钢栈桥施工方案

1新建武汉至孝感城际铁路HXSG-4标野猪湖特大桥跨越县河栈桥施工方案中国建筑股份有限公司汉孝城际铁路四标项目经理部二零一零年三月十日2《野猪湖特大桥跨越县河栈桥施工方案》审批单编制：年月日审核：年月日审批：年月日中国建筑股份有限公司汉孝城际铁路四标项目经理部3野猪湖特大桥跨越县河栈桥施工方案1概述1.1桥址概况及水文情况县河位于王母湖与府澴河之间，连接王母湖、滚子河和府澴河，是一条人工河流，桥址于DK48+208.7～DK48+279.6处跨越县河，河流与线路大里程夹角34度，河向由右至左，受季节影响，河床宽约30～45m。地下水位埋深3～10m，桥址区地下水对混凝土无侵蚀性,基础结构为碳化环境，作用等级T2级；化学环境作用等级为H1级。地质情况：本桥址区位于江汉平原区，地表以下分别为粉质黏土，泥岩，砂岩，冬季为枯水期，汛期在春季和夏季。1.2设计说明根据当地具体地质情况、水文情况和气候情况，拟建栈桥长约78m，桥面宽5.2m。栈桥两侧设栏杆，下部结构采用钢管桩基础，上部结构采用贝雷和型钢的组合结构。栈桥的结构形式为横向5排单层贝雷桁架，桁架间距0.9m与1.2m相结合，标准跨径为12m；栈桥桥面系采用定型桥面板；面系分配横梁为I22a，间距为100cm；基础采用φ529×7mm/φ630×7mm钢管桩，为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20号槽钢连接成整体。栈桥各墩基础布置结构形式如下图1。1.3设计依据1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）42）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）4）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）5）《海港水文规范》（JTJ213-98）6）野猪湖特大桥跨越县河处设计地质资料7）《装配式公路钢桥多用途使用手册》8）《钢结构计算手册》1-1构造图52-2构造图图1、栈桥墩基础构造图（单位：cm）栈桥一般构造图1.4技术标准1）桥面设计顶标高+24.m（拟定）。2）设计荷载：设计荷载：(1)9m3砼罐车，（2）旋挖钻80t6图2：9m3砼罐车2.1车辆横向及纵向布置图图3：80t旋挖钻机，履带接地长度为4675mm×800mm3）验算荷载：10m3混凝土罐车：自重+砼重按60T计，对于各轴的承载力情况见图。80T履带旋挖钻：考虑偏载影响，验算履带荷载按照104T，履带7接地尺寸4.675m×0.8m，履带中心间距4.2m，具体布置情况见图。4）水位：目前水位高21.0米5）河床高程取（+18.5）（水深2.5米）。6）河床覆盖层：50cm淤泥。7）设计行车速度10km/h。2荷载统计1）栈桥面层：8mm厚钢板，单位面积重62.8kg，则3.27kN/m。2）面板加劲肋工12.6,单位重14.21kg/m，则0.14kN/m，间距0.24m。3）横向分配梁：I22a，0.33kN/m，1.98kN/根，间距1.0m。4）纵向主梁：321型贝雷梁，5.55KN/m。5）桩顶分配主梁：双肢I40型号工字钢。3上部结构内力计算3.1桥面系由于本项目桥面系8mm面板与I12.6焊接成框架结构，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算，仅对面板主加强肋I12.6进行验算，其荷载分析如下：1）自重均布荷载：0.266kN/m(面板单根I12.6承受的均布荷载)，电算模型自动附加在计算中，不另外进行添加。2）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用。3）I12.6断面内间距为24cm，横向分配梁间距为1.0m，其受力计算按照跨径为1.0m的连续梁进行验算。汽车轮压：车轮接地尺寸为0.5m×0.2m,每组车轮压在3根I12.68上，则单根I12.6承受的荷载按照集中力计算为250kN÷2÷3=41.7kN；单侧履带压：履带宽0.8m，单侧履带压在4根I12.6梁上（间距0.24×3=0.72m＜0.8m），履带长4.675m，则单根I12.6受力按线性荷载计算为104kn/2/4.675m/÷4=27.8kN/m，此线性荷载在1.0m长的范围内换算成集中荷载的大小为27.8kN/m×1.0=27.8kN41.7kN的汽车轮压，为此对于I12.6梁的验算选择罐车荷载进行控制验算。计算模型如下：则单边车轮布置在跨中时弯距最大计算模型如下3.1.1受力模型3.1.2弯矩图剪力图(Mmax=7.44kN.m，Qmax＝20.983kN)选用I12.6a，则Wx=77cm3；σ=M/W=7.44kN.m/77cm3=96.6Mpa＜[δ]=188.5Mpa；满足强度要求。9τ=QS/Ib=20.983/10.5/0.5=39.97Mpa[τ]=85×1.3=110Mpa（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：对于临时结构有1.3[σ]＝145×1.3＝188.5Mpa）,[τ]=85×1.3=110Mpa计算中忽略了8mm厚面板及钢框架整体分配作用，为此上述计算中是偏安全的，该桥梁面系结构设计满足临时钢结构强度刚度规范要求。3.1.2刚度验算该结构的容许挠度为不大于结构总长的1/400。根据《建筑结构静力计算手册》挠度：fmax=qcl3（8-4γ2+γ3）/384EIγ=c/l=0.2m/1.0m=0.2fmax=41.7KN×0.2*13（8-4×0.22+0.23）/（384×2.1×105MPa×158cm4）=0.51×10-3m﹤1m/400=2.5×10-3m3.2I22a横向分配梁内力计算单边车轮作用在跨中时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。荷载分析：1）均布荷载：1.3*6m桥面板重量为14.7KN/个，分配梁均布荷载：14.7kN/m/6/1.3*1＝1.225kN/m2）施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用3）汽车轮压：60T罐车当后车轮布置在跨中时，计算模型如下：103.2.3受力模型3.2.4弯矩、剪力图(Mmax=17.71kN.m，Qmax＝92.295kN)60T罐车当后车轮单个车轮布置在跨中时弯矩最大，计算模型如下：113.2.5弯矩、剪力图(Mmax=26.187kN.m，Qmax＝63.92kN)荷载分析：80t履带旋挖钻轮压：履带吊接地长度为4.675m，I22a布置间距为1m，则履带吊同时作用在6根I22a上，单根I22a的履带轮压为1040÷6＝173.3kN小于60T罐车单轴250kN同时作用在单根I22a上，不予计算。选用I22a则A=42.1cm2,W=310cm3，I/S=18.9cm(I=3400cm4，S=174.9cm3)，b=0.75cmσ=M/W=26.18/0.31=84.45MPa188.2MPaτ=QS/Ib=92.3/18.9/0.75=65.11Mpa[τ]=85×1.3=110Mpa（2）刚度计算挠度：wmax=0.0003m﹤1m/400=0.0025m结构刚度与强度均满足要求。3.3321型贝雷梁内力验算分析本栈桥结构形式，计算中选取3×12m进行结构的强度、刚度及杆件稳定性的验算。将3×12m联栈桥简化成一连续梁模型进行建模12分析，分析施工荷载作用情形，现对结构物的两种工况进行分析：工况一：当旋挖钻位于12m跨中是贝类梁承受最大弯矩。工况二：当旋挖转位于钢管桩顶区域时，贝类梁承受最大剪力。具体的荷载布置情况见本计算书开篇的“荷载分析布置图”，下面分别对工况一、工况二下纵梁内力情况进行建模分析。贝雷梁及上均布荷载1.98+5.55+6.37=13.9kn/m罐车荷载仅60吨，与旋挖钻相比，小的多，故不进行验算。工况一：当旋挖钻位于12m跨中图8、5.2m×12m型栈桥贝雷纵梁简化计算受力模型图10、内力电算结果(Qmax=603.4kN，Mmax=1673.99kN.m)墩顶最大荷载反力777.51KN13工况二：旋挖钻位于桩顶区域图11、5.2m×12m型栈桥贝雷纵梁简化计算受力模型图13、内力电算结果(Qmax=610.091kN，Mmax=688kN.m)图14、墩顶最大荷载反力1201KN经过上述分析知，履带吊施工过程中贝雷梁最大剪力Qmax2=610.09kN，最大弯矩Mmax2=1674kN.m。本栈桥贝雷梁内力情况为：KQ=【245.2kN×5片】/610.09kN=2(安全)；KM=【788.2kN.m×5片】/1674kN.m=2.35(安全)；14因此，整体结构强度满足临时钢结构施工设计规范要求。结合上述计算，单排贝雷梁内力为：Qmax=610.09kN/5=122kN，Mmax=1674kN.m/5=334.8kN.m根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》第22页贝类梁结构分析简图可知，贝雷梁的内力可分为受纯弯和纯剪叠加而成。一）受纯弯时弦杆内力Sx=±M/h=±334.8/1.4=±239.1kn，弦杆截面积25.48cm2，因此弦杆应力：Q=±Sx/A=±239.1/(2*25.48)cm2=±46.92Mpa≤1.3*210=273MPa，满足强度要求。弦杆的稳定性：ng=Qa/Q=273/46.92=5.8＞nw，稳定性足够；二）受纯剪时查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页“桁架容许内力表”可知不加强的单排单层贝雷的容许剪力为245.2kN；斜杆内力：Sf=±Q/2sin5=±22*122=86.26kn端竖杆内力：Sz=±122/2=±61KN，斜杆、竖杆采用I8，截面积为9.53cm2因此，斜杆、竖杆应力σ=±Sx/A=±61/9.53=±64Mpa≤1.3*210=273MPa弦杆的稳定性：ng=Qa/Q=273/64=4.3＞nw，稳定性足够；三）挠度验算1）桥梁总惯性矩I查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页表3-5可知，单排单层桁架J=250497.2cm4,纵向的桥面层的Ix=77.4cm4,6.5米宽桥沿桥梁方向共有5片桁架和23根I12.6桥面纵向梁。15因此，其总惯性矩为I=5×J+23×Ix=1263709cm4=0.0126m4。2）非弹性挠度按照《装配式公路钢桥多用途使用手册》第39页贝雷桁架挠度计算经验公式，当桁架节数为偶数时，简支梁其跨中最大挠度为：fmax=dn2/8其中：n为桁架节数，d为常数；单层桁架d=0.3556cm,双层桁架d=0.1717cm；对于一联桥型跨径组合为5.2×12m,为简化计算，验算中12m单跨径进行验算，跨内共有4节桁架，且为单层桁架。将上述数据代入公式得fmax=0.3556cm×42/8=0.71cm，而对于连续梁，其非弹性挠度一般为简支梁的2/3，所以其fmax=0.711cm×2/3=0.474cm。3）弹性挠度查《路桥施工计算手册》第764页附表2-9中的计算系数可知，均布荷载产生的挠度为：fq=0.677×ql4/(100EI),其中EI=2.1×105Mpa×0.0126m4=0.265×1010N.m2.因此，fq=0.677×ql4/(100EI)=0.677×222.46×124÷（100×0.265×1010）=1.18×10-5m=1.2×10-3cm=0.0012cm。4）总挠度由以上计算可得到桁架在自重及履带吊SSL工况下产生的最大挠度为：f总=f非+f弹=0.474cm+0.0012cm=0.486cm。按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86第1.1.5条“对于临时或特殊结构，其竖向挠度容许值可与有关部门协商确定”16以及参考《装配式公路钢桥多用途使用手册》第49页计算示例，其竖向挠度容许值需满足f/L=1/250,即本桥12m跨的挠度容许值为f容=1200cm/250=4.8cm。因此，上述计算得到的f总=0.486cm＜f容=4.8cm，满足要求。4、下横梁内力计算对于下横梁受力最不利工况为：（1）罐车的边侧行驶到桩顶时；（2）旋挖钻行驶到桩顶时。综合对比，工况（2）比工况（1）受力严重，为简化计算，将旋挖钻荷载以均布力的形式对下横梁