栈桥计算

一、基本资料1、工程概况栈桥全长33m，桥面宽5.5m，栈桥顶面标高+9.3m，流速为2m/s，施工高潮水位+5.7m，设计风速为40m/s(台风设防)，栈桥处河床标高-4.444m，栈桥范围内河床覆盖层依次为填筑土、中砂、淤泥及亚粘土等。2、荷载荷载类型桥面系：200mm钢筋混凝土板(倒用宁德栈桥桥面板);栈桥上走行汽-20、混凝土搅拌车和KH-180履带吊(施工时考虑最大吊重20t);混凝土搅拌车按汽-20计算，KH-180履带吊自重按50t计算;贝雷梁自重:按每片以0.1t/m计；桥面系和施工荷载作用在每组贝雷梁上以0.6t/m2计。3、贝雷梁：贝雷梁每片长3m，重300kg，不加强桥梁单排单层允许弯距788.2kN·m，允许剪力245.2kN，最大计算跨径为10.5m。（栈桥横断面布置如图1）栈桥中心线贝雷梁栏杆标准支撑架桥面板6000桩顶分配梁钢管桩钢管桩20002000栏杆3000300064590045010056459004501005图1(单位：mm)14、设计使用钢材I40a，截面特性:2861000mmA4217200000mmI31090000mmW型钢、钢管桩允许应力抗拉、压[σ]=170MPa抗弯[σW]=170MPa抗剪[]=120Mpa5.覆盖层描述：钢管桩的承载力以3#墩位处的钻孔桩柱状图(CZ3-1)作为计算依据。钢管桩依次穿过填筑土层、中砂层、淤泥层，进入亚粘土层。计算桩的水流冲击力时水位按+5.7m考虑，河床面标高按-4.444m计算，局部冲刷考虑3.0m，锚固点在局部冲刷线以下5d处。土层特性表土层名称桩周围土极限摩阻力if（kPa）厚度（m）填筑土201.3中砂4510.9淤泥层158.1亚粘土306.钢管桩φ630mm，δ=6mm，考虑腐蚀作用，腐蚀0.5mm，故S=π(D²-d²)/4=3.14(0.628²-0.618²)/4=0.0098㎡2I=π(D4-d4)/64=3.14(0.6284-0.6184)/64=0.00047481m4W=π(D3-d3)/32=3.14(0.6283-0.6183)/32=0.001817m3U=πD=3.14×0.628=1.97m7.计算原则、公式桩承载力计算桩顶受力一部分由桩周土的摩擦力承担，一部分由桩底承担: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。注明：考虑钢管桩底提供的承载力较小，此处计算忽略不计。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2m/s3——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fltFzwc《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4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——构件毛截面积Wm——毛截面抵抗矩1——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折减系数。——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、桥面板计算从略2、贝雷梁按汽-20、混凝土搅拌车和KH-180履带吊(吊重20t)分别计算，其中混凝土搅拌车荷载按汽-20的车辆荷载假定，最大计算跨径为10.5m。工况1：边上一组(两片)贝雷梁的弯矩最不利工况KH-180履带吊在如下图所示的位置跨中起吊5栈桥中心线贝雷梁栏杆标准支撑架1770桥面板1770354040t123012306000桩顶分配梁钢管桩钢管桩2000200040t栏杆图2(单位：mm)受力图示如下：(仅考虑最外边两片贝雷梁受力)履带吊荷载:(50+20)/2=35t贝雷梁自重:2×0.1=0.2t/m桥面板及施工荷载:0.6×(1.23+0.45)=1.0t/m计算跨径:10.5m35t5.25P1P21.2t/m10.55.25图3(单位：m)计算可得：tPP8.2321，mkNmtM10844.108max中间两片贝雷梁计算：中间一组(两片)贝雷梁自重:2×0.1=0.2t/m桥面板及施工荷载:0.6×(1.29+0.45×2)=1.3t/m荷载组合：0.2+1.3=1.5t/m6受力图示如下：P3P41.5t/m10.5图4(单位：m)计算可得：tPP9.743，mkNM7.206max工况2：边上一组(两片)贝雷梁的剪力最不利工况KH-180履带吊在如图2所示的位置在钢管桩顶起吊(不考虑侧吊)，与此同时在同跨上有汽-20后轴2×12t荷载。受力图示如下：35tP1P21.2t/m10.56t6t6.431.42.67图5(单位：m)计算可得：tP4.141，tP2.452，tQ2.45max工况3：汽-20在栈桥上通行时,边上一组(两片)贝雷梁的弯矩最不利工况(考虑冲击系数1.3)工况4：汽-20在栈桥上通行时,边上一组(两片)贝雷梁的剪力最不利工况(考虑冲击系数1.3)以上小于工况3及工况4的贝雷梁的计算结果均小于工况1及工况2的计算结果。7综上所述得：边上一组(两片)贝雷梁的容许弯矩=2×788.2=1576.4mkNmkNM1084max，满足要求边上一组(两片)贝雷梁的容许剪力=2×245.2=490.4kN452maxQkN，满足要求工况5：中间一组(两片)贝雷梁最不利工况分析汽车或者混凝土搅拌车在如图6所示的位置通行，汽-20荷载:参见规范中间一组(两片)贝雷梁自重:2×0.1=0.2t/m桥面板及施工荷载:0.6×(1.29+0.45×2)=1.3t/m栈桥中心线贝雷梁栏杆标准支撑架桥面板18006000桩顶分配梁钢管桩钢管桩20002000栏杆汽-20/2汽-20/2图6(单位：mm)上图所示的工况在10.5m跨时贝雷梁能满足受力需要，主要计算贝雷梁传给桩顶分配梁的力。下面三图示分别为三组贝雷梁最不利剪力工况，此工况能计算出传给桩顶分配梁的力，P2、P4、P6即为最大的支反力。图7为上图左侧一组(两片)受力示意；图8为上图中间一组(两片)受力示意；图9为上图右侧一组(两片)受力示意。8P1P210.51.2t/m图7(单位：m)6tP3P410.56t1.5t1.436.11.5t/m图8(单位：m)6tP5P610.56t1.5t1.436.11.2t/m图9(单位：m)计算得：tP3.62，tP204，tP4.1863.桩顶分配梁桩顶分配梁拟采用2Ⅰ40a，桩顶分配梁受到摆放在其上的贝雷梁传来的荷载，根据上面各工况的计算可知，工况2传下的荷载对于分配梁的剪力为最不利工况，受力图示如下：45.2tRARB40002301770177023045.2t7.9t图10(单位：mm)计算得：tRA49，tRB49，mtM3.18max，tQ49max9MPaMPaWM170][9.8310900002101833MPaItQS120][9.6525.10217200000613200490由于在支点处具有一较大剪力和较大弯矩，故需对I40a的翼缘板和腹板结合部进行组合应力检算，由第三强度理论可知：][1.132MPa8711701.1][1.11429.6538393222MPa满足要求工况5传下的荷载对于分配梁的弯矩为最不利工况，受力图示如下：18.4tRCRD4000200180017702306.9t20t图11(单位：mm)计算得：tRC17，tRD28，mtM6.22max，tQ28maxMPaMPaWM170][10410900002102263MPaItQS120][3825.10217200000613200280由于在支点处具有一较大剪力和较大弯矩，故需对I40a的翼缘板和腹板结合部进行组合应力检算，由第三强度理论可知：][1.132MPa8711701.1][1.11233831043222MPa满足要求103、栈桥桩的计算（一）栈桥桩入土深度确定（1）由分配梁计算可知，桩顶荷载为：tRRBA49，取tRRBA49作为最大桩长的计算荷载，计算中考虑局部冲刷3m，根据CZ3-1钻孔柱状图地质情况，扣除3m局部冲刷后，中砂层只剩下9.2m。对于φ630mm，河床标高-4.444m,桩顶标高+7.18m。mhRhlfUAiii4.5490)151979.12.9451979.1(2121最小入土深度:mh4.59.103.1min=17.6m桩长L=17.6+7.18=24.8m取L=25m（二）栈桥桩受力计算①正应力验算，桩顶最大荷载P=54.2t][500098.0490MPaAPN满足要求②局部应力验算，桩顶最大荷载P=49t，验算φ630mm桩，δ=5mm，考虑单侧桩壁受力，如下图所示：60°314mm309mm5mmα384图12(单位：mm)局部承压面积：23.1643562814.336060360mmDSj局部压力：][2983.164349MPaSPNjj不满足要求，局部加强即可。11（三）栈桥桩稳定性计算栈桥桩横桥向所受横向荷载有：水流力、波浪力和栈桥横向水平风力；顺桥向桩受到汽车冲击荷载；栈桥桩竖向承受桩顶荷载压力，故需分别对横向荷载和竖向荷载、汽车冲击荷载和竖向荷载进行荷载组合应力验算。计算水位取高潮水位+5.7m进行计算，φ630mm桩取3#墩对应处的地质和水文情况作为计算依据：河床标高-4.444m,局部冲刷按3m考虑，锚固点在局部冲刷线下为:0.63×5=3.15m。钢管桩的受力图示如下：水流方向覆盖层-4.444m施工高水位+5.7m冲刷后-7.444m锚固点-10.594m力的作用点水流力波浪力图13①对于φ630mm桩水流力gVKAP221=8.92210)444.77.5(63.075.02=12.4KN1M=1P×[(5.7+7.444)×2/3+3.15]=147KN·m1Q=1P=12.4KN波浪力按21.5t/mq，浪高1m计算，则AqP2=1×0.63×1.5×9.8=9.26KN2M=2P×(5.7+0.5+7.444+3.15)=155.5KN·m122Q=2P=9.26KN风荷载,栈桥贝雷梁受到的风力对栈桥的荷载：0321WKKKW（铁路桥涵设计规范）=1.64011.01.00.92=900Pa1K为风压体型系数，取