白马河特大桥8.5m宽栈桥计算

一、基本资料1、工程概况栈桥位于白马河的温州侧和福州侧，温州侧9#墩～10#墩60m，福州侧30#墩～14#墩1098m，栈桥全长1158m，桥面宽8.5m，为单线双车道，栈桥顶面标高+7.5m，栈桥每跨15m，4跨或5跨一联，使墩位处对应栈桥制动桩，每联设一固定支座，其余为活动支座；设计中采用流量Q1%=20700m/s，流速V1%=1.43m/s，水位H1%=5.75m，最大潮差8.00m，施工高水位+4.97m，施工低水位-4.35m；设计风速为40m/s；栈桥范围内河床多为厚层海积砂层及软土层、冲洪积层所覆盖，河床标高-7.1m～-1.4m。2、荷载（1）荷载类型桥面系：每米3根I22a；满铺δ=10mm花纹钢板；钢轨。栈桥上行走移动塔吊、混凝土搅拌车和履带吊。移动塔吊最大轮压如下图所示：混凝土搅拌车按30t计算，履带吊按50t计算。贝雷梁自重按3片一组计算，以0.3t/m计；桥面系和施工荷载作用在每一组贝雷梁上以0.5t/m计。（2）荷载组合移动式塔吊、履带吊机和混凝土搅车并排走行，其横桥向荷载布置如下图所示：13、贝雷梁：贝雷梁每片长3m，重320kg，不加强桥梁单排单层允许弯距788.2kN·m，允许剪力245.2kN。两横向分配梁之间距离15m。（栈桥横断面布置如下图）4、设计使用钢材I45a截面特性:2102000mmA4322400000mmI31430000mmW型钢、钢管桩允许应力抗拉、压[σ]=170MPa抗弯[σW]=170MPa抗剪[]=85Mpa5.覆盖层：由于资料不全，所以计算桩的承载力以下表地质资料作为计算依据。中砂层按217m计算,粉质黏土4m，粉砂2m，其下为含卵石的黏土13m，其下为花岗岩。计算桩的水流冲击力时水位按+5.75m考虑，锚固点在局部冲刷线下5d处。当实际情况不符时应适当调整。土质特性表桩周围土极限摩阻力if（kPa）厚度（m）中砂5517粉质黏土30～454粉砂35～652卵石黏土136.钢管桩Φ800mm，δ=8mm，考虑腐蚀作用，一年0.5mm，栈桥使用两年共腐蚀1mm，故S=π(D²-d²)/4=3.14(0.798²-0.784²)/4=0.0174㎡I=π(D4-d4)/64=3.14(0.7984-0.7844)/64=0.00136m4W=π(D3-d3)/32=3.14(0.7983-0.7843)/32=0.00258m3U=πD=3.14×0.798=2.512mΦ1000mm，δ=10mm，考虑腐蚀作用，一年0.5mm，栈桥使用两年共腐蚀1mm，故S=π(D²-d²)/4=3.14(0.998²-0.980²)/4=0.028㎡I=π(D4-d4)/64=3.14(0.9984-0.9804)/64=0.00344m4W=π(D3-d3)/323=3.14(0.9983-0.9803)/32=0.0052m3U=πD=3.14×0.998=3.13m7.计算原则、公式桩承载力计算桩顶受力一部分由桩周围土的摩擦力承担，一部分由桩尖处承担:ARlfaUPiii21][《铁路桥涵设计规范》[P]———桩的允许承受力，KN；U———桩身截面周长，m；il———各土层厚度，m；A———桩底支承面积，2m；fi———桩周围土极限摩阻力，KPa；R———桩尖土的极限承载力，KPa；i、———震动桩对各土层桩周摩阻力影响系数，对于打入桩取1.0。———系数，在本次计算中取1。水流力计算gVKAP22《铁路桥涵设计规范》P——压力，（KN）K——桥墩形状系数，取0.75V——水流设计速度（m/s）取2.05m/s——水容重（10KN/m3）A——与水流方向垂直平面上的投影面积（m2）g——重力加速度，m/s2局部受压4fltFzwc《钢规》F——集中荷载——集中荷载增大系数，取1.0wt——腹板厚度zl——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度，按下式计算：zl＝a+2hy。a——集中荷载延梁跨度方向的支撑长度。hy——梁面至腹板计算高度上边缘的距离。剪力计算][maxrmCIQSt《桥规》Q——计算截面沿腹板平面作用的剪力S——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩I——毛截面的惯性矩——腹板厚度Cr——剪应力分布不均匀允许应力增大系数当tmax/to1.25时Cr＝1.0当tmax/to1.50时Cr＝1.25当tmax/to在1.25与1.50之间时，Cr按直线比例计算hQtoh、分别为腹板的高度和厚度压弯构件稳定计算][21mmWMAN《桥规》N——轴心压力M——构件中部1/3长度范围内最大计算弯矩Am——构件毛截面即积Wm——毛截面抵抗矩51——轴心压杆允许折减系数，即轴心压杆稳定系数。2——构件只在一个主平面受弯时的允许应力这件系数。——考虑压弯构件中的附加弯矩而引起的系数。当N/Am≤0.151[σ]时，取＝1.0当N/Am0.151[σ]时，＝mEAnN221其中——构件在弯矩作用平面内的长细比；n——压杆容许应力安全系数，主力组合时n＝1.7。二、计算过程1、贝雷梁桥面移动塔吊、履带吊和混凝土搅拌车在横桥向工作时荷载布置如下图：由荷载组合可知，栈桥四组梁所受荷载均不一样，故分别计算。则履带吊和混凝土搅拌车分配到每组贝雷梁的荷载计算图式如下图：计算可得：tP55.171，tP88.272，tP57.233，tP39.114工况1：塔吊在跨中做业，一台混凝土搅拌车和履带吊车平行行走到跨中，如下图6所示：第①组贝雷梁受到移动塔吊两支腿轮压、tPq82.36.41均布荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR68.55111，tR68.45211，mtM43.215max11，tQ68.55max11第②组贝雷梁受到tPq06.66.42均布荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR83.20121，tR83.20221，mtM03.114max21tQ83.20max21第③组贝雷梁受到tP57.233集中荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR68.18131，tR68.18231，mtM23.114max31tQ68.18max31第④组贝雷梁受到移动塔吊两支腿轮压、tP39.114集中荷载和桥面均布荷载0.8t/m：7计算得：tR59.33141，tR59.25241，mtM3.132max41tQ59.33max41工况2：塔吊一支腿在跨中做业，另一支腿在支座处，一台混凝土搅拌车和履带吊车平行行走到跨中，如下图所示：第①组贝雷梁受到移动塔吊两支腿轮压、tPq82.36.41均布荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR18.38112，tR18.63212，mtM53.205max11，tQ18.38max12第②组贝雷梁受到tPq06.66.42均布荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR83.20122，tR83.20222，mtM03.114max22tQ83.20max22第③组贝雷梁受到tP57.233集中荷载和桥面均布荷载0.8t/m：8计算得：tR68.18132，tR68.18232，mtM23.114max32tQ68.18max32第④组贝雷梁受到移动塔吊两支腿轮压、tP39.114集中荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR39.19142，tR39.28242，mtM59.119max42，tQ39.19max42工况3：塔吊桩顶处做业，两支腿关于支点对称，一台混凝土搅拌车和履带吊车平行行走到支点处，如下图所示：第①组贝雷梁受到移动塔吊两支腿轮压、tPq82.36.41均布荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR91.5113，tR31.82213，tR96.0313,mtM79.99max13，tQ65.48max13第②组贝雷梁受到tPq06.66.42均布荷载和桥面均布荷载0.8t/m：9计算得：tR96.4123，tR53.43223，tR96.4223，mtM55.37max23，tQ76.21max23第③组贝雷梁受到tP57.233集中荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR80.4133，tR94.30233，tR80.4333，mtM92.23max33，tQ99.7max33第④组贝雷梁受到移动塔吊两支腿轮压、tP39.114集中荷载和桥面均布荷载0.8t/m：计算得：tR26.8143，tR43.58243，tR26.4243，mtM65max43，tQ52.29max43第一组贝雷梁：综合比较以上三种工况可知，对第一组贝雷梁弯矩最不利工况为工况2，剪力最不利工况为工况1：贝雷梁mtMM53.205max12max，tQQ68.55max11max，弯矩控制，故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtMM53.205max12max3×788.2/9.8=241.3t·m10tQQ68.55max11max3×245.2/9.8=75.06t∴满足要求第二组贝雷梁：综合比较以上三种工况可知，对第二组贝雷梁弯矩最不利工况为工况2，剪力最不利工况为工况3：贝雷梁mtMM03.114max22max，tQQ76.21max23max，故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtMM03.114max22max3×788.2/9.8=241.3t·mtQQ76.21max23max3×245.2/9.8=75.06t∴满足要求第三组贝雷梁：综合比较以上三种工况可知，对第三组贝雷梁弯矩最不利工况和剪力最不利工况均为工况2：贝雷梁mtM23.114max32，tQQ68.18max32max，弯矩控制，故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtM23.114max323×788.2/9.8=241.3t·mtQQ68.18max32max3×245.2/9.8=75.06t∴满足要求第四组贝雷梁：综合比较以上三种工况可知，对第四组贝雷梁弯矩最不利工况为工况1,剪力最不利工况为工况1：贝雷梁mtM3.132max41，tQ59.33max41，弯矩控制，故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtM3.132max413×788.2/9.8=241.3t·mtQ59.33max413×245.2/9.8=75.06t∴满足要求2.桩顶分配梁栈桥设有双排桩（制动桩）和单排桩，在双排桩处设有两层分配梁，上层为2I45a，下层为2I56a；单排桩设一层分配梁，为I45a。由于双排桩（制动桩）的上层分配梁受11力形式和单排桩是一样的，故将其合并一起计算。（1）双排桩上层分配梁、单排桩分配梁双排桩上层分配梁、单排桩分配梁受到摆放在其上的贝雷梁传来的荷载，由三根下层分配梁（三根钢管桩）做为支点向下传递荷载，根据上面三种工况的计算可知，工况3传下的荷载为最不利荷载，受力情况如下图所示：计算得：tRA27.90，tRB95.63，tRC19.62，mtM69.25max43，tQ17.36max，tQB78.27左，mtMB69.25右∴MPaMPaWM170][02.8814300002108.969.253MPaItQS85][14.55218322400000177102008.917.36由于在紧挨支点B右侧具有有一较大剪力和最大弯矩，故需对I45a的翼缘板和腹板结合部进行组合应力检算，由