青岛某栈桥结构验算书.doc

栈桥验算书一、适用范围及验算说明：本验算书适用于某大桥土建工程第8合同段栈桥。依据某大桥栈-I施工图、实地施工情况和现场拥有的材料，并考虑到施工进度和减轻桥面系自重，对原栈桥局部进行了优化。原栈桥结构为：横向分配梁I25a工字钢，间距为1.5m。纵向分配梁I12.6a工字钢，间距为0.35m。桥面为12mm厚的钢板。钢管桩为600mm12mm6。现变更为分配横梁I22a的工字钢，间距为0.75m。横断面布置36根槽钢，卧放（纵向分配梁I12.6a工字钢取消）。制动墩采用钢管桩630mm10mm6，中间墩采用钢管桩800mm10mm3。二、设计依据1、公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)2、公路工程技术标准JTG B0120033、港口工程桩基规范（JTJ254-98）4、钢结构设计规范( GB 50017-2003)5、某大桥栈-I施工图三、主要参考资料1、钢结构设计手册第三版2、路桥施工计算手册3、建筑结构静力计算手册2004版四、主要技术标准设计荷载：履带吊-100、挂车-120基本可变荷载：履带吊100、混凝土运输车40、挂车-120其他可变荷载： 风力：6级风力，设计速度取Vd13.8m/s；20年一遇风速为33.5m/s； 波浪力：20年一遇，波浪力为20kN； 冰压力：20年一遇，冰压力为190.9kN； 汽车制动力：按公路桥涵设计通用规范采用； 温度作用：考虑整体升温32，降温35。五、地质情况水深3.5m左右，桥位区地质分布为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土、泥岩，其中淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土厚度为3m6m，下层分布泥岩，较密实。六、主要结构形式支撑桩：制动墩采用630mm10mm6钢管，中间墩采用800mm10mm3钢管， 跨径为15m桩 顶 横 梁： 2I36a上部分配横梁： I22a桥 面 板： 22a卧放。七、结构验算1、计算荷载竖向荷载：挂车-120重为120t；履带吊-100重为100t。、水平荷载A、风载：式中：Fwh：横向风荷载标准值（KN）；Wd：设计基准风压（KN/m2），公式为；Awh：横向迎风面积（m2），此处取Awh39m2；Vd：设计高度Z的风速（m/s），此处取Vd13.8m/s；Z：距水面的高度（m），此处Z3.8m；：空气重力密度（KN/ m3），；k0：设计风速重现期换算系数，此处取k00.9；k1：风载阻力系数，此处取k00.9；k3：地形、地理条件系数，此处取k31.00；g：重力加速度，g10m/s2。B、波浪力：F波20KNC、冰压力：F冰190.9KND、汽车制动力：根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)查得，汽车制动力为汽车荷载重力的10，但栈桥设计时速为15km/h，此处取水平制动力为120KN。2、桥面系验算、 桥面槽钢受力验算：（据公路工程技术标准JTG B01-2003）挂车-120车重为1200KN，车轴数为4个，每个车轴有4组车轮组，每组车轮组的受力为1200 KN/16=75 KN,车轮横向间距为0.9m0.9m0.9m，车轮与桥面的接触面积为0.5m0.2m。（履带吊-100施加于桥面的为面荷载，结构受力更趋于安全，因此在此对履带吊-100不予计算），接触面应为三根22a的槽钢。按简支梁和25KN均布荷载进行计算，接触面长为0.2m，计算跨径为0.75m。22a的截面特性为Iy=158cm4 Wy=28.2cm3 A=31.8cm2 Eg=2.1105 MPa1）强度计算、按简支梁计算，弯矩剪力图如下图所示。 、a=0.275m c=0.2m l=0.75m qc=25KN根据建筑结构静力计算手册剪力： 弯矩： （其中）、正应力和切应力正应力：=M/W=4.1KNm /28.2cm3=1.45108 N/m2=145 N/mm2切应力：=Q/A=12.5 KN /31.8cm2=3.9N/mm2、Q235的容许应力值为： =175N/mm2 =73N/mm2 、相比较所得结果为：=145 N/mm2 =175N/mm2=3.9N/mm2=73N/mm2 由计算可知，满足要求。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（8-42+3）/384EI=c/l=0.2m/0.75m=0.27fmax =25KN0.753（8-40.272+0.273）/（3842.1105MPa158cm4）=6.410-4m0.75m/400=1.8810-3m 符合要求。 桥面采用Q23522a的槽钢卧放，桥面组合形式为多个槽钢焊接成一个整体，并且下缘与分配横梁的接触面焊接，这样结构受力更趋于安全。(2)、桥面分配横梁受力检算：挂车-120车重为1200KN，车轴数为4个，每个车轴有4组车轮组，每个车轮组的受力为1200 KN/16=75 KN,车轮横向间距为0.9m0.9m0.9m，车轮与桥面的接触面积为0.5m0.2m。分配横梁在贝雷架上最大间距为1.3m，考虑最不利位置受力，按简支梁和75 KN集中荷载进行计算，简支梁长为1.3m。I22a的截面特性为Ix=3400cm4，Wx=309cm3,A=42cm21)、强度计算按简支梁计算，剪力图、弯矩图如下：根据建筑结构静力计算手册、剪力：Q= F/2=3.75104N 弯矩：Mmax=PL/4=7.5104N1.3m/4=2.4104Nm、正应力和切应力正应力：=Mmax/Wx=2.4104Nm/309cm3=7.8107 N/m2=78N/mm2切应力：=Q/A=3.75104N/42cm2=8.91 06 N/m2=8.9N/mm2、Q235的容许应力值为： =175N/mm2 =73N/mm2 相比较所得结果为： =78N/mm2 =175N/mm2 =8.9N/mm2=73N/mm22）刚度验算根据建筑结构静力计算手册挠度：wmax=Fl3/48EI=37.5KN1.33/（482.1105MPa3400cm4）=2.410-4m1.3m/400=3.2510-3m结构刚度与强度均满足要求。3、 钢管桩承载力计算 3.1 单桩最大需承力 钢管桩最大需承力出现在车辆行驶在桩顶且偏心作用时，根据分析可知， 挂-120作用时桩顶最大作用力为842.94kN，履-50作用时桩顶最大作用力为634.56kN。根据等截面替换原则钢管桩630mm10mm6，A=1168.67cm2，大于钢管桩800mm10mm3，A=744.56cm2。下面重点计算800mm10mm3钢管桩。由上分析知钢管桩单桩承载力最大值为842.94kN，据此施工中选用DZJ-90A振动锤进行施打钢管桩，DZ-90A振动锤性能参数见下表。表4.1 DZ-90A振动锤性能表电机功率(kW)偏心力矩Nm振动频率r/min激振力kN机重kg允许拔桩力KN900754110078087203503.2 钢管桩入土深度(考虑冲刷深度3m)根据港口工程桩基规范（JTJ254-98）第4.2.4条：式中：Qd单桩垂直极限承载力设计值（kN）；单桩垂直承载力分项系数，取1.45；U桩身截面周长 （m），本处为2.512m；单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa）； 桩身穿过第i层土的长度（m）； 单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；A 桩身截面面积，80010mm钢管桩A=248.18cm2；查看地质资料可得，在144号墩(RK28+199.70)处的地质资料最为不利，该区域土层磨阻力如表4.2：表4.2 土层摩阻力统计(XZK171)序号土层名称承载力（kPa）桩周摩阻力（kPa）顶面（m）底面高程（m）层厚（m）1淤泥4510-3.40-9.706.302淤泥质亚粘土7020-9.70-15.405.703亚粘土14035-15.40-18.903.504中砂30055-18.90-20.601.705强风化角砾岩450100-20.60-27.607.00由842.94kN1/1.45【2.512（106.3+205.7+353.5+551.7+100Lx）】（淤泥层考虑3m深的冲刷深度，施工中对相应施工区域进行施工监测，当河床冲刷深度大于2m时，须对桩基础进行防护，防止冲刷继续。）计算得：Lx=0.96m，桩底如强风化角砾岩层1.0m。则P= 1/1.45【2.512（106.3+205.7+353.5+551.7+1001）+450248.1810-4】861.78kN842.94kN。据此知钢管桩需打入强风化角砾岩层1m，桩底标高为-21.60，取-22.0m。钢管桩的入土深度为河床面以下18.6m，单根钢管桩总长28m。4 钢管桩稳定性计算河床面高程为-3.4m，按3m冲刷深度考虑，则可假定钢管桩悬臂固结点在-6.4m处，桩顶标高取+4.303m，钢管悬臂长度为10.703m。4.1 单根钢管桩流水压力计算单根桩流水压力计算：Fw=kAv2/(2g)式中：Fw流水压力标准值（kN）；k 形状系数（钢管取0.8）；A 阻水面积（m2），计算至一般冲刷线处；水的重力密度（kN/m3）；v 设计流速（1.53m/s）；g 重力加速度（9.81m/s2）。Fw=kAv2/(2g) 0.8（0.611.24）101.53229.816.4 kN4.2 单根钢管桩风力计算4.2.1横桥向风压计算根据公路桥涵设计通用规范(JTJ-02189) 第2.3.8条计算横桥向风压：W=K1K2K3K4W0（Pa） 式中：W0基本风压值（Pa），550 Pa；K1设计风速频率换算系数，取1.0；K2风载体形系数，钢管桩取0.8；K3风压高度变化系数，1.08；K4地形、地理条件系数，查表2.3.83知，取K41.4；迎风面积：；横桥向风载：；4.2.2 纵桥向风压计算纵桥向风压按横桥向风压的70%计算。纵桥向风载：4.3 波浪力波浪力为Pmax20 kN。4.4 利用SAP2000建立有限元模型 图4.4.1计算模型（单位：kN） 图4.4.2 变形图（fmax=0.0244m） 图4.4.3 轴向力（Nmax=985.56kN） 图4.4.2剪力图（Qmax=49.84kN） 图4.4.3弯矩图（Mmax=180.17kN.m）4.5 使用阶段钢管桩强度验算经上述建模分析知，钢管桩在冲刷后泥面处最大弯矩M=180.17kN.m，最大水平力为34.95kN，最大剪力为49.84kN、轴力为985.56kN。下面利用港口工程桩基规范中介绍的m法计算钢管桩在泥面以下的变形及弯矩： 式中：桩身在泥面及泥面以下的变形（m）；作用在泥面处的水平荷载（kN），34.95 kN；桩的相对刚度系数（m）；桩材料的弹性模量（），钢管为2.06108；桩截面的惯性矩（m4），80010mm钢管为1.910-3 m4；分别为变形和弯矩的无量纲系数按，表C.2.2查得；作用在泥面处的弯矩（），180.17；桩侧地基土的水平抗力系数随深度增长的比例系数（），取4200；桩的换算宽度，取2d（d为桩受力面的桩宽或桩径）（m），=1.6m；桩身最大弯矩距泥面深度（m）；换算深度（m）,根据按表C.2.2查得0.69；桩身最大弯矩（m）；无量纲系数，根据按表C.2.2中查得（m）。80010mm钢管桩Wx=9682.348cm3，A=248.18cm2。根据上述计算，钢管桩在压弯共同作用下，最大应力为：，满足要求；钢管桩挠度，满足要求。4.6 使用阶段钢管桩间剪刀撑和平撑强度验算钢管桩间剪刀撑和平撑均设计为20a，经上述建模分析知，20a各杆件中最不利杆件为水平撑杆，其最大弯矩M=10.5kN.m，最大剪力为9.8kN；轴向力最大杆件为斜撑杆，最大轴力为156.227kN。20a的界面参数为：W=178.04cm3,A=28.83cm2,I/S=13.47(I=1753.3cm4，S=130.12cm3)，b=0.7cm。=M/W=10.5kN.m /178.04cm3=59MPa=1401.3 =182 Mpa；=851.3=110Mpa；满足强度要求。5、计算结论经分析计算，栈桥各修改部分构件强度和刚度均满足受力要求。