鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書一、概述受今年臺(tái)風(fēng)“納沙”和“尼格”的影響，從2011年9月29日中午開始至10月7日，*等地出現(xiàn)了持續(xù)多天的強(qiáng)降雨天氣，普降大到暴雨，局部特大暴雨，局部地區(qū)出現(xiàn)了特大暴雨惡劣天氣，橋位處河段內(nèi)的*河水突然急劇上漲，流速加快，洪水夾帶著大量的各種漂流物，迅猛撲向鋼棧橋，造成鋼棧橋突然變形位移，使鋼棧橋承受的洪水推力突然增大，導(dǎo)致鋼棧橋被洪水沖毀；需在原位上重新修復(fù)。二、鋼棧橋設(shè)計(jì)要求修復(fù)鋼棧橋的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過加寬鋼管樁基礎(chǔ)尺寸，以增強(qiáng)其側(cè)向的整體穩(wěn)定性，以及減少橫水流方向的構(gòu)件，達(dá)到降低漂流物對(duì)鋼棧橋的橫向推力的目的。（一） 鋼棧橋設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系

2、1、結(jié)構(gòu)尺寸:鋼棧橋仍采用梁柱式型鋼梁簡支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，跨徑設(shè)計(jì)5m，橋面寬8.0m；鋼棧橋平行主橋中心線，布置在主橋的上游。2、鋼棧橋基礎(chǔ)：采用直徑426×8mm鋼管樁基礎(chǔ)，橫向鋼管間距為3.2m，每排4根，在鋼管樁頂開設(shè)15×36cm的槽口，焊接夾住橫向帽梁型鋼，并在鋼管樁頂采用厚度為8mm的鋼板作加強(qiáng)板；為保證其側(cè)向和整體穩(wěn)定性，鋼管樁間采用12.6槽鋼設(shè)置剪刀撐和平聯(lián)，縱向設(shè)置縱向聯(lián)桿，另外在橫橋向下游側(cè)每10m設(shè)置1根橫向加強(qiáng)*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書斜撐，加強(qiáng)斜撐采用426×8mm鋼管。3、橋面系結(jié)構(gòu)組成：在鋼管上橫橋向布置1根長12m的I36a工字鋼

3、作為帽梁，縱橋向布置7根間距1.2m的I36a工字鋼作縱向承重梁；縱向承重梁上鋪設(shè)寬度為1.51m、長度為8m的定型面板，定型面板縱向采用16a槽鋼作邊框梁、橫向采用間距50cm的16a槽鋼作支撐梁，支撐梁上鋪設(shè)6mm鋼板做面板，面板上鋪設(shè)2塊寬度為1.51m、厚度為10mm的鋼板作行車道板。鋼棧橋欄桿采用直徑32mm的鋼管焊接成的定型欄桿，每片長度6.0m。考慮整體穩(wěn)定性，鋼管樁與型鋼帽梁、縱梁、橋面板之間全部焊接成整體結(jié)構(gòu)。（二）棧橋設(shè)計(jì)依據(jù)1、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 （JTGD60-2004）2、公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JGJ025-86）3、公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 （JTJ041-

4、2000）4、港口工程荷載規(guī)范 （JTJ215-98）5、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-85）（三）、棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按汽車超20車輛荷載及履50進(jìn)行驗(yàn)算，不考慮剎車力。棧橋設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)如下：1、 設(shè)計(jì)流速暫按1m/s進(jìn)行計(jì)算。*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書2、 土層力學(xué)指標(biāo)橋位處覆蓋層為卵石和細(xì)砂,厚度0.21.6m、下伏中風(fēng)化灰?guī)r層基巖，其詳細(xì)指標(biāo)見地質(zhì)勘測資料。3、 鋼材為A3鋼，容許應(yīng)力：=145Mpa。容許剪應(yīng)力：=85Mpa。臨時(shí)工程容許應(yīng)力可提高1.4。二、工況說明按以下2種不利工況進(jìn)行驗(yàn)算：工況一：履-50T，受水流力工況；工況二：汽20營運(yùn)，受水流力工況三、荷載計(jì)

5、算參數(shù)1、荷載計(jì)算:A、履帶吊50荷載：不考慮剎車制動(dòng)力；履帶吊自重50T，起吊重量30T，考慮吊裝作業(yè)時(shí)偏載的不均衡荷載，單側(cè)履帶最大起重量為60T(G1=600KN)，相對(duì)應(yīng)另一側(cè)重量為20T(G2=200KN)，履帶寬0.76m，間距4.0m，長度4.5m；履帶最大作用力：P1=600KN/4.5m*=133.3KN/m。B、汽-超20荷載：單軸重按140KN、軸距1.4m；輪胎接觸面寬0.2m，輪距1.8m；按集中荷載：P2=140KN。C、定型面板和行車道鋼板自重(平均)： G3=1.32KN/m2E、作用在每根縱向梁上的定型面板和行車道鋼板自重：*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書 F、

6、其它荷載:P3=2.5KN/m2G、上部構(gòu)造每跨總自重：G7=G3*8m*5m+G4*12m*2+G4*5m*7=88.2KNH、水流力計(jì)算：根據(jù)港口規(guī)范，設(shè)計(jì)按1m/s進(jìn)行計(jì)算，水深范圍全斷面計(jì)算。Fw=*A*V2/2*g=0.73×10×12×3.14×0.213×0.213/2×9.8=0.05KN即流水壓力為0.05KN/m2式中：Fw鋼管樁所受的水流作用力，KN；擋水形狀系數(shù)，圓形采用0.73；V水流流速；暫取V=1.0m/s；A鋼管樁在與水流方向垂直平面上的投影面積(m2)； g重力加速度，g=9.8m/s2水的容重,10

7、KN/m33、截面特性參數(shù)查表得:I36a工字鋼截面慣性矩:I=15800 cm4I36a工字鋼截面抵抗矩:W=875cm3I36a工字鋼有效截面積:A=76.48cm216a槽鋼截面慣性矩:I=866cm416a槽鋼截面抵抗矩:W=108cm316a槽鋼有效截面積:A=21.96cm2*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書 426*8mm鋼管樁截面慣性矩:I=（R4-r4）/4=22941 cm4426*8mm鋼管樁截面抵抗矩:W=（R4-r4）/4R =1077cm3426*8mm鋼管樁有效截面積:A=105cm2四、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算A、工況一：履-50T，受水流力工況；截取鋼棧橋中跨32#為單元進(jìn)行驗(yàn)算

8、。1、 鋼管樁強(qiáng)度驗(yàn)算：為簡化計(jì)算，鋼管樁按兩端鉸接的壓彎桿進(jìn)行驗(yàn)算，鋼管樁承受軸心壓力及水流壓力產(chǎn)生的彎矩；鋼管樁長L=21.9m，每計(jì)算單元由8根鋼管樁支撐，履帶吊單側(cè)荷載作用于承重梁上對(duì)鋼管樁最不利，則:軸心壓力N1=(履-50T單側(cè)荷載)/2+（橋面板系自重荷載+其它荷載)/8 履帶吊最大單側(cè)荷載：G1=600KN N =323.5KN1每跨自重荷載：G7=88.2KN其它荷載：P=P3×8.0×5.0=100KN軸心壓力：N1=G1/2+（G7+P)/8=323.5KN 流水壓力Fw=0.05KN/m回轉(zhuǎn)半徑r=（I/A）=22941/105=14.8cm2190

9、/14.8148<150，(受壓構(gòu)件容許長細(xì)比)查表：彎曲折減系數(shù)=0.312水流壓力作用下最大彎矩：×102)=101.6Mpa =145 Mpa(強(qiáng)度滿足要求)。*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書2、橫向帽梁I36a驗(yàn)算：履帶吊單側(cè)偏載履帶位于帽梁上時(shí)，對(duì)鋼管樁頂上的帽梁最不利；在這一工況下，履帶吊荷載的均布荷載作用到相鄰的兩跨上計(jì)算；橋面系自重和其它荷載按均布計(jì)算，按簡支梁驗(yàn)算；計(jì)算跨徑為：L=3.2m：履帶吊單側(cè)均布荷載：q2 =P1/2=133.3/2=66.7KN/m橋面系荷載、其它荷栽：q3=(G7+P3*8m*5m)/2*9.6m=(88.2+2.5*8*5)/(2

10、*9.6)=9.8KN/m，q2=66.7KN/m3=9.8KN/m跨中彎矩：強(qiáng)度驗(yàn)算:=M/W=97.9×106/875×103=112Mpa =145 Mpa (強(qiáng)度滿足要求。)帽梁剪應(yīng)力：Q=(q2+q3)*L/2=(66.7+9.8)*3.2/2=122.4KN=Q/A=122.4* 103/(76.48* 102)=16Mpa=85Mpa滿足要求撓度計(jì)算:帽梁最大撓度：fmax=5*(q2+q3)*L4/(384EI1)=3.0mmf=L/400=8.0mm(剛度滿足規(guī)范要求)。3、縱向承重梁I36a驗(yàn)算：計(jì)算簡圖2*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書棧橋縱向承重梁(I

11、36a)間距為1.2m，履帶寬0.76m；履帶吊單側(cè)偏載時(shí)，其履帶位于1根縱梁上時(shí)，由3根縱梁共同受力,對(duì)縱梁最不利；在這一工況下，履帶吊荷載、橋面系自重、其它荷載等按均布計(jì)算，按簡支梁驗(yàn)算；計(jì)算跨徑為：L=5.0m：履帶吊均布荷載：q1=P1=133.3KN/m (作用于跨中荷載長度為4.5m)橋面系、其它荷載作用到每根縱梁上的均布荷載：q2=G3*1.2+G4*2+P3*0.88跨中最大彎矩：強(qiáng)度驗(yàn)算:=M/W=426.4×106/875×3×103=162Mpa =1.4×145 Mpa=203Mpa (按臨時(shí)工程提高系數(shù)1.4,強(qiáng)度滿足要求。)縱

12、梁剪應(yīng)力：Q=q1*4.5/2+q*L/27 q =133.3KN/m1q =5.8KN/m2計(jì)算簡圖3*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書=Q/A1=314.4* 103/(76.48*3* 102)=13.7Mpa=85Mpa滿足要求撓度計(jì)算:縱向承重梁最大撓度：fmax=5*q*L4/(384EI)+q1* b2* L2（2- b2/ L2-2* 25252/ L2）*25 25/ L+(2525-500) 4/( L2* b2）/(24EIL)4、定型面板邊框梁16a槽鋼驗(yàn)算：定型面板邊框梁16a間距138cm，履帶寬0.76m；履帶吊單側(cè)偏載時(shí)，其荷載由2根邊框梁16a承受；在這一工況下，

13、履帶吊荷載、鋼板及16a槽鋼自重、其它荷載等按均布計(jì)算，按三等跨連續(xù)梁為計(jì)算單元進(jìn)行驗(yàn)算；計(jì)算跨徑為：L=1.2m：履帶吊均布荷載：q1=600KN/4.5m=133.3KN/m=6.3KN/m，*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書作用到2根16a槽鋼上的均布荷載:q=q1+q2=133.3+6.3=139.6KN/m跨內(nèi)最大彎矩：強(qiáng)度驗(yàn)算:=M/W2=20.1×106/108×2×103=93Mpa =145 Mpa(強(qiáng)度滿足要求)。邊框梁剪應(yīng)力：=Q/A2=100.5* 103/(21.96*2* 102)=22.9Mpa=85Mpa滿足要求B、工況二：汽超20營運(yùn)

14、工況。汽超20按集中荷載考慮；截取鋼棧橋中跨32#為單元進(jìn)行驗(yàn)算。1、鋼管樁強(qiáng)度驗(yàn)算：為簡化計(jì)算，鋼管樁按兩端鉸接的壓彎桿進(jìn)行驗(yàn)算，鋼管樁承受軸心壓力及水流壓力產(chǎn)生的彎矩；鋼管樁L=21.9m，每計(jì)算單元由8根鋼管樁支撐，汽超20兩輪的集中荷載作用于承重梁上對(duì)鋼管樁最不利，輪距為1.8m，軸重P2=140KN。則:9 q=q +q =139.6KN/m21計(jì)算簡圖4*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書 軸心壓力N=汽超20按集中荷載+（橋面板系自重荷載+其它荷載)/8 汽超20按集中荷載：P1=140KN每跨自重荷載：G7=88.2KN其它荷載：P=P3×8×5=100KN軸心壓

15、力：N=P1+（G7+P)/8=163.5KN回轉(zhuǎn)半徑r=（I/A）=22941/105=14.8cm 流水壓力2190/14.8148<150，(受壓構(gòu)件容許長細(xì)比) 計(jì)算簡圖5查表：彎曲折減系數(shù)=0.312= M/W+N/(A*) =3.0×106/1.077×106+163.5×103/(105×0.312×102)=52.7 Mpa =145 Mpa(強(qiáng)度滿足要求)。2、橫向帽梁36a驗(yàn)算：汽超20集中荷載位于帽梁上時(shí)，對(duì)鋼管樁頂?shù)拿绷鹤畈焕辉谶@一工況下，汽超20按集中荷載荷載作用到相鄰的兩跨上計(jì)算、面板自重、其它荷載等按均布計(jì)

16、算，按簡支梁驗(yàn)算；計(jì)算跨徑為：L=3.2m：汽超20按集中荷載：P1=140/2=70KN ( 兩集中荷載距離為1.8m)面板,其它荷栽：q2=(G7+P3*8m*5m)/2*9.6m=(88.2+2.5*8*5)/(2*9.6)=9.8KN/m， 跨中彎矩：*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書M1=P1*(2*0.7+1.8)*1.6/3.2=112KN.m強(qiáng)度驗(yàn)算:=M/W=124.5×106/875×103=142Mpa =145 Mpa (強(qiáng)度滿足要求)。帽梁剪應(yīng)力：Q=P1*(2*0.7+1.8)/3.2+q2*L/2=85.7KN=Q/A=85.7* 103/(76.

17、48* 102)=11.2Mpa=85Mpa滿足要求撓度計(jì)算:帽梁最大撓度：fmax=5*q2*L4/(384EI1)+P1*a*（2a+c）*L2-4* a2*L+2* a3- a2 b- c3/(6EIL)=0.4mm+1.1mm=1.5mmf=L/400=8.0mm(剛度滿足規(guī)范要求)。3、縱向承重梁36a驗(yàn)算：縱向承重梁36a間距為1.2m，輪胎接觸面0.2m，輪胎寬0.6m，軸距1.4m；汽超20軸重的集中荷載作用于1根縱向承重梁上時(shí)，由相鄰兩跨3根縱梁共同受力；在這一工況下，汽超20按P =70KN1P =70KN1計(jì)算簡圖6*特大橋 鋼棧橋修復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算書集中荷載、橋面系自重和其它

18、荷載按均布計(jì)算，按簡支梁驗(yàn)算；計(jì)算跨徑為：L=5.0m：汽超20軸重按集中荷載：P1=140KN ( 兩集中荷載距離為1.4m)面板、其它荷載作用到每根縱梁上的均布荷載：q=G3*1.2+G4*3+P3*1.2跨中彎矩：M1=P1*(2*1.8+1.4)*1.8/5.0=252KN.m最大彎矩：M=M1+M2=252+20=272KN.m強(qiáng)度驗(yàn)算:=M/W=272×106/875×3×103=104Mpa =145 Mpa (強(qiáng)度滿足要求。)縱梁剪應(yīng)力：Q=P1*(2*1.8+1.4)/5.0+q*L/2=Q/A=156* 103/(76.48*3* 102)=6.8Mpa=85Mpa滿足要求撓度計(jì)算:縱向承重梁最大撓度：fmax=5*q*L4/(384EI)+P1*a*（2a+c）*L2-4* a2*L