贝雷梁栈桥及平台计算书12.9

仁义桂江大桥

贝雷梁栈桥及作业平台计算书

编制：

复核：

审核：

西部中大建设集团有限公司

梧州环城公路工程N02合同段工程总承包项目经理部

二○一五年十二月

目 录

一、工程概述 ...................................................................................................................... 2 二、设计依据 ...................................................................................................................... 2 三、计算参数 ...................................................................................................................... 3

3.1、材料参数 ........................................................................................................................................... 3 3.2、荷载参数 ........................................................................................................................................... 3

3.3、材料说明 .................................................................................................................. 10

3.4、验算准则 ......................................................................................................................................... 10

四、栈桥计算 .................................................................................................................... 11

4.1、计算工况 ......................................................................................................................................... 11 4.2、建立模型 ......................................................................................................................................... 12 4.3、面板计算 ......................................................................................................................................... 12 4.4、工况一计算结果 ............................................................................................................................. 13 4.5、工况二计算结果 ............................................................................................................................. 16 4.6、工况三计算结果 ............................................................................................................................. 20 4.7、工况四计算结果 ............................................................................................................................. 23 4.8、工况五计算结果 ............................................................................................................................. 27 4.9、入土深度计算结果 ......................................................................................................................... 29 4.10、屈曲计算 ....................................................................................................................................... 30 4.11、栈桥计算结果汇总 ....................................................................................................................... 31

五、7#墩平台计算 ........................................................................................................... 33

5.1、建立模型 ......................................................................................................................................... 33

5.2、荷载加载 ......................................................................................................................................... 33 5.3、荷载工况 ......................................................................................................................................... 36 5.4、工况一计算 ..................................................................................................................................... 36 5.5、工况二计算 ..................................................................................................................................... 38 5.6、工况三计算 ..................................................................................................................................... 40 5.7、屈曲计算 ......................................................................................................................................... 43 5.8、7#墩平台计算结果汇总................................................................................................................. 44

六、8#墩平台计算 ........................................................................................................... 45

6.1、建立模型 ......................................................................................................................................... 45 6.2、荷载加载 ......................................................................................................................................... 45 6.3、荷载工况 ......................................................................................................................................... 48 6.4、工况一计算结果 ............................................................................................................................. 48 6.5、工况二计算结果 ............................................................................................................................. 51 6.6、工况三计算结果 ............................................................................................................................. 53 6.7、屈曲计算 ......................................................................................................................................... 56 6.8、8#墩平台计算结果汇总................................................................................................................. 57

七、结论 ............................................................................................................................ 58

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一、工程概述

仁义桂江大桥位于梧州旺村水利枢纽库区，上游距离京南水利枢纽约33.9km，下游距离在建旺村水利枢纽7.5km。全桥采用双幅分离式结构，上部构造为：7×40mT梁+（64+120+64）m连续钢构+6×40mT梁，左幅桥梁全长781.99m,起止桩号为：K4+781.862～K5+563.853右幅全长872.45m，起止桩号为：K4+781.401～K5+563.853。

仁义桂江大桥为通航河流，航道等级升级为IV级，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。按照设计文件，10年一遇的水位为27.63m，该水位也为栈桥的计算控制水位，水流流速为3m/s。车辆通行最高水位为+20.5m，此时水流流速按照2m/s进行控制。

仁义桂江大桥左幅最低河床冲刷标高为+5.0m,覆盖层为卵石，其中岩石层标高为-1.23m，覆盖层约6m左右，仁义桂江大桥右幅最低河床冲刷标高为+4.5m,覆盖层为卵石，其中岩石层标高为-1.09m，覆盖层约5.59m左右。实际测量结果显示，由于淘沙船的作业，河道内的覆盖层发生了较大变化，大体厚度在1-5m之间。

仁义桂江大桥工程上承式贝雷梁栈桥桥面宽度为6m，最大跨度为12m，设计承重为65t，而施工过程中采用25t汽车吊或50t履带吊进行施工作业，施工时应满足承载需要。

平台采用贝雷梁+分配梁的方式设置，主要施工设备为冲击钻机。 二、设计依据

1、新建梧州环城公路工程N02合同段仁义桂江大桥水文、地质资料 2、现场实际情况

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3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86） 4、《公路工程技术标准》（JTG B01-2014） 5、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2010） 6、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015） 7、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） 8、《装配式公路钢桥多用途使用手册》。 9、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）。 10、《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010） 三、计算参数 3.1、材料参数

1、采用允许应力法进行检算。

⑴、Q235B钢参数：容许弯曲应力????145MPa，容许剪应力????85MPa。 ⑵、贝雷梁允许轴力如下表所示：

100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称 弦杆 竖杆 斜杆 材料 16Mn 16Mn 16Mn 断面型式 2[10 I8 I8 断面面积(cm2) 2×12.74 9.52 9.52 容许承载能力 560kN 210 kN 171.5kN ⑶、钢弹性模量Es=2.1×105MPa；

⑷、考虑人群、栏杆等结构，钢栈桥及平台自重按照1.2倍选取。 ⑸、各荷载组合系数均为1.0。 3.2、荷载参数

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根据本栈桥实际使用情况，桥面荷载考虑以下几种主要荷载： 1、12m3的混凝土运输车

12m3的混凝土运输车，型号为三一重工生产的SY312C-6w(LNG)，具体参数如下：

整备质量

16200kg 9950×2500×

整车外形尺寸(长×宽×高)

3975mm

满载总质量 轴距

47400kg 3220mm+1150mm

前轮荷载总重：P1=8t，后轮荷载总重：P2=39.4t。 2、50t履带吊

50t履带吊，参考三一重工SCC500E履带起重机，自重为50t，本设计中最大吊重为20t，吊装时，考虑荷载偏载系数为0.85。

履带吊接触面积为2—4650×760mm2，50t履带吊机限于墩顶起吊作业，严禁跨中起吊。

3、25t汽车吊

25t汽车吊主要用于栈桥及平台施工，参考PY25型汽车起重机，具体参数如下：

整备质量

29.2t 9200×2490×

整车外形尺寸(长×宽×高)

3880mm

轴距

4325mm+1350mm

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4、一般车辆

一般车辆包括普通的小车、运输小材料的货车，荷载均比50t履带吊小，可不进行检算。

5、水流力

栈桥按照10年一遇水位进行控制，H10%=+27.63m，最大流速3.0m/s计算，栈桥水位主要考虑渡洪影响，在水位达到警戒水位+20.5m时应禁止栈桥上车辆通行。

由于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规范中没有涉及桁架受水流力计算内容，水流力计算内容参照《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）执行。栈桥主要水流力荷载包括钢管桩和贝雷片所受的水流力，考虑1.2倍荷载放大系数，以平衡其它小构件所受水流力。

水流力标准值取值为：Fw?Cw?V2A，荷载也可以简化为倒三角形荷载，水面

22p?C?Vww处水压力为，河床处水压力为0。

Cw—水流阻力系数；

?—水密度，淡水取1t/m3，海水取1.025t/m3；

A—单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积； V—水流流速，该处取3m/s， ①、主栈桥钢管水流力计算

10年一遇水位进行控制，H10%=+27.63m，最大流速3.0m/s下水流力： 圆形结构，Cw=0.73，水面处水压力为：pw?Cw?V2?0.73?1?32?6.57kN/m2 第二排钢管受力应进行折减，按照规范表13.0.3-2要求进行折减系数计算。 L-钢管净距，L?2.5m?0.529m?1.971m,D-钢管直径，D?0.529m

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L/D?1.971m/0.529?3.7,查表可知折减系数：m1?0.624

第一排钢管水面处受力为：qw1?pwD?6.57kN/m2?0.529?3.48kN/m 第二排钢管水面处受力为：qw2?m1qw1?0.624?3.48?2.17kN/m 第三排钢管水面处受力与第二排相同。

渡洪桩水流力计算与主钢管相同，渡洪桩直径为0.63m。

渡洪桩钢管水面处受力为：qw1?pwD?6.57kN/m2?0.63?4.14kN/m 此时栈桥水流力分布如下图所示：

第一排钢管水流力（KN/m） 第二排钢管水流力（KN/m） 渡洪钢管水流力投影（KN/m）

水位达到+20.5m时应禁止施工机械在栈桥通行，此时水流流速为2m/s,水流力为：

圆形结构，Cw=0.73，水面处水压力为：pw?Cw?V2?0.73?1?22?2.92kN/m2 第一排钢管水面处受力为：qw1?pwD?2.92kN/m2?0.529?1.55kN/m

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第二排钢管水面处受力为：qw2?m1qw1?0.624?1.55?0.97kN/m 第三排钢管水面处受力与第二排相同。 此时栈桥水流力分布如下图所示：

钢管水流力图（KN/m）

②、主栈桥贝雷梁水流力计算

贝雷梁为多片桁架结构，荷载取值应按照多片桁架结构进行计算。 弦杆投影面积：A1?0.1?3?2?0.6m2

斜杆投影面积：

A2?0.05?(0.993?8)?0.4m2 竖杆投影面积：A3?0.05?(1.3?3)?0.2m2 单片贝雷梁挡水面积为：A?A1?A2?A3?1.2m2 单片贝雷梁整个面积为：A'?3?1.5?4.5m2

挡水面积系数：??A/A1?1.2m2/4.5m2?0.27，查表可得：Cw=2.05 12m跨贝雷梁所受水流力：F2w'?C?w2VA?2.05?12?32?1.2?4?44.28kN对于多排桁架结构，第二排及以后多排桁架应根据桁片位置进行折减。

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折减系数如下表所示：

桁架折减系数取值表

第5排贝雷梁折减系数与第3排相同，第6排贝雷梁折减系数与第4排相同。 6排贝雷梁整体荷载系数为：m??mi?1?0.55?0.7?2?0.6?2?2.97

6112m跨贝雷梁整体所受水流力：Fw?m?Fw'?2.97?44.28?132kN,将该荷载作用在钢管顶上，并平均分配，每根钢管受力为：F?Fw/3?132kN/3?44kN

③、支栈桥及平台钢管水流力计算

10年一遇水位进行控制，H10%=+27.63m，最大流速3.0m/s下水流力： 支栈桥及平台钢管水流力计算与主栈桥类似，主要区别为折减系数不同。 第二排钢管受力应进行折减，按照规范表13.0.3-2要求进行折减系数计算。 L-钢管净距，L?5.5m?0.529m?4.971m,D-钢管直径，D?0.529m

L/D?4.971m/0.529?9.4,查表可知折减系数：m1?0.84

第一排钢管水面处受力为：qw1?pwD?6.57kN/m2?0.529?3.48kN/m 其它排钢管水面处受力为：qw2?m1qw1?0.84?3.48?2.92kN/m 栈桥水流力分布如下图所示：

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第一排钢管水流力（KN/m） 其它排钢管水流力（KN/m）

水位达到+20.5m时应禁止栈桥通行，此时水流流速为2m/s,水流力为： 第一排钢管水面处受力为：qw1?pwD?2.92kN/m2?0.529?1.55kN/m 第二排钢管水面处受力为：qw2?m1qw1?0.84?1.55?1.3kN/m 第三排钢管水面处受力与第二排相同。

钢管水流力（KN/m）

④、支栈桥及平台水流力计算

此时贝雷梁结构与水流作用方向平行，可以参考规范表13.0.3-5进行计算。 矩形梁水力阻力系数：Cw=2.32

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规范表13.0.3-5为墩柱水流力横向影响系数。

贝雷梁横向间距：B?0.9（取小值），贝雷梁宽度为：D?0.216

B/D?0.9/0.216?4.2,查表可知：m1?1.21

2单排贝雷梁整个面积为：A'?0.216?1.5?0.324m

22单排贝雷梁所受水流力：Fw'?m1Cw2VA?1.21?2.32?2?3?0.324?4kN

?1荷载直接作用在钢管桩顶部。 3.3、材料说明

栈桥上部结构为型钢和贝雷梁组拼结构，下部结构为钢管桩加型钢承重梁结构。贝雷钢栈桥采用连续梁结构，栈桥宽6m。栈桥钢管桩为φ529×10mm钢管桩，同排布置三根，间距为2.5m，墩顶分配梁为2根工45a型钢横梁。横向贝雷梁布置6片，间距为（0.9 m +1.15 m+0.9m+1.15 m+0.9m），贝雷梁顶分配梁为工28a，工28a间距为0.35m，工28a上顺桥向布置10mm厚桥面板。桥头设简易桥台，台后浇筑混凝土施工便道。

为确保渡洪安全，在下游增设斜桩，以降低栈桥横向变形量，从而提高栈桥的安全度。渡洪桩与竖直方向倾角为30°，钢管型号为φ630mm×12mm，在第二层连接与主栈桥钢管通过φ529mm×10mm作为连接系结构，连接系标高为水上0.5m，与下层内支撑位置对应，当覆盖层较浅（小于5m）时，应在斜桩内钻孔，并浇筑不小于4m的水下混凝土，确保形成稳定结构。

平台材料型号与栈桥相同，具体材料详见设计图纸。 3.4、验算准则

栈桥及平台作为一种重要的大临设施，其设计验算准则为：

在栈桥及平台施工状态下，栈桥应满足自身施工过程的安全，但6级风以上应

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停止栈桥施工；

在工作状态下，栈桥应满足正常车辆通行的安全性和适用性的要求，平台应满足钻孔安全要求，并具有良好的安全储备，此时水位低于+20.5m；

在非工作状态下，当栈桥及平台水位超过或达到10年一遇的洪水位时，栈桥及平台应能满足整体安全性的要求，允许出现局部可修复的损坏。 四、栈桥计算 4.1、计算工况

工况一：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载47.4t）、12方混凝土罐车（空载16.2t ）及50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时，最大水位小于20.5m。

工况二：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（空载16.2t）、12方混凝土罐车（满载47.4t）及50t履带吊（空载50t），各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时，最大水位小于20.5m。

工况三：

三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载47.4t）、空载（仅承受栈桥自重）、50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式。此时，最大水位小于20.5m。

工况四：

履带吊在墩顶侧向起吊20t，考虑履带的偏载系数0.75，此时，最大水位小于20.5m。

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工况五：

栈桥在10年一遇的水位下承受水流力作用，栈桥禁止通行。 4.2、建立模型

选取3跨12m连续梁用midas进行整体建模计算，模型如下，当检算桩顶分配梁与钢管桩受力时，钢管桩为主应进行适当调整，由于渡洪桩仅为渡洪需要，在工作状态和施工状态下对主栈桥受力影响不大，不进行计算。

钢管桩底部为固结结构，上下分配梁之间全部为铰接，即上层分配梁的弯矩不传递至下层分配梁。

栈桥整体模型图

4.3、面板计算

面板按照单向板进行计算，跨度为0.35m，比较荷载，在12m3的混凝土运输车荷载下面板受力最大，F?394/8?49.3kN，轮压面积为0.2m×0.5m，单位长度

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空载罐车+满载罐车+履带吊荷载+水流力（未示）

罐车荷载 履带吊荷载

在工况二作用下：贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示： 14

弦杆轴力图（kN）

竖杆轴力图（kN）

斜杆轴力图（kN） 100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称 弦杆 竖杆 斜杆 材料 16Mn 16Mn 16Mn 断面型式 断面面积(cm2) 2[10 2×12.74 I8 9.52 I8 9.52 容许承载力 560kN 210 kN 171.5 kN 最大轴力 192kN 90kN 76kN 由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

工况二作用下：贝雷梁顶部工28a组合应力如下图所示：

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工28a组合应力图（MPa）

分配梁28a组合应力为??50MPa，截面最大剪应力??20MPa，最大相对变形

为：?l?1.3mm?1150/300?3.8mm，满足要求。

在工况二作用下：钢管桩及柱顶分配梁应力如下图所示：

钢管桩及柱顶分配梁应力图（t）

分配梁组合应力为??40.5MPa，截面最大剪应力??27.8MPa，满足要求。

钢管桩反力入下图所示：

工况二钢管桩反力图（t）

工况二钢管桩最大反力为32t，钢管桩入土深度将在后文中集中计算。

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4.6、工况三计算结果

工况三：三跨每跨依次布置12方混凝土罐车（满载47.4t）、空载（仅承受栈桥自重）、50t履带吊（空载50t）。各种车辆均作用在跨中位置，罐车考虑偏心形式，此时水位不大于+20.5m。

工况三作用下荷载的加载如下图所示：

满载罐车+栈桥空载+履带吊荷载+水流力（未示）

罐车荷载 履带吊荷载

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在工况三作用下：贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆最大轴力如下图所示：

弦杆轴力图（kN）

竖杆轴力图（kN）

斜杆轴力图（kN） 100型贝雷梁杆件特性表

杆件名称 弦杆 竖杆 斜杆 材料 16Mn 16Mn 16Mn 断面型式 断面面积(cm2) 2[10 2×12.74 I8 9.52 I8 9.52 容许承载力 560kN 210 kN 171.5 kN 最大轴力 152kN 71kN 65kN 由计算结果可知贝雷片的受力满足要求。

在工况三作用下：贝雷梁顶部工28a组合应力如下图所示：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4det.html