貝雷片-潮白新河鋼棧橋及鋼平臺(tái)計(jì)算說明書

1、津漢高速公路工程1標(biāo)段潮白新河鋼棧橋（貝雷架）計(jì)算說明書工程名稱：津漢高速公路工程1標(biāo)段編制單位：津漢高速公路工程1標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理部編 制 人：技術(shù)負(fù)責(zé)人： 審批單位： 審 批 人： 中交一航局津漢高速公路工程1標(biāo)段項(xiàng)目經(jīng)理部2011年12月27日目錄1、設(shè)計(jì)方案22、施工方案23、注意事項(xiàng)34、棧橋檢算34.1、貝雷片縱梁檢算5、荷載計(jì)算：5、抗彎計(jì)算6、抗剪計(jì)算6、撓度計(jì)算64.2、工字鋼橫梁檢算7、抗彎計(jì)算7、抗剪計(jì)算7、撓度計(jì)算74.3、鋼管樁檢算7、鋼管樁承載能力檢算7、鋼管樁摩擦力檢算8、鋼管樁檢算91、設(shè)計(jì)方案潮白新河為一級(jí)河道，主要功能為排洪、泄?jié)?、供兩岸工農(nóng)業(yè)用水。據(jù)天津市寧車

2、沽閘管理所工作人員介紹，當(dāng)潮白新河水位達(dá)到2.9m時(shí)即開閘泄洪，以防止周圍農(nóng)田魚塘等受災(zāi)害。綜合考慮河道內(nèi)現(xiàn)有水文地質(zhì)情況及實(shí)際排洪、施工需要，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形，在潮白新河特大橋主河道范圍內(nèi)修筑鋼棧橋便道。在15#16#墩之間預(yù)留航道，設(shè)計(jì)棧橋長(zhǎng)180m，頂寬6m，鋼管樁頂高程2.5m，棧橋頂面高程3.77m。河灘部分采用山皮土便道連接鋼棧橋與堤岸，便道寬6m。施工期間做好汛期施工工作，并注意加強(qiáng)對(duì)便道、棧橋的維修及保養(yǎng)。全橋分為17跨，共設(shè)16個(gè)墩。橋梁跨度為第一跨和最后一跨為8m，從第二跨到第十六跨均為9m。橋?qū)?米，平臺(tái)寬8米。主棧橋兩側(cè)基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，中間均采 用鋼管樁，鋼管樁規(guī)格

3、為直徑600毫米、壁厚8毫米、長(zhǎng)21米的鋼管。每個(gè)墩設(shè)三根鋼管樁作為基礎(chǔ)。鋼管樁頂采用三根45工字鋼作為橫梁。副棧橋兩側(cè)基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基，中間均采用鋼管樁，鋼管樁規(guī)格為直徑600毫米、壁厚8毫米、長(zhǎng)21米的鋼管。每個(gè)墩設(shè)四根鋼管樁作為基礎(chǔ)。鋼管樁頂采用三根45工字鋼作為橫梁。棧橋上部結(jié)構(gòu)采用10排貝雷片作為縱梁，分為5組，用45厘米連接片進(jìn)行連接，兩側(cè)縱梁之間采用90厘米連接片進(jìn)行連接，以增強(qiáng)棧橋的整體穩(wěn)定性。鋼平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)采用10排貝雷片作為縱梁，分為5組，用45厘米連接片進(jìn)行連接，兩側(cè)縱梁之間采用90厘米連接片進(jìn)行連接，以增強(qiáng)平臺(tái)的整體穩(wěn)定性。橋面系滿鋪20cm的方木，橋面兩側(cè)設(shè)防護(hù)欄

4、桿。2 施工方案（1）施工準(zhǔn)備使用50噸汽車吊裝器材，同時(shí)在岸上拼裝貝雷片，精確計(jì)算測(cè)量橋臺(tái)及鋼管樁的位置。（2）基礎(chǔ)施工陸地部分采用50噸吊車和10噸震動(dòng)錘打設(shè)，水中墩部分通過測(cè)量定位安裝導(dǎo)向架，使用50噸吊車和10噸震動(dòng)錘打入基礎(chǔ)鋼管樁，在施工中要保證鋼管裝的中心位置和垂直度，隨時(shí)觀察鋼管樁的中心位置和慣入度，保證鋼管樁基礎(chǔ)的承載力。便橋兩邊基礎(chǔ)采用混凝土擴(kuò)大基。（3）橫梁把鋼管樁割成槽口，在槽口上焊接鋼板然后架設(shè)三根45工字鋼作為橫梁，以用作貝雷片的墊梁，為了保證工字鋼的穩(wěn)定性，把工字鋼和鋼管樁進(jìn)行焊接。（4）梁部結(jié)構(gòu)便橋共分為19跨，下部與橫梁用U形螺栓進(jìn)行連接，貝雷片之間采用連接片連

5、接。貝雷片上每隔3米采用20的槽鋼進(jìn)行橫向加固，以增強(qiáng)縱梁的穩(wěn)定性。（5）橋面結(jié)構(gòu)在縱梁上鋪滿方木作為橋面，通過螺栓與下面20槽鋼進(jìn)行連接。橋面兩側(cè)設(shè)防護(hù)欄桿，欄桿鋼管直接焊接在20槽鋼上。3 注意事項(xiàng)（1）在便橋兩端頭設(shè)置限速牌，安全行駛標(biāo)志，夜間警示標(biāo)志。便橋上每隔一定間距設(shè)置限速設(shè)施及照明燈、熒光標(biāo)志等。（2）各構(gòu)件焊接要焊透，長(zhǎng)度滿足要求。螺栓連接應(yīng)將螺栓擰緊，使用一段時(shí)間后安排專人檢查加固。（3）臨時(shí)便橋在使用期間，要安排專人負(fù)責(zé)管理、檢查、維護(hù)、保養(yǎng)。4 棧橋檢算4.1 面板核算面板由200mm×200mm方木滿鋪組成，單根方木的線荷載為：根據(jù)選用的材料為貝雷架。故面板的

6、計(jì)算跨度為面板跨中彎矩為：攪拌車共有三排輪胎，其中后兩排有八個(gè)輪胎，按最不利荷載情況計(jì)算，則可認(rèn)為由攪拌車產(chǎn)生的荷載全部由后兩排輪胎承受。荷載最大時(shí)為滿載混凝土攪拌車的后兩排輪胎中的兩個(gè)輪胎在面板的跨中，輪胎尺寸示意圖如下：?jiǎn)蝹€(gè)輪胎與地面的接觸寬度為0.23m，輪胎外側(cè)間距為0.6m。在承受荷載后，輪胎將荷載向外傳遞，認(rèn)為木方傳遞荷載的方式如下圖所示：則傳遞寬度為0.23+0.2+0.2=0.63m兩側(cè)并列輪胎傳遞長(zhǎng)度為0.6+0.2+0.2=1m。作用在橋面方木兩跨范圍內(nèi)。攪拌車的荷載按分布荷載進(jìn)行傳遞分布，則單側(cè)輪胎的均布荷載為：按最不利荷載的跨段長(zhǎng)度為0.75m計(jì)算，計(jì)算長(zhǎng)度為0.737

7、m，受力如下圖：q=162.50.737m最不利荷載情況下受力示意圖而根據(jù)面板選用的材料，根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-86）查得其容許應(yīng)力值為9.5MPa,滿足設(shè)計(jì)要求。其彈性模量E=10GPa，故面板產(chǎn)生的撓度值根據(jù)公式為：根據(jù)鋼棧橋所選取的結(jié)構(gòu)形式，容許撓度值為，滿足撓度要求。4.2 貝雷片縱梁檢算4.2.1 荷載計(jì)算由于該橋在施工便道上，考慮施工中要過50t履帶吊和30t滿載的混凝土罐車，以及材料車等，考慮動(dòng)荷載系數(shù)，所以活荷載按80噸計(jì)算，貝雷片每一片的重量為0.27噸，由于橋面自重轉(zhuǎn)換為線性荷載后較小，計(jì)算過程中可以忽略不計(jì)。貝雷桁架的有關(guān)數(shù)據(jù)從公路施工手冊(cè)上查

8、得:高×長(zhǎng)=桁片慣性矩 桁架抵抗矩 彈性模量 4.2.2 抗彎計(jì)算由于便橋跨徑都是9米，按其中一跨進(jìn)行檢算，貝雷片梁跨度按9m計(jì)算，則集中荷載所產(chǎn)生的彎矩：貝雷片自身所產(chǎn)生的彎矩：則：每排貝雷梁所能承受的最大彎矩為，所以貝雷片梁抗彎滿足要求。4.2.3 抗剪計(jì)算每排貝雷梁支點(diǎn)處最大剪力，故貝雷片最大抗剪為245.2KN，所以貝雷片梁抗剪滿足要求。4.2.4 撓度計(jì)算集中荷載所產(chǎn)生的撓度：貝雷片自身所產(chǎn)生的撓度：則：所以貝雷片梁撓度滿足要求。4.3 工字鋼橫梁檢算4.3.1 抗彎計(jì)算三根40b工字鋼梁跨度按2.7m計(jì)算，荷載按集中力考慮：則：當(dāng)采用兩根工字鋼布置時(shí)，所以工字鋼梁抗彎滿足

9、要求。4.3.2抗剪計(jì)算每根工字鋼所承受的最大剪力，按照最大荷載全部由車輛后軸承受，則所受剪力為，由橫梁雙拼工字鋼或三拼工字鋼承受，則每根最大承受剪力為200kN或者133.3kN，均小于容許應(yīng)力值，所以工字鋼梁抗剪滿足要求。4.3.3 撓度計(jì)算所以工字鋼梁撓度滿足要求。4.4 鋼管樁檢算4.4.1 鋼管樁承載能力鋼管樁直徑60cm、壁厚8mm，鋼管樁長(zhǎng)21m，鋼管樁計(jì)算按打入河床下15m，河床上外露6m考慮。方木面板自重：（6×9×0.2×0.5×10）/3=18kN貝雷片自重：30×0.27×10/3=27kN橫梁自重：（0.07

10、3878×10×7×3）/3=5.17kN鋼管樁自重：7850×21×（3.14×0.6×0.6/4-3.14×0.584×0.584/4）×10/1000=24.5KN分析各樁的最不利荷載情況為：將80t的荷載平均分給三根樁考慮起作用，在作用過程中，若履帶中心與鋼管樁中心重合時(shí)，其所受力將達(dá)到最不利荷載，此時(shí)分析其受力則將有一半的力作用在此樁上，一根樁可能承受的最大荷載為：18+27+5.17+24.5+400=476kN鋼管樁壁厚8mm，外徑D=600mm，內(nèi)徑d=584mm。4.4.2 鋼

11、管樁摩擦力檢算根據(jù)港口工程樁基規(guī)范，樁基宜選擇在中密或密實(shí)砂層，硬粘性土層，碎石類土或分化巖等良好土層作為樁基持力層。單樁垂直極限承載力設(shè)計(jì)值為：式中U為樁身截面周長(zhǎng)，U=3.14×0.6=1.884m為樁在地基中穿過的各土層樁側(cè)單位面積摩阻力（kPa）為樁各層土的厚度R單位樁端阻力（kPa）A為樁身的截面面積K為樁端閉塞系數(shù)，一般為0.80.85在最大深度處的地質(zhì)情況如下：（15）土層名稱深度范圍樁長(zhǎng)土層厚度淤泥質(zhì)土0-3.5-9.75.95.9粉質(zhì)粘土27-9.7-19.79.110根據(jù)樁長(zhǎng)為21m則在粉細(xì)砂、粉土層的樁端承載力為P=1.884×（0×5.9+

12、27×9.1）+800×(3.14×0.36÷4×0.8)=643.8kN在淤泥質(zhì)土深度最大處：（17.61）土層名稱深度范圍樁長(zhǎng)土層厚度淤泥質(zhì)土0-0.89-8.797.97.9粉質(zhì)粘土27-8.79-21.299.7112.5根據(jù)樁長(zhǎng)為21m則在粉細(xì)砂、粉土層的樁端承載力為P=1.884×（0×7.9+27×9.71）+800×(3.14×0.36÷4×0.8)=674.8kN上述計(jì)算所得的樁端承載力均大于可能承受的最大荷載476kN。其安全系數(shù)分別為：1.35和1.42

13、。4.4.3 鋼管樁檢算考慮海水的流動(dòng)對(duì)樁產(chǎn)生的影響，由公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范可以得到：P=KAV2/2g其中P水流壓力；K形狀系數(shù)，圓形取0.8；V水流速度，在此取1m/s；水的容重,取海水的容重為10KN/m3；A阻水面積，按照入水6.4m計(jì)算，則A=0.6×6.4=3.84m2；可以算出P=0.8×3.84×10×12/(2×9.8)=1.57KN； .考慮棧橋上車輛制動(dòng)力產(chǎn)生的水平荷載對(duì)樁的影響：由公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)汽車制動(dòng)力計(jì)算的規(guī)定為：當(dāng)橋涵為一車道時(shí)，為布置在荷載長(zhǎng)度內(nèi)的一行汽車車隊(duì)總重量的10%，但公路級(jí)汽車荷載的制動(dòng)力不得小于165

14、KN，公路級(jí)汽車荷載的制動(dòng)力不得小于90KN，。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，由于棧橋上不會(huì)出現(xiàn)車隊(duì)的情況，因此僅考慮單輛重車（滿載的混凝土攪拌車，總重為50T）的情況，此時(shí)的水平制動(dòng)力為：80T×9.8×0.1=78.4KN即車輛的制動(dòng)荷載78.4KN作用在棧橋上，方向于車輛的制動(dòng)切線方向一致。.考慮風(fēng)產(chǎn)生的水平荷載對(duì)樁的影響：由公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)風(fēng)荷載的計(jì)算式為：k=K1K2K3K40式中k為風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；K1為對(duì)設(shè)計(jì)風(fēng)速頻率換算系數(shù)，取0.85；K2為風(fēng)壓體型系數(shù)，取0.5；K3為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.0；K4為地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取1.4；0為基本風(fēng)壓值（kN/m2）；0

15、=v02/1600，取多年各月最大風(fēng)速為24m/s，求得基本風(fēng)壓的值為0.36kN/m2。得出風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為：k =0.214kN/m2?？梢杂?jì)算棧橋的單跨橫向擋風(fēng)面積為4.98m2單跨受風(fēng)荷載產(chǎn)生力的大小為1.07KN；縱橋向擋風(fēng)面積為7.63m2，棧橋縱向受風(fēng)荷載產(chǎn)生力的大小為1.63KN。由以上計(jì)算可以得出水流的沖擊力、車輛制動(dòng)力以及風(fēng)荷載作用力的值都小于棧橋樁基的單樁水平承載力。(1)單樁壓桿穩(wěn)定計(jì)算：鋼管樁的長(zhǎng)細(xì)比為：=l/i=l0/i其中l(wèi)為計(jì)算長(zhǎng)度；l0為鋼管長(zhǎng)度，取8.2m進(jìn)行計(jì)算；i為慣性半徑，i=（I/S）1/2，600內(nèi)壁8mm的鋼管樁i=0.2081；為長(zhǎng)度系數(shù)，在計(jì)

16、算中取0.7?？梢郧蟮娩摴軜兜拈L(zhǎng)細(xì)比為=27.640，因此可以認(rèn)為鋼管樁為短桿構(gòu)件，不需要再進(jìn)行穩(wěn)定校核計(jì)算。此時(shí)最不利的情況在鋼管樁，為最大水深6.4m左右，樁頂距海底面高度為6.4m。計(jì)算單樁樁頂?shù)乃轿灰疲涸谶M(jìn)行單樁樁頂水平位移的驗(yàn)算過程中，考慮單樁在風(fēng)荷載、水流荷載、車輛動(dòng)荷載等外部荷載同時(shí)作用在單樁且相互夾角為零的最不利情況。對(duì)于前面計(jì)算多種外部荷載考慮情況如下：車輛制動(dòng)荷載為78.4KN，考慮由6根鋼管樁受力，則單根樁受力為13.07KN，作用點(diǎn)為作用在樁頂上；縱橋向的風(fēng)荷載作用力為1.63KN，考慮由3根樁進(jìn)行承擔(dān)，則單樁受力為0.54KN，作用點(diǎn)考慮作用在樁頂上。水流荷載為1.

17、57KN（由公式P=KAV2/2g求得），作用點(diǎn)為水深的H/3m處（H=6.4m），即樁與海床分界點(diǎn)上2.13m處。單樁的受力情況如下圖，其中Ha為車輛動(dòng)荷載、Hb為風(fēng)荷載、Hc為水流荷載，樁的受彎嵌固點(diǎn)可根據(jù)以下公式利用m法確定。6.4m2.13m4.4m同時(shí)可以求得等效水平力H=15.18KN；彎矩M=90.5KN.m；tTt受彎嵌固點(diǎn)距泥面深度（m）；系數(shù)，取1.82.2。T樁的相對(duì)剛度系數(shù)（m）T(EPIP/mb0)0.2(2.0×108×11.3×10-4/2000×1.26)0.22.2mt=2×2.2=4.4m由港口工程樁基設(shè)計(jì)規(guī)

18、范可以查到計(jì)算水平位移公式為：Y=H0T3/(EPIP)Ay+M0T2/(EPIP)ByM=H0TAm+M0BmZm=hTMmax=M0C2或Mmax=H0TD2式中Y樁身在泥面或泥面以下的變形（m）； H0作用在泥面處的水平荷載（kN）； T樁的相對(duì)剛度系數(shù)（m）； EP樁材料的彈性模量（kN/m2)； IP樁截面的慣性矩（m4）； Ay、By、Am、Bm分別為變形和彎矩的無量綱系數(shù)； M0作用在泥面處的彎矩（kN·m）； m樁側(cè)地基土的水平抗力系數(shù)隨深度增長(zhǎng)的比例系（kN/m4)； b0樁的換算寬度（m）； Zm樁身最大彎矩距泥面深度（m）； h換算深度（m），根據(jù)C1=M0/H

19、0T或D1=H0T/M0按表查得； Mmax樁身最大彎矩（kN·m）； C2、D2無量綱系數(shù)。查得m=2000KN/m4b0=1.262m，I=(D4-d4)/64=×(0.64-0.5844)÷64=6.52×10-4 a=(mb0/EI)1/5=2000×1.26/（2.0×108×6.52×10-4)1/5 =0.454(1/m)C1M0/H0T90.5/(15.18×2.2)2.71D1H0T/M015.18×2.2/90.50.3646查表得h0.687m查表得Ay1.37859、By

20、0.65343、C2=1.16016、D2=3.147ZmhT0.68×2.21.496mMmaxM0C290.5×1.16016105kN·m或MmaxH0TD215.18×2.2×3.147105.1kN·m取Mmax為105.1kN·mYH0T3/(EPIP)Ay+M0T2/(EPIP)By 15.18×2.23/(2.0×108×6.52×10-4)×1.3785990.5×2.22/(2.0×108×6.52×10-4)

21、15;0.65343 0.0039m當(dāng)采用假想嵌固點(diǎn)法計(jì)算時(shí)，彈性長(zhǎng)樁的受彎嵌固點(diǎn)深度可用m法確定。OAtT2×2.24.8m樁頂?shù)乃轿灰屏繛椋篖=(OB/OA)× =10.8/4.4×0.0039 =0.00957m 即鋼管樁樁頂?shù)奈灰屏繛?.957cm。計(jì)算樁的應(yīng)力max、minN/A±M/W 476/0.015±（105.1+476×0.0115）/1.087×10-3 3.17×104±5.126×104(kN/m2) max=3.17×1045.14×104=83.1MPa170MPa，滿足要求。min=3.17