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:2102000mmA4322400000mmI31430000mmW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][maxrmCIQSt《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/to1.25时Cr=1.0当tmax/to1.50时Cr=1.25当tmax/to在1.25与1.50之间时,Cr按直线比例计算hQtoh、分别为腹板的高度和厚度压弯构件稳定计算][21mmWMAN《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,mtM43.215max11,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,mtM03.114max21tQ83.20max21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,mtM23.114max31tQ68.18max31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,mtM3.132max41tQ59.33max41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,mtM53.205max11,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,mtM03.114max22tQ83.20max22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,mtM23.114max32tQ68.18max32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,mtM59.119max42,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,mtM79.99max13,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,mtM55.37max23,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,mtM92.23max33,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,mtM65max43,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mtMM53.205max12max,tQQ68.55max11max,弯矩控制,故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtMM53.205max12max3×788.2/9.8=241.3t·m10tQQ68.55max11max3×245.2/9.8=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mtMM03.114max22max,tQQ76.21max23max,故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtMM03.114max22max3×788.2/9.8=241.3t·mtQQ76.21max23max3×245.2/9.8=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mtM23.114max32,tQQ68.18max32max,弯矩控制,故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtM23.114max323×788.2/9.8=241.3t·mtQQ68.18max32max3×245.2/9.8=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mtM3.132max41,tQ59.33max41,弯矩控制,故设置3片贝雷梁作为一组共同受力。即mtM3.132max413×788.2/9.8=241.3t·mtQ59.33max413×245.2/9.8=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,mtM69.25max43,tQ17.36max,tQB78.27左,mtMB69.25右∴MPaMPaWM170][02.8814300002108.969.253MPaItQS85][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