/s進(jìn)行控制。

仁義桂江大橋左幅最低河床沖刷標(biāo)高為+5.0m,覆蓋層為卵石，其中巖石層標(biāo)高

為-1.23m,覆蓋層約6m左右，仁義桂江大橋右幅最低河床沖刷標(biāo)高為+4.5m,覆蓋層

為卵石，其中巖石層標(biāo)高為-1.09m,覆蓋層約5.59m左右。實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，由于

淘沙船的作業(yè)，河道內(nèi)的覆蓋層發(fā)生了較大變化，大體厚度在一5m之間。

仁義桂江大橋工程上承式貝雷梁棧橋橋面寬度為6m,最大跨度為12m,設(shè)計(jì)承

重為65t,而施工過(guò)程中采用25t汽車吊或50t履帶吊進(jìn)行施工作業(yè)，施工時(shí)應(yīng)滿

足承載需要。

平臺(tái)采用貝雷梁+分配梁的方式設(shè)置，主要施工設(shè)備為沖擊鉆機(jī)。

二、設(shè)計(jì)依據(jù)

1、新建梧州環(huán)城公路工程N(yùn)02合同段仁義桂江大橋水文、地質(zhì)資料

2、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況

3、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ025-86)

4、《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB01-2014)

5、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2010)

6、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2015)

7、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD63-2007)

8、《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》。

9、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008).

10、《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144-1-2010)

三、計(jì)算參數(shù)

3.1、材料參數(shù)

1、采用允許應(yīng)力法進(jìn)行檢算。

⑴、Q235B鋼參數(shù)：容許彎曲應(yīng)力［cr］=145MPa,容許剪應(yīng)力上］=85M/%

⑵、貝雷梁允許軸力如下表所示：

100型貝雷梁桿件特性表

桿件名稱材料斷面型式斷面面積(cm2)容許承載能力

弦桿16Mn2[102x12.74560kN

豎桿16Mn189.52210kN

斜桿16Mn189.52171.5kN

⑶、鋼彈性模量Es=2.lxlO'MPa;

⑷、考慮人群、欄桿等結(jié)構(gòu)，鋼棧橋及平臺(tái)自重按照1.2倍選取。

⑸、各荷載組合系數(shù)均為1.0。

3.2、荷載參數(shù)

根據(jù)本棧橋?qū)嶋H使用情況，橋面荷載考慮以下幾種主要荷載：

1、12ms的混凝土運(yùn)輸車

12ms的混凝土運(yùn)輸車，型號(hào)為三一重工生產(chǎn)的SY312c-6w(LNG),具體參數(shù)如下：

整備質(zhì)量16200kg

整車外形尺寸(長(zhǎng)x寬x高)9950x2500x3975mm

滿載總質(zhì)量47400kg

軸距3220mm+1150nim

前輪荷載總重：Pl=8t,后輪荷載總重：P2=39.4t.

2、50t履帶吊

50t履帶吊，參考三一重工SCC500E履帶起重機(jī)，自重為50t,本設(shè)計(jì)中最大

吊重為20t,吊裝時(shí)，考慮荷載偏載系數(shù)為0.85。

履帶吊接觸面積為2—4650x760mm2,50t履帶吊機(jī)限于墩頂起吊作業(yè)，嚴(yán)禁跨

中起吊。

3、25t汽車吊

25t汽車吊主要用于棧橋及平臺(tái)施工，參考PY25型汽車起重機(jī)，具體參數(shù)如下:

整備質(zhì)量29.2t

整車外形尺寸(長(zhǎng)x寬x高)9200x2490x3880mm

軸距4325mm+1350mm

4、一般車輛

一般車輛包括普通的小車、運(yùn)輸小材料的貨車，荷載均比50t履帶吊小，可不

進(jìn)行檢算。

5、水流力

棧橋按照10年一遇水位進(jìn)行控制，H10s=+27.63m,最大流速3.0m/s計(jì)算，棧橋

水位主要考慮渡洪影響，在水位達(dá)到警戒水位+20.5m時(shí)應(yīng)禁止棧橋上車輛通行。

由于《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)規(guī)范中沒(méi)有涉及桁架受水流力

計(jì)算內(nèi)容，水流力計(jì)算內(nèi)容參照《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144-1-2010)執(zhí)行。

棧橋主要水流力荷載包括鋼管樁和貝雷片所受的水流力，考慮1.2倍荷載放大系數(shù),

以平衡其它小構(gòu)件所受水流力。

水流力標(biāo)準(zhǔn)值取值為：&=C..1^2A,荷載也可以簡(jiǎn)化為倒三角形荷載，水面

處水壓力為p，，=c,/v2,河床處水壓力為o。

c,一水流阻力系數(shù)；

p—水密度，淡水取I"”/,海水取1.025〃?。?/p>

A—單樁入水部分在垂直于水流方向的投影面積；

V—水流流速，該處取3m/s,

①、主棧橋鋼管水流力計(jì)算

10年一遇水位進(jìn)行控制，Hm=+27.63m,最大流速3.Om/s下水流力：

222

圓形結(jié)構(gòu)，00.73,水面處水壓力為：pw=Cu,pV=0.73x1x3=6.57W/m

第二排鋼管受力應(yīng)進(jìn)行折減，按照規(guī)范表13.0.3-2要求進(jìn)行折減系數(shù)計(jì)算。

L-鋼管凈距，L=2.5m—0.529/7/=1.97\m,D-鋼管直徑，D=0.529771

L/D=1.971w/0.529=3.7,查表可知折減系數(shù)：機(jī)=0.624

I

2

第一排鋼管水面處受力為：qw[=pwD=657kNImx0.529=3.48AN/m

3

第二排鋼管水面處受力為：彘2=叫/“=0$24x3.48=2.17kN/〃z

第三排鋼管水面處受力與第二排相同。

渡洪樁水流力計(jì)算與主鋼管相同，渡洪樁直徑為0.63m。

2

渡洪樁鋼管水面處受力為：qwl=pwD=6.51kN/mx0.63=4.14kN/m

此時(shí)棧橋水流力分布如下圖所示：

第一排鋼管水流力（KN/m）第二排鋼管水流力（KN/m）渡洪鋼管水流力投影（KN/m）

水位達(dá)到+20.5m時(shí)應(yīng)禁止施工機(jī)械在棧橋通行，此時(shí)水流流速為2m/s,水流力

為：

222

圓形結(jié)構(gòu)，00.73,水面處水壓力為：pw=CwpV=0.73x1x2=2.92kN/m

2

第一排鋼管水面處受力為：=pwD=2.92kN/mx0.529=i.55kN/m

第二排鋼管水面處受力為：彘2=〃2億”=0-624、1.55=0.97雨/加

第三排鋼管水面處受力與第二排相同。

此時(shí)棧橋水流力分布如下圖所示：

4

鋼管水流力圖(KN/m)

②、主棧橋貝雷梁水流力計(jì)算

貝雷梁為多片桁架結(jié)構(gòu)，荷載取值應(yīng)按照多片桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

弦桿投影面積：A,=0.1x3x2=0.6m2

斜桿投影面積：&=005x(0.993x8)=0.4/

豎桿投影面積：=0.05x(1.3x3)=0.2m2

2

單片貝雷梁擋水面積為：A=At+A2+A3=1.2m

單片貝雷梁整個(gè)面積為：A'=3xl,5=4.5小

擋水面積系數(shù)：〃=A/4=1.2//4.5-2=0.27,查表可得.02.05

12m跨貝雷梁所受水流力：P.'=C?,fV2A=2.05xlx32x1.2x4=44.28Z:ZV

對(duì)于多排桁架結(jié)構(gòu)，第二排及以后多排桁架應(yīng)根據(jù)桁片位置進(jìn)行折減。

折減系數(shù)如下表所示：

桁架折減系數(shù)取值表

5

第5排貝雷梁折減系數(shù)與第3排相同，第6排貝雷梁折減系數(shù)與第4排相同。

6排貝雷梁整體荷載系數(shù)為：m=之j=i+0.55+0.7x2+0.6x2=2.97

1

12m跨貝雷梁整體所受水流力：F..=mxFJ=2.97x44.28=132kN,將該荷載作

用在鋼管頂上，并平均分配，每根鋼管受力為：尸=4/3=132kN/3=44kN

③、支棧橋及平臺(tái)鋼管水流力計(jì)算

10年一遇水位進(jìn)行控制，“+27.63%最大流速3.Om/s下水流力：

支棧橋及平臺(tái)鋼管水流力計(jì)算與主棧橋類似，主要區(qū)別為折減系數(shù)不同。

第二排鋼管受力應(yīng)進(jìn)行折減，按照規(guī)范表13.0.3-2要求進(jìn)行折減系數(shù)計(jì)算。

L-鋼管凈距，L=5.5m-0.529m=4.97,D-鋼管直徑,D=0,529m

L/D，查表可知折減系數(shù)：m

=4.971/n/0.529=9,4I=0.84

2

第一排鋼管水面處受力為:qw{=pwD=657kN/mx0.529=3.48kN/tn

其它排鋼管水面處受力為：qw2=mxqH,=0.84x3.48=2.92kN/m

棧橋水流力分布如下圖所示：

第一排鋼管水流力（KN/m）其它排鋼管水流力（KN/m）

水位達(dá)到+20.5m時(shí)應(yīng)禁止棧橋通行，此時(shí)水流流速為2m/s,水流力為:

2

第一排鋼管水面處受力為：qwl=pwD=2.92kN/mx0.529=1.55kN/m

第二排鋼管水面處受力為：qw2=叫外產(chǎn)0.84x1.55=1.3kN/m

6

第三排鋼管水面處受力與第二排相同。

鋼管水流力(KN/m)

④、支棧橋及平臺(tái)水流力計(jì)算

此時(shí)貝雷梁結(jié)構(gòu)與水流作用方向平行，可以參考規(guī)范表13.0.3-5進(jìn)行計(jì)算。

矩形梁水力阻力系數(shù)：C，=2.32

規(guī)范表13.0.3-5為墩柱水流力橫向影響系數(shù)。

貝雷梁橫向間距：8=0.9(取小值)，貝雷梁寬度為：。=0.216

B/D0.9/0.216=4.2,查表可知：叫=1.21

單排貝雷梁整個(gè)面積為：A，=0.216x1.5=。.324小

單排貝雷梁所受水流力：fV2A=1.21X2.32Xlx32X0.324=4kN

荷載直接作用在鋼管樁頂部。

3.3、材料說(shuō)明

棧橋上部結(jié)構(gòu)為型鋼和貝雷梁組拼結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為鋼管樁加型鋼承重梁結(jié)

構(gòu)。貝雷鋼棧橋采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，棧橋?qū)?m。棧橋鋼管樁為。529x10mm鋼管樁，

同排布置三根，間距為2.5m,墩頂分配梁為2根工45a型鋼橫梁。橫向貝雷梁布置

6片，間距為(。9m+1.15m+0.9m+L15m+0.9m),貝雷梁頂分配梁為工28a,工

28a間距為0.35m,工28a上順橋向布置10mm厚橋面板。橋頭設(shè)簡(jiǎn)易橋臺(tái)，臺(tái)后澆

7

筑混凝土施工便道。

為確保渡洪安全，在下游增設(shè)斜樁，以降低棧橋橫向變形量，從而提高棧橋的

安全度。渡洪樁與豎直方向傾角為30°,鋼管型號(hào)為0630mmx12mm,在第二層連

接與主棧橋鋼管通過(guò)6529mmx10mm作為連接系結(jié)構(gòu)，連接系標(biāo)高為水上0.5m,與

下層內(nèi)支撐位置對(duì)應(yīng)，當(dāng)覆蓋層較淺（小于5m）時(shí)，應(yīng)在斜樁內(nèi)鉆孔，并澆筑不小

于4m的水下混凝土，確保形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

平臺(tái)材料型號(hào)與棧橋相同，具體材料詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙.

3.4、驗(yàn)算準(zhǔn)則

棧橋及平臺(tái)作為一種重要的大臨設(shè)施，其設(shè)計(jì)驗(yàn)算準(zhǔn)則為：

在棧橋及平臺(tái)施工狀態(tài)下，棧橋應(yīng)滿足自身施工過(guò)程的安全，但6級(jí)風(fēng)以上應(yīng)

停止棧橋施工；

在工作狀態(tài)下，棧橋應(yīng)滿足正常車輛通行的安全性和適用性的要求，平臺(tái)應(yīng)滿

足鉆孔安全要求，并具有良好的安全儲(chǔ)備，此時(shí)水位低于+20.5m;

在非工作狀態(tài)下，當(dāng)棧橋及平臺(tái)水位超過(guò)或達(dá)到1。年一遇的洪水位時(shí)，棧橋

及平臺(tái)應(yīng)能滿足整體安全性的要求，允許出現(xiàn)局部可修復(fù)的損壞。

四、棧橋計(jì)算

4.1、計(jì)算工況

工況一：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐車（滿載47.4th12方混凝土罐車（空載

16.2t）及50t履帶吊（空載50t）。各種車輛均作用在跨中位置，罐車考慮偏心形

式，此時(shí)，最大水位小于20.5m。

工況二：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐車（空載16.2t）、12方混凝土罐車（滿載

47.4t）及50t履帶吊（空載50t）,各種車輛均作用在跨中位置，罐車考慮偏心形

式，此時(shí)，最大水位小于20.5m。

工況三：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐車（滿載47.4t）、空載（僅承受棧橋自重）、

50t履帶吊（空載50t）。各種車輛均作用在跨中位置，罐車考慮偏心形式。此時(shí)，

最大水位小于20.5m.

8

工況四：

履帶吊在墩頂側(cè)向起吊20t,考慮履帶的偏載系數(shù)0.75,此時(shí)，最大水位小于

20.5m。

工況五：

棧橋在10年一遇的水位下承受水流力作用，棧橋禁止通行。

4.2、建立模型

選取3跨12m連續(xù)梁用midas進(jìn)行整體建模計(jì)算，模型如下，當(dāng)檢算樁頂分配

梁與鋼管樁受力時(shí)，鋼管樁為主應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，由于渡洪樁僅為渡洪需要，在工

作狀態(tài)和施工狀態(tài)下對(duì)主棧橋受力影響不大，不進(jìn)行計(jì)算。

鋼管樁底部為固結(jié)結(jié)構(gòu)，上下分配梁之間全部為較接，即上層分配梁的彎矩不

傳遞至下層分配梁。

棧橋整體模型圖

4.3、面板計(jì)算

面板按照單向板進(jìn)行計(jì)算，跨度為0.35m,比較荷載，在12m3的混凝土運(yùn)輸車

荷載下面板受力最大，F(xiàn)=394/8=49.3&N，輪壓面積為0.2mx0.5m,單位長(zhǎng)度lm

進(jìn)行計(jì)算，鋼棧橋自重按照1.05選取，■.05x49.3=1035W/fflo

0.5

9

22

M=ql/S=l03.5kN/mx0.35/8=1.5SkN-m,Q=qU2=18,H/V

面板組合應(yīng)力：。=絲=ill，=94.8M尸"

W1000x1（）2/6

面板剪應(yīng)力：7=32=，!.8-山、=2.7MPa，滿足要求。

2A21000x10

4.4、工況一計(jì)算結(jié)果

工況一：三跨每跨依次布置12方混凝土罐車（滿載47.4t）、12方混凝土罐車

（空載16.2t）及50t履帶吊（空載50t）。各種車輛均作用在跨中位置，罐車考

慮偏心形式，最大水位小于20.5m。

工況一作用下荷載的加載如下圖所示:

滿載罐車+空載罐車+履帶吊荷載+水流力（未示）

10

工況一作用下：貝雷梁弦桿、豎桿、斜桿最大軸力如下圖所示:

MIDAS/Qvil

POST?PROCESSOR

BEAMFORCE

堆力

1.44041e+002

1.17718e-H)02

9.13944e+001

6.50710e+001

3^7476?-KJ01

0.00000?+000

■9286—I

-1.19193e+002

-1.45516e+002

弦桿軸力圖(kN)

POST~PROCESSOR

BEAMFORCE

電力

F嘲懶姍姍糊M刪枷

豎桿軸力圖(kN)

11

MlUAi/kJVII

POST~PROCESSOR

BEAMFORCE

軸力

6.2662le-K)01

5.06229e-KJOl

3.85836e-H)01

2.6S444e-H)01

D.00000e-K)00

--------9.57334e-K)00

1-2.16126e+001

-3.36518e-K)01

?-4.569lie+001

-5.77303*+001

■6.97696eyOl

斜桿軸力圖（kN）

100型貝雷梁桿件特性表

桿件名稱材料斷面型式斷面面積（cm，）容許承載力最大軸力

弦桿16Mn2[102x12.74560kN146kN

豎桿16Mn189.52210kN88kN

斜桿16Mn189.52171.5kN69kN

由計(jì)算結(jié)果可知貝雷片的受力滿足要求。

在工況一作用下：貝雷梁頂部工28a應(yīng)力如下圖所示:

BEAMSTRESS

組合（最大值）

2.57918e+001

1.89018e-K)01

1.20118e-H)01

5.12180e-H)00

0.00000e+000

-1.55482e+001

-2.24382e+001

-2.93282e+001

-3.62182e+001

-4.31082e+001

-4.99981e+001

工28a組合應(yīng)力圖（MPa）

分配梁工28a組合應(yīng)力為0=50MPa,截面最大剪應(yīng)力r=20MP“，最大相對(duì)變

形為:AZ=1.3/n<1150/300=3.8znw，滿足要求。

工況一作用下：鋼管樁及柱頂分配梁應(yīng)力如下圖所示：

12

級(jí)合（最大值）

2.45222e+001

1.89342e+001

■-----133461e+001

一?7,75807e+000

0,00000e+000

-------3.41805e+000

-------9.00611e+000

-------1.459426+001

-------2.01822e+001

-------2,S7703e+001

-3,13583e+001

□-3.69464e+001

CB:更+空+屐

MAX:20388

分配梁組合應(yīng)力為b=36.9"Pa，截面最大剪應(yīng)力r=23.5MPa,滿足要求。

鋼管樁反力入下圖所示：

工況一鋼管樁反力圖（t）

工況一鋼管樁最大反力為27t,鋼管樁入土深度將在后文中集中計(jì)算。

4.5、工況二計(jì)算結(jié)果

工況二：三跨每跨依次布置12方混凝土罐車（空載16.2t）、12方混凝土罐車

（滿載47.4t）及50t履帶吊（空載50t）。各種車輛均作用在跨中位置，罐車考慮

偏心形式，此時(shí)水位不大于+20.5m。

工況二作用下荷載的加載如下圖所示：

13

空載罐車+滿載罐車+履帶吊荷載+水流力（未示）

在工況二作用下：貝雷梁弦桿、

14

弦桿軸力圖(kN)