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之江大桥栈桥计算书.doc

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大桥 栈桥 计算
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栈桥计算1、上部结构恒重(7 米宽计算)⑴δ=12mm 钢板:7×1×0.012×7.85×10=6.59kN/m⑵I14 纵向分配梁:2.87kN/m⑶I28 横梁:2.20kN/m⑷贝雷梁:6.66kN/m⑸2H50 下横梁:13.27kN/根2、活荷载⑴30t 砼罐车(需在栈桥上错车)⑵65t 履带吊:自重 650kN +吊重 300kN,在栈桥上空载行走,定点(钢管桩附近)进行起吊作业⑶施工及人群荷载:4kN/m 2考虑栈桥实际情况,同方向车辆间距不小于 12米,即一跨内同方向最多只布置一辆重车。3、各构件规格及其几何性质如下3.1、桩:φ800×10 钢管桩A=2.48×10 -2m2 I =1.94×10 -3m4 W=3.9×10 -3m33.2、下横梁:2H50 型钢A=2.28×10 -2m2 I =9.56×10 -4m4 W=3.82×10 -3m33.3、横向分配梁:I28a 型钢 横向分配梁间距 1500mmA=5.54×10 -3m2 I =0.71×10 -4m4 W=5.08×10 -3m33.4、纵向分配次梁: I14 纵向分配梁间距 400mmA=2.15×10 -3m2 I =0.71×10 -5m4 W=1.02×10 -4m33.5、面板: t=12mm根据栈桥跨径布置形式,最大跨径为 12m,计算只针对最不利跨径进行验算。4、贝雷梁栈桥计算贝雷梁栈桥分 7m和 8m宽两种,最大跨径均为 12m,主纵向分别为 6榀和 8榀贝雷,基础分别为 2排和 3排桩,根据结构形式,7m 宽贝雷梁栈桥更不利。对 7m宽贝雷梁栈桥进行验算。1)、贝雷梁内力计算按最大跨径 12米跨栈桥计算由于桩布置为两排,其计算跨径为 L=12m(按简支计算)。1 弯矩 M,其跨中弯矩影响如下:①30t 砼车(一辆)布置在跨中,同时与空车会车荷载分析:自重均布荷载: q=6.59+2.87+2.20+6.66=18.32kN/m施工及人群荷载: 不考虑与砼车同时作用30t砼车(一辆)在跨中错车时的受力最不利:则:Mmax 1= 21602106.41205.  821302160.412605. ql=1044+ =1373.76kN·m8/)3.(②65t 履带吊布置在跨中时自重均布荷载:q1=18.32kN/m施工及人群荷载:不考虑与履带吊同时作用65t履带吊轮压:q=172.8kN/m履带-65 履带接触桥面长度为 5.5m,近似按集中荷载计算:Mmax2= 85.17245.8.17283.12=2527.56kN.m③人群 Mmax3= kN.m50127.0.125恒载 M=0.125×18.32×122=329.76kN.mq 恒 =6.59+2.87+2.20+6.66=18.32kN/m选用 3组双排单层贝雷架,则[M]=1576.4×3=4729.2kN·mMmax= Mmax2=2527.56kN·m<[M]= 4729.2kN·m满足强度要求。2 剪力 Q,对支点 A其影响如下:①30t 砼车行驶临近支点,且会车时:Qmax1=(120+120×10.6÷12+60×6.6÷12)+(60+60×10.6÷12)=372kN②履带吊 650kN+300kN(吊重)前方临近支点时:Qmax2=9.25/12×475.2=366.3kN③人群荷载 Qmax4=0.5×4×7.0×15=210kN④恒载内力 Q=18.32×12/2=109.92kN两榀贝雷梁上最大内力为 30t砼车与恒载组合:Qmax=372+109.92/3=408.64 kN<[Q]=490.5kN满足受力要求。因 9米跨、10.5m 跨与 12m跨结构形式和受力相同,其贝雷梁仍为六榀,故完全能满足受力要求。2)、I28 横向分配梁内力按照 L=2.2m净跨进行计算,其计算简图如下1)、30t 砼车时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(计算宽度取 1.5m):自重均布荷载:忽略不计○1施工及人群荷载:不考虑○230t砼车轮压:60kN○3单边车轮布置在跨中时弯距最大Mmax1=Ql/4=60×2.2/4=33kN.mQmax1=60×(1+0.4/2.2)=70.9kN2)、履带-650+300KN 吊重Mmax2=950/5.5×1.5/2×2.2/4=71.2kN.mQmax2=129.5kN3)、恒载 M=3.33KN.mQ=6.05KN4)、施工荷载和人群荷载M=6.08kN.mQ=8.56kN65t履带吊+恒载+施工荷载:σmax=M/W=(71.2+3.33+6.05)×10 3/508×10-6=158.6MPa<[σ]=210MPaQmax/A=(129.5+6.05+8.56)/55.4×10=25.5MPa<[τ]=115Mpa 3)、I14 纵向分配梁内力1)、30t 砼车 Mmax1=60/2×(1.5-0.1)/4=10.5kN.mQmax1=30kN2)、履带-65 Mmax 2=9kN.mQmax2=23kN.mA=21.5cm2 Wx=102cm3则 σ=M/W=77.7MP a<[σ] =210Mpaτmax=Qmax/A==30/21.5×10=14.0MPa<[τ]=115Mpa4)、桥面钢板取 1米宽板条,按单向板计算,当荷载为 30t砼车时为最不利。跨中弯矩 M OP=0.125×100×(0.4-0.08)2=1.28kPa有效分布宽度 a=0.3m最大弯矩为 M=MOP/a=1.28/0.3=4.26×103kN.mW=bh2/6=1×0.0122/6=2.4×10‐5 m3σ=M/W=4.26×10 3/2.4×10-5=177.5MPa< [σ]=210MPa5)、2H50 下横梁其计算简图如下P 恒 =(6.59+2.87+2.20+6.66)×12/2/3=36.64kNP 砼罐车+履带吊 =359.2kNPmax= P 恒 + P 砼罐车+履带吊 =395.84KNMmax=0.25×395.84×5.2=514.59kN.mσ=M/W=514.59/(3824×10 ‐6 )=134.6MPa< [σ]=210MPa6) 、制动墩墩顶纵梁 2H50计算履带吊偏心履带作用在一侧时,此时该侧墩顶纵梁受力最大:Pmax =109.92+86.2×5.5×(1+1/5.2)=675.2kN Mmax=0.25×675.2×3=506.4kN.mσ=M/W=506.4/(3824×10 ‐6 )=132.4MPa< [σ]=210MPa7)、钢管桩承载力计算(1)、单桩最大承载力履带吊作用时钢管桩所承受的压力显然大于砼车作用时的荷载,因此计算时只需考虑履带吊作用与上层结构自重荷载组合时的工况,且履带吊的偏心履带作用在一侧钢管桩时,此时该侧桩的承载力最大:考虑履带偏心系数 1.5;Pmax =109.92+86.2×5.5×1.5+86.2×5.5×0.5×(1/5.2)= 109.92+711.1+45.75=866.7 kN按单桩承载力 870kN计算2、钢管桩入土深度考虑东侧引桥处最大冲刷 3m(西侧深槽区处考虑冲刷 5m) ,根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85 第 4.3.2条[P]= )(1pRiAluk式中:u—周长 u=2.513mk—安全系数,取 k=1.5—影响系数,对于锤击沉桩, =1.0i iτ—极限侧磨阻力A-截面积—桩尖承载力 R—开口桩桩尖承载力影响系数P查看地质资料可得,12m 跨栈桥下的桩,在 ZKC8、ZKC9、ZKC10、ZKC11 等处的地质资料分别计算,考虑冲刷 3.0m,开口桩端承力不计,则入土深度 L为:则 L1≥21.1mL3≥19.4mL5≥17.2mL6≥16.1m则各钢管桩根据地质情况分区段取值。查看地质资料可得,12m 跨栈桥下的桩,在 ZKC1、ZKC3、ZKC5、ZKC6 等处的地质资料分别计算,考虑冲刷 3.0m,开口桩端承力不计,则入土深度 L为:则 L1≥21.1mL3≥19.4mL5≥17.2mL6≥16.1m则各钢管桩根据地质情况分区段取值。8) 、钢管桩稳定性验算(1).主要荷载及取值a、涌潮压力参照水文地质条件,涌潮压力取 23 kN/m2,则栈桥钢管桩(D800 )最大潮压为23×0.8=18.5kN/m。假定潮压分布为(如电算模型图所示):标高+7.9~+4.8m,潮压 0~18.5 kN /m,呈三角形分布;标高+4.8~ +3.0m,潮压 18.5kN /m,均布荷载;标高+3.0~—1.5m,潮压 18.5~0 kN /m,呈倒三角形分布。b、流水压力起控制作用的是潮速压力,此压力包含于涌潮压力内。取潮速为 4m/s,按桥规,潮速压力最大值=0.8×0.8×4×4/2=5kN/m。可见,相对涌潮压力,流水压力不大。c、桩顶轴力主要是栈桥自重和桥面汽车或履带吊的重量,根据栈桥计算书,单桩取 680kN。(2).工况划分和电算模型控制工况为沿涌潮方向栈桥桩基稳定性。因此,主栈桥桩基可简化为门架,支栈桥桩基简化为独立柱。a、主栈桥桩基下图左为电算模型,其中桩底计算嵌固点标高-4.2m ;中图为涌潮压力作用下桩基弯矩图,桩底最大弯矩 472kN.m;右图为轴压屈曲模态图,由图上可见,桩基失稳是带侧移的,临界荷载系数 37.8,长细比 37。b、支栈桥桩基下图左为电算模型,其中桩底计算嵌固点标高-4.2m ;中图为涌潮压力作用下桩基弯矩图,桩底最大弯矩 175kN.m;右图为轴压屈曲模态图,临界荷载系数 53.2,长细比 31。说明:计算模式中的桩顶支撑是支栈桥桥面系对钢管桩的顺桥向作用,因为涌潮压力(不含潮速引起的流水压力)不可能在全部支栈桥桩基上同时达到最大值,所以桥面系对桩基有顺桥向水平支撑作用。该水平力的另一种抵消途径是由桥面系传至其它抗推墩等。c.桩基稳定性验算根据上面的电算结果,桩基稳定性为主栈桥横桥向控制,轴压力取 N=680kN,弯矩M=472kN-m。参照 “钢结构规范( GB50017-2003) ”,稳定性验算公式为:(5.2.2-1)][)8.01('ExxxmxNWMAN参数取值: ――轴压稳定系数,由长细比为 37 按 b 类截面查附录表 C-2,得 ;x 95.0x――等效弯矩系数,取 ; ――截面塑性发展系数,取 ;mx0.1mxx 1.x――Φ800×10 钢管桩截面面积和截面系数,A1,; ――增大系数,取 0.95。31209.,05.Wx)8.01('ExN代入式子: MPaPa170][139)95.(.542.68稳定性满足。5、型钢栈桥计算型钢栈桥分 7m和 8m宽两种,最大跨径均为 12m,主纵向分别为 8榀和 9榀 H45型钢,下部结构与贝雷梁栈桥一致。因此仅计算型钢栈桥上结构。1)、H45 纵梁计算按最大跨径 9米跨栈桥计算由于桩布置为两排,其计算跨径为 L=9m(按简支计算)。3 弯矩 M,其跨中弯矩影响如下:①30t 砼车(一辆)布置在跨中,同时与空车会车荷载分析:自重均布荷载: q1=6.59+2.87+2.20+6.66=18.32kN/m施工及人群荷载: 不考虑与砼车同时作用30t砼车(一辆)在跨中错车时的受力最不利:则:Mmax 1= 29605.2910.39205. -80. -80.0.18.518.50.0.18.518.5 0.-180 -281 -204 462 -156 -29 -216 472 -7 10 -47 MIDAS/CivlPOST-PROERBUCKLING MD临 临 临 临临 临 =3.780E+01Mode 1AX :IN6临 临 :临 临临 临临 临 :02/3209临 临 -临 临X:.Y-1.0Z:.-80.0.18.518.50.-125 -139 -136 175 MIDAS/CivlPOST-PROESRBUCKLING MD临 临 临 临临 临 =5.316E+01Mode 2AX :1IN3临 临 :临 临临 临临 临 :02/3209临 临 -临 临X:.Y-1.0Z:.829305.29601.396025. ql=706.5+ =867.67kN·m8/).(②65t 履带吊布置在跨中时自重均布荷载:q1=15.92kN/m施工及人群荷载:不考虑与履带吊同时作用65t履带吊轮压:q=172.8kN/m履带-65 履带接触桥面长度为 5.5m,近似按集中荷载计算:Mmax2= 85.17245.98.17289.152=1646.2kN.m③人群 Mmax3= kN·m504127.0.125恒载 M=0.125×15.92×92=161.19kN.mq 恒 =15.92KN/m选用 8根 H45型钢,则σmax= Mmax/W=1646.2/(1498×8) ×1000=137.4 MPa<[σ]=210MPa满足强度要求。4 剪力 Q,对支点 A其影响如下:①30t 砼车行驶临近支点,且会车时:Qmax1=(120+120×7.6÷9+60×3.6÷9)+(60+60×7.6÷9)=356kN②履带吊 650kN+300kN(吊重)前方临近支点时:Qmax2=6.25/9×475.2=330kN③人群荷载 Qmax4=0.5×4×7.0×15=210kN④恒载内力 Q=15.92×9/2=71.64kN纵梁上最大内力为 30t砼车与恒载组合:Qmax=(356+71.64)/8=53.4kN满足受力要求。2)、I14 横梁计算I14分配梁间距 0.4m,计算跨径 0.9m1)、30t 砼车时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(计算宽度取 1.5m):自重均布荷载:忽略不计○1施工及人群荷载:不考虑○230t砼车轮压:60kN○3单边车轮布置在跨中时弯距最大Mmax1=Ql/4=60×0.9/4=13.5kN.mQmax1=60kN2)、履带-650+300KN 吊重Mmax2=950/5.5×0.4/2×0.9/4=7.77kN.mQmax2=34.5kN3)、恒载 M=0.055kN·mQ=0.49 kN4)、施工荷载和人群荷载M=0.023kN.mQ=0.4kN30t砼车+恒载+施工荷载:σmax=M/W=(13.5+0.055+0.023)×10 3/102×10-6=133MPa<[σ]=210MPaτmax=Qmax/A=(60+0.49+0.4)/21.5×10=28.3MPa<[τ]=115Mpa满足要求3)、面板计算面板间距为 0.4m,材料与间距与贝雷梁栈桥一致,其受力一致。
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