下承式贝雷钢栈桥设计计算报告书.docx

目 录
1 设计说明 - 1 -
1.1 栈桥构造 - 1 -
1.1.2 贝雷梁 - 2 -
1.1.3 桩顶横梁 - 2 -
1.1.4 钢管桩基础 - 2 -
1.2 设计主要参考资料 - 2 -
1.3 设计标准 - 3 -
1.4 主要材料力学性能 - 3 -
2 作用荷载 - 3 -
2.1 永久作用 - 3 -
2.2 可变作用 - 3 -
2.2.1 混凝土罐车 - 3 -
2.2.2 流水压力 - 4 -
2.2.3 风荷载 - 4 -
2.2.4 制动力 - 4 -
2.3 荷载工况 - 4 -
3 栈桥结构计算分析 - 4 -
3.1 计算模型 - 4 -
3.2 计算分析 - 5 -
3.3 计算结果汇总 - 6 -
4 基础计算 - 7 -
4.1 钢管桩入土深度 - 7 -
4.2 钢管桩稳定性 - 8 -
5 结论 - 9 -

栈桥计算书

1 设计说明
1.1 栈桥结构
栈桥设计为下承式贝雷钢栈桥，负担施工中材料、物资运输功效、人员通行通道。栈桥跨径9m，宽度6m，栈桥顶标高+2.20m。基础采取φ610mm，壁厚8mm钢管桩，桩顶横梁为2HN450×200型钢，其上为2组贝雷梁，每组2片，用45cm贝雷支撑架相连。贝雷梁下弦杆上部署HN350×175横向分配梁，用骑马螺栓和贝雷梁连接，紧贴贝雷片腹杆部署。横向分配梁上间隔35cm铺I22b纵向分配梁，和横向分配梁点焊连接。桥面采取10mm厚花纹钢板。栈桥跨径部署及横断面见下图。

图1.1-1 栈桥总体立面部署图

图1.1-2 栈桥横断面图
1.1.2 贝雷梁
栈桥采取4片3000mm×1500mm单排单层不加强型贝雷片作为承重梁。每两片贝雷片经过450mm标准连接花架连接成一组，共2组。紧贴着贝雷片内侧于桥面钢板上安装两道护轮木，左右侧各一道。
1.1.3 桩顶横梁
贝雷梁支承在2根HN450×200工字钢桩顶横梁上，2根HN450×200横梁间采取间断焊接。分配梁焊接在钢管桩顶牛腿上，以确保分配梁横向稳定性。贝雷片下垫10mm厚橡胶垫板，并经过焊接在横梁上限位器限制横向和纵向位移。
1.1.4 钢管桩基础
基础采取Φ610×8mm钢管桩，每排2根，中心间距4650mm。
1.2 设计关键参考资料
(1) 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-）；
(2) 《港口工程桩基规范》(JTS 167-4-)；
(3) 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-）；
(4) 《钢结构设计规范》（GB50017-）。
1.3 设计标准
⑴桥面宽度：6m；
⑵验算荷载：8m³混凝土罐车；
⑶跨径部署：2.7m+9.0m+2.7m；
⑷河沟水位：现场实测最高潮位＋1.0m（施工常水位）；
⑸河床高程：取-2m。
1.4 关键材料力学性能
栈桥除贝雷梁为Q345钢、贝雷销子为30CrMnTi外，其它钢材均采取Q235钢。
表1.4-1 钢材强度设计值（Mpa）
构件
牌号
σ
抗剪τ
Q235钢
Q235钢
215
125
贝雷销子
30CrMnTi
1105
208
贝雷梁
16锰钢
310
180
2 作用荷载
2.1 永久作用
本栈桥永久作用为材料自重恒载，型钢桥面系、贝雷梁及墩顶分配梁等结构自重，材料自重采取Midas Civil软件自动计入。
2.2 可变作用
2.2.1 混凝土罐车
工地使用8m³混凝土罐车共3轴，空载时整机重量12.5t，为前一后二形式，满载8m³混凝土总重量为32t，轴距为3.225＋1.35，轮距1.8m，空载轴重为37.5＋43.8＋43.8kN，满载轴重为97＋112＋112kN，详见图2.2-1。

图2.2-1 8m³混凝土罐车轮距示意图（单位：m）
2.2.2 流水压力
栈桥所处位置河沟水流流速较小，流水压力可忽略不计。
2.2.3 风荷载
栈桥桥面标高和河沟两岸地面线齐平，桥面和水位线高差较小，故风荷载可忽略不计。
2.2.4 制动力
混凝土罐车满载时320kN，制动力为10％竖向荷载，其值为32kN，由4根钢管共同分担，平均每根承受8kN纵向水平力。
2.3 荷载工况
计算时取8m³混凝土罐车满载时行走工况：
自重×1.1＋满载罐车×1.4+制动力×1.4。
3 栈桥结构计算分析
3.1 计算模型
利用Midas Civil建立栈桥模型，详见图3.1-1。钢管桩桩底为固结约束。

图3.1-1 栈桥计算模型
3.2 计算分析
8m³混凝土罐车满载行走时，栈桥受力计算分析以下。
⑴应力计算

图3.2-1 正应力图（单位：MPa）

图3.2-2 剪应力图（单位：MPa）

图3.2-3 位移图（单位：mm）
3.3 计算结果汇总
经过计算分析，各构件应力、变形均较小，未超出钢材设计强度范围，计算结果汇总以下表所表示。
表3.3-1 内力变形计算结果汇总表
部位
正应力（MPa）
剪应力（MPa）
变形（mm）
工22b纵梁
76.7
39.3
1.3
HN350横梁
110.8
45.1
1.3
贝雷梁
173.0
88.6
0.8
2HN450×200桩顶横梁
14.4
30.9
0.1
φ610钢管桩
25.9
1.5
0
Q345材质（贝雷）：
最大正应力σmax＝173.0MPa<[σw]=310MPa，满足要求。
最大剪应力τmax＝88.6MPa <[τw]=180 MPa，满足要求。
最大位移fmax=0.8mm<9000/400=22.5mm，满足要求。
Q235材质（除贝雷外其它构件）：
最大正应力σmax＝110.8MPa<[σw]=215 MPa，满足要求。
最大剪应力τmax＝45.1MPa <[τw]=125 MPa，满足要求。
最大位移fmax=1.3mm<4650/400=23.3mm，满足要求。
4 基础计算
4.1 钢管桩入土深度
依据下图计算模型所表示，单根钢管桩所受最大竖向力为245.1kN，据此计算钢管桩入土深度。

图4.1-1 桩底反力图
依据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：管桩竖向许可承载力按下式计算。

式中：
——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；
——桩身截面周长（m）；
——单桩第i层土极限侧摩阻力标准值（kPa），按表4.1-1采取；
——桩身穿过第i层土长度（m）；
——单桩极限桩端阻力标准值（kPa）；
A—— 桩身截面面积。
取XLDS1钻探孔位处地勘图，计算钢管桩入土深度及受力情况，该部位地层信息及土层摩阻力如表4.1-1：
表4.1-1 XLDS1土层摩阻力统计
序号
土层名称
底面高程（m）
分层厚度（m）
桩周摩阻力（kPa）
1
填土
1.74
0.5
0
2
淤泥质粘土
-7.06
8.8
20
3
细砂
-14.56
7.5
35
4
粉质粘土
-17.56
3.0
40
5
细砂
-26.06
8.5
35
6
含淤泥质粉质粘土
-45.06
19.0
20
7
中风化花岗岩
-56.62
11.56

设钢管桩入第三层深度为L，计算得：

计算得，L=0.27m，钢管桩入土总深度H=8.8+0.27=9.07m，取入土深度9.94m（考虑河床标高）。
4.2 钢管桩稳定性
稳定性应按下式进行验算：

式中：
——对x-x轴心受压构件稳定系数；
——所计算构件段范围内对轴最大弯矩；
——参数，；
——对轴毛截面模量；
——等效弯矩系数；
钢管桩桩顶标高为+1.06m，河床标高为-1.0m，则钢管桩实际长度12m。则，

查询《钢结构设计规范》（GB50017-）中附录C中表C-2，利用内插法计算，钢管桩。则，

5 结论
从以上计算结果看，栈桥结构在强度、刚度、稳定性等方面均满足规范要求，并留有一定富余。栈桥结构能确保施工期间同行需求，能确保人员、车辆安全。