鋼管樁棧橋及鋼管樁施工平臺(tái)受力計(jì)算書

1、鋼管樁棧橋及鋼管樁平臺(tái)受力計(jì)算書200 年 月鋼管樁棧橋及鋼管樁施工平臺(tái)受力計(jì)算書一、棧橋及鋼管樁平添結(jié)構(gòu)簡介棧橋及鋼管樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)見附圖，棧橋與鋼管樁平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式類 似，均采用鋼管樁基礎(chǔ)，每排采用3根直徑為529mm勺三根鋼管組成， 2 1 30工字鋼嵌入鋼管樁頂作為橫梁，橫梁上縱橋向布置兩組150cm高公路裝配式貝雷桁架主梁，每組兩片貝雷桁架采用45cm寬花架連接。貝雷桁架上橫鋪I 20b工字鋼分布梁，分布梁間距為75cm分布 梁頂沿縱向鋪設(shè)16槽鋼作為橋面板。棧橋橫向?qū)?m每個(gè)墩兩側(cè)的 鋼平臺(tái)平面尺寸均為15x 6m二、棧橋及鋼管樁平臺(tái)各主要部件的應(yīng)力計(jì)算1、貝雷桁架縱梁受力計(jì)算根據(jù)下面

2、對(duì)橫向分布I 20b工字鋼梁的受力計(jì)算可以得知，兩組 貝雷桁架中的外側(cè)貝雷片總有一片承受上拔力，貝雷片的受力極不均勻，取受豎直向下的最大荷載計(jì)算，單片貝雷架承受的最大荷載為 9008X 2=18016Kg（重車有兩個(gè)后軸），按簡支梁計(jì)算。貝雷架的跨中彎矩最大值 Mmax=18.X 12/4=54t.m，單片貝雷片 容許彎矩為78.8 t.m，所以貝雷桁架縱梁的受力能滿足需要。單片貝雷片的抗剪能力為24.5t，通過下面對(duì)橫向分布120b工 字鋼的受力計(jì)算知其最大支座反力為9008Kg,兩個(gè)重軸，此時(shí)貝雷片相當(dāng)于在跨中作用9008x 2=18016Kg的集中力，顯然貝雷片的剪力 等于9008Kg小

3、于24.5t，貝雷片抗剪能夠滿足要求。2、鋼管樁上橫梁受力計(jì)算橫梁支撐在鋼管樁上，其支點(diǎn)距離為250cm按兩跨連續(xù)梁計(jì)算, 取其最不利荷載，其計(jì)算簡圖如下：P PP PaJOB1jyi1 先計(jì)算P的值:P=6m貝雷桁架重量及橋面系總重的1/8+后軸總重的1/4二約 2000Kg+7000=9000Kg采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得該梁的彎矩圖如下：如4T ytS&SM?最大彎矩MU數(shù)值為490583Kg.cm4905832（T max=涉=519.8Kg/cm=52.0MPa< f=215Mpa其抗剪能力不需計(jì)算，能夠滿足要求。3、I 20b分布梁受力計(jì)算1）、抗彎應(yīng)力計(jì)算查公路

4、橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范，按高速公路汽 -20荷載，重車采 用兩個(gè)后軸，每個(gè)后軸重14t，每側(cè)分布寬度取為60cm, 一側(cè)按作用 在分布梁跨中時(shí)為分布梁跨中的最不利受力。分布線荷載q=7000/60=116.7Kg/cm。采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得該梁的彎矩圖如下:跨中彎矩最大 Ma>=245324Kg cm分布梁為I 20b工字鋼，其截面抵抗矩 W=250cm兀 24劈24所以橫梁的最大應(yīng)力（T ma=250 =981.2Kg/cm2=98.1Mpa< f=215MpaI 20b分布梁抗彎應(yīng)力能滿足規(guī)范要求。以上計(jì)算均為靜載受力時(shí)的應(yīng)力，考慮汽車荷載為動(dòng)載，查荷載 規(guī)范知?jiǎng)恿ο禂?shù)為1

5、.1，顯然，考慮動(dòng)載作用的最大應(yīng)力值近似等于 上述計(jì)算的彎應(yīng)力乘以1.1，仍然小于規(guī)范要求的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。215Mpa2）、抗剪能力計(jì)算采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得該梁的剪力圖如下：-1549 Z7-3549 37*5438 54最大剪力為5438Kg,采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.2式計(jì)算工字 鋼剪應(yīng)力：T =億，式中：V-計(jì)算截面沿腹板截面作用的剪力S-計(jì)算剪應(yīng)力處以上毛截面對(duì)中和軸的面積矩I- 毛截面慣性矩t w 腹板厚度V=5438Kg S= 19.78 x347.39=146.2cml=2500cm t w=0.9cm網(wǎng) 5438x1462= 二=353.3Kg/cm2=35.3MP

6、a< f v=125Mpa鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表3.4.1-1查得），所以I 20b工字鋼抗剪能力滿足要求。3）、支座反力計(jì)算橫向分布120b工字鋼的支點(diǎn)約束反力采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求 解器計(jì)算如下：（其中結(jié)點(diǎn)編號(hào)參照上述計(jì)算簡圖）結(jié)點(diǎn)約束反力合力 支座結(jié)點(diǎn)水平豎直力矩大小角度力矩20.00000000-5438.542340.000000005438.54234-90.00000000.0000000030.000000009007.973100.000000009007.973109000000000.0000000040.000000008501.522150.000000008501.

7、522159000000000.0000000050.000000002078.922080.000000002078.9220890由上述計(jì)算可知，外側(cè)貝雷片處的上拔力較大，為 5438Kg,需 做好橫向分布梁與貝雷片上覆蓋槽鋼的焊接工作， 經(jīng)計(jì)算采用雙面焊 縫，焊腳高8mm以上，每側(cè)焊縫長5cm可以滿足要求。4) 、撓度計(jì)算采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算的最大撓度為0.06cm,0.06/305=1/5083 v f=1/400 ，撓度計(jì)算能滿足要求。4、橋面鋪裝層計(jì)算(1)、當(dāng)橋面采用8 1cm鋼板時(shí)橋面鋼板寬度為150cm長度為600cm,順橋向鋪設(shè)。查公路 橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG

8、D60-2004)，表4.1.1-2 車輛荷載主要技 術(shù)指標(biāo)，后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值為2X140KN由于有兩個(gè)后軸，每個(gè)后軸軸 載為140KN后軸每側(cè)車輪荷載為140/2=70KN;后輪著地寬度及長度 為60 X 20cm,則可計(jì)算其面荷載為70/(60 X 20)=0.058KN/cm2=5.8Kg/cm2。ANmr 11 沏 931U0;13A:如果I20b工字鋼間距為60cm,采用ansys建模計(jì)算的結(jié)果如 下：SUBTXSt-1oik .mm0144B3 £2.004108 «21722S9S253416103258其最大應(yīng)力為3258Kg/cm=325.8MPa>2

9、15MP©最大相對(duì)變形為0.9cm,顯然其受力無法滿足要求。ANEMV 11 2CMB:如果120b工字鋼間距為50cm采用ansys建模計(jì)算的結(jié)果如 下：nodal 50LVTI0H SUBirKE*iDHX n.33P “21 宙a476.11395C.237H341912239.059717.177119516732152其最大應(yīng)力為2152Kg/cmf=215.2MPa略大于215MPa最大相對(duì)變形為0.6cm，此時(shí)鋼板受力能夠滿足要求，但顯然材料的消耗量太大（2）、當(dāng)橋面采用16槽鋼時(shí)1）、16槽鋼抗彎能力計(jì)算重車采用兩個(gè)后軸，每個(gè)后軸重14t，由于每側(cè)分布寬度為60cm

10、可以考慮作用在3片16槽鋼上面，在槽鋼上的分布寬度（即輪壓順 橋向長度）取為20cm其分布線荷載q=7000/3/20=166.7Kg/cm其計(jì)算簡圖如下:75THTTP'7575采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得該梁的彎矩圖如下:跨中彎矩最大 W>=25102Kg cm矩大小角度力矩16槽鋼開口朝下，由于其對(duì) 丫軸的界面抵抗矩上下不一 樣，開口側(cè)的抵抗矩比腹板端要小很多，圖中彎矩也是下口的數(shù)值大, 所以只計(jì)算開口側(cè)的應(yīng)力即可。其開口側(cè)截面抵抗矩 W=17.55crmM_ 25102所以橫梁的最大應(yīng)力（T max= 17啟=1430Kg/cm=143Mpx f=215Mpa所以橋面1

11、6槽鋼受力能滿足要求。16槽鋼考慮動(dòng)載作用時(shí)的最大應(yīng)力值近似等于上述計(jì)算的彎應(yīng) 力乘以1.1 , （T maX=143X 1.1 = 157.3，完全能滿足要求。2）、16槽鋼抗剪能力計(jì)算采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得該梁的剪力圖如下:最大剪力為2105Kg,采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.2式計(jì)算槽鋼 剪應(yīng)力：J二億，V=2105Kg腹板側(cè)對(duì)中和軸的面積矩 S二15.45 x 1.05=16.22cm3開口側(cè)對(duì)中和軸的面積矩 S2二7.52 x 2.17=16.3cm3*34取 S=16.3 cm l=83.4cm t w=1cm陽 2105x16 J2 億=01x1 =411Kg/cm=41.1

12、MPafv=125Mpa所以16槽鋼抗剪能力滿足要求。3）、16槽鋼支座反力計(jì)算16槽鋼間距為75cm, 16槽鋼的支點(diǎn)約束反力采用清華大學(xué)結(jié) 構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算如下：（其中結(jié)點(diǎn)編號(hào)參照上述計(jì)算簡圖）結(jié)點(diǎn)約束反力合力支座 結(jié)點(diǎn)水平豎直10.00000000-175.815274000000.0000000020.000000001366.5037200000000.0000000030.000000001206.8680000000000.0000000040.000000002035.3654200000000.0000000050.00000000232.16062100000000.000

13、000000.00000000175.815274-90.000.000000001366.50372900.000000001206.86800900.000000002035.36542900.00000000232.16062190由上述計(jì)算可知，16槽鋼上拔力只有175Kg,槽鋼與120b工字 鋼之間只需點(diǎn)焊即滿足要求。綜合以上計(jì)算，棧橋橋面采用 16 槽鋼受力能夠滿足要求，且用 材經(jīng)濟(jì)，確定采用 16 槽鋼作為棧橋橋面。三、棧橋整體穩(wěn)定性計(jì)算經(jīng)過調(diào)查，施工時(shí)橋位處的最大水流速度2m/s，鋼管樁頂離水面高度約為3m水深約為9m鋼管樁振打入土深度約7n。施工過程 中假設(shè)鋼管樁離以上2m范

14、圍的鋼管樁處于嵌固狀態(tài)。則可建立如下的力學(xué)模型：2 N 亠.N524NN31-舉!5197.OTO OTTO ram?鋼管樁棧橋整體穩(wěn)定性計(jì)算簡圖1、計(jì)算水流壓力查公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(1989)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTJ021 89)(2.3.10 )公式:P=KA如(kN)式中7水的容重(kN/m3V設(shè)計(jì)流速(m/s)A 橋墩阻水面積(m2)，般算至一般沖刷線處,2A=0.529X 9=4.8 mg重力加速度9.81(m/s 2)K橋墩形狀系數(shù)，對(duì)圓形鋼管樁取0.8祈10x22P=KA趣 =0.8 x 4.8 2漢 9_8 =7.8KN根據(jù)規(guī)范，流水壓力作用點(diǎn)位于水位線以下1/3水深處，流水

15、壓力荷載為 一倒三角形，見上圖，設(shè)流水面處的水流壓力線荷載為q,則有P=qX 9/2,貝U q=7.8/4.5=1.7KN/m=1.7Kg/cm。2、計(jì)算鋼管樁最大彎矩及軸力根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果可知，最不利荷載作用時(shí)，N1=-5438Kg N2=9008KgN3=8502Kg N4=2079Kg© 529mn壁厚8mn!勺鋼管的慣性矩-幻?。㊣ 鋼管=64=44438cnn，其截面面積=片=130.9 cm2，2I30 慣性矩=12I30=2X 7080=14160 cm42其截面面積=2x 46.5=93cm，根據(jù)以上計(jì)算模型將上述參數(shù)輸入采用清華大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，可求得該結(jié)構(gòu)的彎

16、矩圖如下：沖"5«*J3* 圖*0興I J*.*WM« 5Q可查得其最大彎矩的代數(shù)值為 564335Kg.cm嗣ITO65T M可查得其最大軸力（壓力）值為7389Kg,可以確定右側(cè)的鋼管樁的穩(wěn)定性是 最差的，只需對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性復(fù)核即可。3、計(jì)算鋼管樁的穩(wěn)定系數(shù)®先計(jì)算其計(jì)算長度I。，由于右側(cè)鋼管樁的，14160*17K旳兀厶=14160=4113*15 =2.2，由于鋼管底端固結(jié)，所以 Q10,查 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，按有側(cè)移框架查表D-2內(nèi)插，計(jì)算長度系數(shù)22-2=007-1J）=1.1+=1.094，所以其計(jì)算長度 1。=1.094 X 1700=1859.8cmo鋼管的回轉(zhuǎn)半徑i= * =18.4cm鋼管的長細(xì)比 入=l o/i=1859.8/18.4=1O1查B類截面軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表得其穩(wěn)定系數(shù) 甲=0.549。4、利用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式計(jì)算鋼管的穩(wěn)定性本方案中鋼管屬于壓彎構(gòu)件，需要計(jì)算其在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范公式5.2.2 1,彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性：式中N所計(jì)算構(gòu)件段