鋼管樁棧橋及鋼管樁施工平臺(tái)受力計(jì)算書(shū)

1、鋼管樁棧橋及鋼管樁平臺(tái)受力計(jì)算書(shū)200 年 月鋼管樁棧橋及鋼管樁施工平臺(tái)受力計(jì)算書(shū)一、棧橋及鋼管樁平添結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介棧橋及鋼管樁平臺(tái)結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖，棧橋與鋼管樁平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式類(lèi) 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梢鋼作為橋面板。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

2、面對(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便車(chē)有兩個(gè)后軸)，按簡(jiǎn)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(guò)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9008X2=18016Kg的集中力，顯然貝雷片的剪力 等于90

3、08Ks小于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(jiǎn)圖如下：P P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=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：最大彎矩MU數(shù)值為490583Kg.cm4905832.（rmax= » = 944 =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)算查公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范

4、，按高速公路汽 -20荷載，重車(chē)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。其計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：IWS«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 爪>=245324Kg cm分布梁為I 20b工字鋼，具截面抵抗矩 W=250cmQ 245324所以橫梁的最大應(yīng)力（TmaF-jF = 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(chē)荷載為動(dòng)

5、載，查荷載 規(guī)范知?jiǎng)恿ο禂?shù)為1.1,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：最大剪力為5438Kg,采用鋼結(jié)本設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.2式計(jì)算工字 鋼剪應(yīng)力：VS工二線，式中：V-計(jì)算截面沿腹板截面作用的剪力計(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 乂 7.39=146.2cm3I=2500cm4 t w=0.9cm. 5438x14621 二 = 2500x03 =353.3Kg/cm2=35.

6、3MPa< 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(jiǎn)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20.00000000-5438.542340.000000005438.54234-90.00000000.0000000030.000000009007.973100.000000009007.973109000000000.0000000040.000000008501.522150.00000000

7、8501.522159000000000.0000000050.000000002078.922080.000000002078.922089000000000.00000000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梢鋼的焊接工作， 經(jīng)計(jì)算采用雙面焊 縫，焊腳高8mmz上，每側(cè)焊縫長(zhǎng)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 <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S 1cm鋼板時(shí)橋面鋼板寬度為150cm長(zhǎng)度為600cm順

8、橋向鋪設(shè)。查公路 橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004),表4.1.1-2 車(chē)輛荷載主要技 術(shù)指標(biāo)，后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值為2X140KNJ由于有兩個(gè)后軸，每個(gè)后軸軸 載為140KN后軸每側(cè)車(chē)輪荷載為140/2=70KN;后輪著地寬度及長(zhǎng)度 為60x20cm,則可計(jì)算其面荷載為70/(60 x 20)=0.058KN/cm2=5.8Kg/cm2。ANmr 11 咖 9 21:10:13A:如果I20b工字鋼間距為60cm,采用ansys建模計(jì)算的結(jié)果如 下：bwal 等mon 以sunSJEC0144B3 £2.004108 «217218103258其最大應(yīng)力為3258Kg

9、/cm=325.8MPa>215MPa最大相對(duì)變形為0.9cm,顯然其受力無(wú)法滿足要求。B:如果120b工字鋼間距為50cm采用ansys建模計(jì)算的結(jié)果如 下：其最大應(yīng)力為2152Kg/cmf=215.2MPq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梢鋼時(shí)1）、16梢鋼抗彎能力計(jì)算重車(chē)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 可以考慮作用在3片16梢鋼上面，在梢鋼上的分布寬度（即輪壓順 橋向長(zhǎng)度）取為20c3 其分布線荷載 q=7000/3/20=166.7Kg/cm。其計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：采用清華

10、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>=25102Kg cm16梢鋼開(kāi)口朝下，由于其對(duì) Y軸的界面抵抗矩上下不一 樣，開(kāi)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(kāi)口側(cè)的應(yīng)力即可。其開(kāi)口側(cè)截面抵抗矩 W=17.55cmM_ 25102所以橫梁的最大應(yīng)力er max= W =17.55 =1430Kg/cn2=143Mpar f=215Mpa所以橋面16梢鋼受力能滿足要求。16梢鋼考慮動(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 , （TmaX=143X 1.1 = 157.3 ,完全能滿足要求。2）、16梢鋼抗剪能力計(jì)算采用清

11、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)本設(shè)計(jì)規(guī)范4.1.2式計(jì)算梢鋼 剪應(yīng)力：VST=紇，V=2105Kg腹板側(cè)對(duì)中和軸的面積矩 S= 15.45 x 1.05=16.22cm3開(kāi)口側(cè)對(duì)中和軸的面積矩 S= 7.52 X2.17=16.3cm3取 S=16.3 cm3I=83.4cm4 t w=1cm喀 2105x16 JT = “. = 83_4xl =411Kg/cm2=41.1MPa,fv=125Mpa所以16梢鋼抗剪能力滿足要求。3）、16梢鋼支座反力計(jì)算16梢鋼間距為75cm, 16梢鋼的支點(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)

12、編號(hào)參照上述計(jì)算簡(jiǎn)圖）結(jié)點(diǎn)約束反合力力支結(jié)點(diǎn)水平豎直大小角度力矩10.00000000-175.8152740.00000000175.815274-90.00000000.0000000020.000000001366.503720.000000001366.503729000000000.0000000030.000000001206.868000.000000001206.868009000000000.0000000040.000000002035.365420.000000002035.365429000000000.0000000050.00000000232.1606210.00

13、000000232.1606219000000000.00000000由上述計(jì)算可知，16 槽鋼上拔力只有175Kg， 槽鋼與 I20b 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(guò)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7m施工過(guò)程 中假設(shè)鋼管樁離以上2m范圍的鋼管樁處于嵌固狀態(tài)。則可建立如下的力學(xué)模型：面VIM'京gITpOTO嘲獻(xiàn)鋼管樁棧橋整體穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)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

14、設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTJ021 89）（2.3.10 ）公式：P=KA2g «n）式中7水的容重（kN/m3）V設(shè)計(jì)流速（m/s）A橋墩阻水面積（m2）, 一般算至一般沖刷線處，2A=0.529X 9=4.8 m2g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 0.8.10"P=KA2g =0.8 x 4.8 2x98 =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，流水壓力荷載為 一倒三角形，見(jiàn)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

15、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小529mrfi厚8mm勺鋼管的慣性矩MM""!?4 - 5134)I鋼管二61=44438cmi,U415x(52V-51J3其截面面積=4=130.9 cm2,2I30 慣性矩=I 2i30=2X 7080=14160 cm其截面面積=2X 46.5=93cm2,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)的彎矩圖如下：3可查得其最大彎矩的代數(shù)值為 564335Kg.cs$甲1.74«,T44nIftO7M j第兩英

16、-3占可查得其最大軸力（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)中先計(jì)算其計(jì)算長(zhǎng)度I。，由于右側(cè)鋼管樁的，14160x17x4 =14160=44438x25 =2.2,由于鋼管底端固結(jié)，所以 &=10,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(zhǎng)度系數(shù)22-2=007-11）=1.1+ 3-2=1.094,所以其計(jì)算長(zhǎng)度 l 0=1.094 Xl700=1859.8cmo44438鋼管的回轉(zhuǎn)半徑i= ' = =1309 =18.4cm鋼管的長(zhǎng)細(xì)比 入=l 0/i=1859.8/18.4=101查B類(lèi)截面軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表得其穩(wěn)定系數(shù) 中=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：L電<f型哂0_8含式中N所計(jì)算構(gòu)件段范圍內(nèi)的軸心壓力；M&參數(shù)，M& = _E4/q一比)=314? 乂 2100000 xU09Qlxl0/)=241536