便桥施工方案和力学检算书.doc

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××便桥力学
检算书和施工方案

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目 录
第1章 概 述 1
1.1 工程概况 1
1.2 便桥设计方案 1
1.3 设计依据 2
1.4 技术标准 3
第2章 荷载计算 3
2.1上部结构恒重 3
2.2 车辆荷载 3
2.3人群荷载 5
第3章 钢筋砼桥面板计算 5
3.1 桥面板内力计算 5
3.2 板配筋计算 8
第4章 30m跨贝雷梁计算 10
4.1 荷载计算 10
4.2 罐车荷载下贝雷梁强度计算 11
4.3 罐车荷载下贝雷梁刚度计算 14
第5章 钢管桩上横向分配梁计算 15
第6章 钢管桩计算 17
6.1 桩身强度计算 17
6.2 钢管桩承载力复核 19
第 7 章 结 论 19
第8章 施工方案 20
8.1 钢管桩和桩顶分配梁施工 20
8.2 贝雷架安装 20
8.3 板预制 20
8.4 板铺装和栏杆设置 21
8.5 通车试验 21
8.6 施工安全及保证措施 21

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第1章 概 述
1.1 工程概况
西洋河双线特大桥为本标段的重点工程，位于与相邻标段（二标段）交界处，桥跨布置形式为： 2×24m简支箱梁+(68+128+68)连续梁+15×32m简支箱梁，其中主跨128m跨越西洋河，西洋河与线路大致正交，上游有上石龙水电站，不发电时河流水位较低，百年一遇最高水位标高：986.3m。其中0#台，1#墩，2#墩位于西洋河东岸，如图1-1所示。沿线山势陡峻，施工场地狭窄。东岸施工混凝土总量约为 8500m3，钢筋用量约700t。

西洋河钢筋加工场及搅拌站均设于西岸山坡上。原规划西岸施工便道共两条，一条自钢筋加工场通往3#主墩，另一条自钢筋加工场通往西洋河西岸（如图1示）。目前，西岸施工便道基本完成。为了解决东岸桥梁施工用砼的问题，拟修建一临时便桥跨越西洋河，该便桥命名为西洋河便桥。
桥位选择和桥址处的地形见附图1——西洋河便桥桥址地形图。
1.2 便桥设计方案
本便桥设计采用贝雷梁加钢管桩方案，全长为30m，共一跨，桥面宽4.5m，采用10片上承式加强型贝雷架结构。构成形式为：主要承重构件为5榀贝雷桁架，排与排和榀与榀间距0.45m，排间横向联结采用标准450型横向支撑架；桥面板为钢筋砼预制板，每块预制板长4.5m，宽1m，厚25cm，基础采用钢管桩基础，钢管桩采用φ600mm，壁厚8mm钢管，桩长以嵌岩深度不小于10m，实际桩度以打到基岩为准，钢管桩顶横向分配梁采用2I28b工字钢，在横向分配梁上设置支座。支座为一端固定，一端活动。
另外本设计力学检算内容采用商业有限元软件“路桥施工计算专家（RBBCCE）”，和Midas /Civil2006进行计算，并采用容许应力法设计。
便桥布置结构形式如图1-2和图1-3所示

图1-2 便桥立面图（单位：cm）

图1-3 便桥侧面图（单位：cm）

1.3 设计依据
(1)《公路桥涵设计通用规范》 （JTG D60-2004）
(2)《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG D62-2004）
(3)《公路桥涵施工技术规范》 （JTJ041—2000）
(4)《钢结构设计规范》 （JTJ025-86）
(5)《铁路桥涵地基与基础设计规范》 （JTJ024-85）
(6)《管理文件汇编》和《标准化管理手册》
(7) 现场调查的水文、地质资料。
1.4 技术标准
(1)设计桥面标高：以便道路基标高为准
(2)设计桥长：30m，净跨30m
(3)设计桥宽：4.5m
(4)设计控制荷载：
设计考虑以下三种荷载：
1、 汽车-20级
2、 混凝土罐车，自重20t+载重20t，考虑1.25的动力系数，故按40t设计，按50t检算。
设计仅考虑一辆重车在桥上通行，不得同时有多辆罐车在桥上。
(5)设计行车速度10km/h。
第2章 荷载计算
2.1上部结构恒重
1）钢筋砼桥面板：单块尺寸为4.5×1×0.25m（长×宽×厚），单块重26×4.5×1×0.25=29.25kN
换算成沿桥跨方向均布线荷载为：29.25kN/m。
2）贝雷梁和横向支撑架：按1t/m考虑，即沿桥跨方向均布线荷载为：10kN/m
故总自重为39.25kN/m，对单片贝雷梁全桥自重为39.25/10≈4.0 kN/m。
2.2 车辆荷载
1）汽车-20级
车轮着地尺寸为0.6×0.2m（宽×长），加载图式如图2-1所示

图2-1 汽车-20级加载图式
按其中最重的车辆计算，如图2-2所示

图2-2 汽车-20级加载图式
2)8m3的混凝土罐车
1台8m3(考虑冲击系数1.25满载后按50t考虑)的混凝土罐车车辆及荷载平面和立面如图2-3所示
图2-3 砼罐车平立面及加载图式

对单片贝雷梁的罐车荷载加载图式如图2-4所示

图2-4 单片贝雷梁的罐车加载图式

2.3人群荷载
人群荷载为4kN/m2
第3章 钢筋砼桥面板计算
3.1 桥面板内力计算
根据车辆的轴距，和板沿桥纵向宽度1m可知，在一块板上，同时只存在一个轴的车轮，按满载罐车轴重考虑为20t，车辆着地尺寸为0.5m×0.2m（宽×长），故单轴车轮对板的面荷载为100/(0.5×0.2)=1000 kN/m2,板的内力采用有限元软件Midas/ Civil2006 进行计算。
板的材料C30砼,厚0.25m，建模时板长4m，宽1m。板下贝雷梁看成板的支座。
建立的midas计算模型如图3-1所示

图3-1 板内力midas计算模型

计算结果如图3-2所示

图3-2 板内力计算结果

由计算可知：板最大正弯矩7.1kNm，最大负弯矩5.3 kNm，最大正负弯矩的方向为绕图中y轴旋转，最大剪力121kN。
3.2 板配筋计算
本板的配筋设计计算根据《公路钢筋砼和预应力砼设计规范》中的规定和公式进行计算。
1）配筋设计
受力钢筋采用φ10mmR235光圆钢筋，间距100mm；分布钢筋采用φ8mmR235光圆钢筋，间距150mm，共两层，层间距180mm。配筋如图3-3所示

图3-3 板配筋断面图（单位：mm）
2）配筋正截面抗弯复核
拉压区强度，拉压区受力钢筋截面面积
，as=as’=35mm,h=250mm，b=1000mm，
h0=h-as=250-35=215mm
求受压区高度x

x<2as’
故，抗弯承载力Mu=fsd·As（h0-as’）=195×785×（215-35）=27.55kN·m
>γ0·Md=1.0×7.1=7.1 kN·m,故满足正截面抗弯承载力要求。
3）配筋斜截面抗剪复核
抗剪最大承载力按下列公式计算。

其中：——异号弯矩影响系数，按连续梁取值，为0.9
——预应力提高系数，无预应力故取1.0
——受压翼缘影响系数，取1.1
b——截面宽度（mm），为1000mm
h0——斜截面受压区顶端正截面的有效高度（mm），为215mm
p——斜截面内纵向受拉钢筋的配筋率，p=100ρ，ρ=As/bh0
ρ=785/(1000×215)=0.37%，故p=0.37
fcuk——砼立方体抗压强度标准值（MPa），C30砼，为30 MPa
ρsv——箍筋配筋率，ρsv=0.2%
fsv——箍筋强度，采用单肢箍筋φ10mmR235钢筋，fsv=195MPa
代入得到：

=212.8kN>γ0·Vd=1.0×121kN,故满足斜截面抗剪要求。
4）砼强度复核
钢筋弹性模量Es=2.1×105MPa，C30砼弹性模量Ec=3.0×104MPa
钢筋砼截面换算系数
将拉区钢筋换算成砼后受压区高度x
43.4mm
换算截面惯性矩
压区砼应力1.6MPa<0.80fck=0.80×13.8=11.4MPa
故砼强度满足要求。
5）钢筋强度复核
32MPa
<0.75fsk=0.75×235=176.25MPa
故钢筋强度满足要求。
6）板最大裂缝复核

其中：
——考虑钢筋表面形状系数，光圆钢筋取1.4
——考虑荷载作用系数，荷载长期或重复作用取1.5
——考虑构件受力特征系数，板式受弯构件取1.15
d——纵向钢筋直径，为10mm
ρ——截面配筋率，为0.37%<0.006,取0.006
代入公式可得：

=0.04mm<0.2mm，故裂缝宽度满足要求。
综合上面的计算可知，板的尺寸和配筋满足受力要求。
第4章 30m跨贝雷梁计算
4.1 荷载计算
贝雷梁为主要承重结构，共10排，分为5榀，每榀由2排组成，排与排间距和榀与榀间距均为0.45m，排与排之间采用标准450型横向支撑架进行横向连接，每排由10节标准3m贝雷桁架节构成。如图4-1所示：

图4-1 桥跨布置
荷载分析：
1） 自重均布荷载：根据前面的计算可知均布荷载为：q=4.0kN/m
2）人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；
3）车辆荷载：按罐车荷载验算。
4.2 罐车荷载下贝雷梁强度计算
为简化计算，贝雷梁的上承受的荷载有集中荷载和均布荷载，均布荷载为钢筋砼桥面和贝雷梁自重，集中荷载为车辆荷载，集中荷载按罐车轴重计算，对单片贝雷架q=4.0kN/m,后轮轴重等效成集中荷载：
p1=p2=200/10=20kN
前轮轴重等效成集中荷载p3=100/10=10 kN
按两种工况计算。
工况一：车辆行进在跨中
计算模型如图4-2所示

图4-2 工况一贝雷梁计算模型
需要说明的是：罐车轴重等效成集中力不一定在节点上，故适当把力移动相近节点上计算。
杆件截面特性如表4-1所示
表4-1 贝雷梁杆件截面特性

杆件
材料
截面
面积(m2)
惯性矩（m4）
加强型
上下弦杆
16Mn
4[10
0.00502
2.04×10-5
竖杆
16Mn
I8
0.000977
1.025×10-6
斜杆
16Mn
I8
0.000977
1.025×10-6
贝雷梁构件材料考虑稳定后的容许轴力如表4-2所示
表4-2 贝雷梁构件考虑稳定后容许轴力
项目
允许轴力（kN）
弦杆
560
加强型弦杆
560×2=1120
竖杆
210
斜杆
171

计算结果如图4-3所示

图4-3 工况一计算结果
对较大应力的杆件列表4-3如下，其他杆件的应力见附表1。
表4-3 较大应力的单元
单元号
Ni(kN)
Qi(kN)
Mi(kN.m)
A(m2)
y(m)
I（m4）
σmax=Ni/A
+My/I
σmin=Ni/A
-My/I
94
-509.24
-7.22
-6.44
0.00502
0.1
2.04E-05
-133.01
-69.87
88
-502.41
-10.34
-6.16
0.00502
0.1
2.04E-05
-130.28
-69.89
100
-449.00
-6.93
-5.63
0.00502
0.1
2.04E-05
-117.04
-61.84
82
-427.91
-7.16
-4.70
0.00502
0.1
2.04E-05
-108.28
-62.20
92
-522.94
-2.36
-0.70
0.00502
0.1
2.04E-05
-107.60
-100.74
87
-501.83
7.01
-1.49
0.00502
0.1
2.04E-05
-107.27
-92.66
33
503.49
3.35
-3.23
0.00502
0.1
2.04E-05
84.46
116.13
40
446.31
-6.05
-5.78
0.00502
0.1
2.04E-05
60.57
117.24
29
522.38
-2.47
-3.07
0.00502
0.1
2.04E-05
89.01
119.11
28
496.19
-0.82
-4.58
0.00502
0.1
2.04E-05
76.39
121.29
34
503.22
-6.09
-4.86
0.00502
0.1
2.04E-05
76.42
124.07
其中单元编号如图4-4所示

图4-4 杆件单元编号
贝雷梁最大轴力如图4-5所示

图4-5 贝雷梁杆件最大轴力

由计算结果可知：
（1） 杆件最大应力-133.01MPa<[σw]=210MPa，故满足强度要求；
（2） 弦杆最大轴力524k N（上弦压、下弦拉）<[N]=1120kN,故弦杆满足强度和稳定要求；
（3） 竖杆最大轴力76.07k N（压）<[N]=210kN，故竖杆满足强度和稳定要求；
（4） 斜杆最大轴力-58.06 k N（压）<[N]=171kN，故竖杆满足强度和稳定要求；
工况二：车辆行进在桥端部
计算模型如图4-5所示

图4-5 工况二计算模型
计算结果如图4-6所示

图4-6 工况二计算结果
较大应力的杆件列表4-4如下，全部杆件的应力见附表2。
单元号
Ni(kN)
Qi(kN)
Mi(kN.m)
A(m2)
y(m)
I（m4）
σmax=N/A+
MY/I
σmin=N/A-
MY/I
180
53.34
1.38
0.69
0.000977
0.04
1.03E-06
81.52
27.67
88
-306.55
-4.89
-3.55
0.00502
0.1
2.04E-05
-78.47
-43.66
94
-301.37
-4.66
-3.53
0.00502
0.1
2.04E-05
-77.34
-42.73
82
-288.95
-4.79
-3.31
0.00502
0.1
2.04E-05
-73.79
-41.33
100
-273.42
-4.1
-3.27
0.00502
0.1
2.04E-05
-70.50
-38.44
28
304.94
-3
-3.18
0.00502
0.1
2.04E-05
45.16
76.33
122
96.45
-2.33
-1.14
0.000977
0.04
1.03E-06
54.23
143.21
贝雷梁最大轴力如图4-7所示

图4-7 工况二贝雷梁最大轴力
由计算结果可知：
（1）全部杆件最大应力143.21MPa<[σw]=210MPa，故满足强度要求。
（2）弦杆最大轴力311.4k N（上弦压、下弦拉）<[N]=1120kN,故弦杆满足强度和稳定要求；
（3）竖杆最大轴力96.45k N（压）<[N]=210kN,故竖杆满足强度和稳定要求；
（4）斜杆最大轴力56.69k N（压）<[N]=171kN,故斜杆满足强度和稳定要求；

4.3 罐车荷载下贝雷梁刚度计算
（1）活载挠度
当罐车作用在桥跨中时，贝雷梁的挠度最大。不考虑恒载挠度，认为恒载挠度已经发生，仅计算活载下的挠度。计算模型如图4-8所示

图4-8 挠度计算模型
计算结果如图4-9所示

图4-9 挠度计算结果
由计算结果可知：跨中最大挠度为29.22mm<[L/400]=30000/400=75mm，故刚度满足要求。
（2）恒载挠度
恒载挠度计算模型如图4-10所示

图4-10 恒载挠度计算模型
计算结果如图4-11所示

图4-11 恒载挠度计算结果
由计算结果可知：跨中最大挠度44.24mm，恒载挠度较大，故应设置预拱度。以消除恒载挠度或减小恒载挠度。故设置向上预拱度40cm。
由上面的计算可知：贝雷梁各杆件均满足受力要求，是安全的。
第5章 钢管桩上横向分配梁计算
钢管桩上选用2I28b工字钢作为桥端部横向分配梁，长4.5m，根据上面贝雷梁计算可知贝雷梁端部支座反力即为对横向分配梁的压力，钢管桩看成支座，当车辆行进在桥端部时，为安全起见，把整车荷载加载在钢管桩顶分配梁上，单排贝雷梁端部支座反力为：4.0×30/2+500/10=110kN,对单根I28b工字钢，计算模型如图5-1：

图5-1 桩顶分配梁计算模型
单元截面特性如下表5-1
表5-1 分配梁单元截面特性

计算结果如图5-2

图5-2 钢管桩上分配梁计算结果
根据上面的计算可知：
（1）最大弯曲应力115.8MPa<[σw]=145 MPa,满足抗弯强度要求。
（2）最大剪力V=165kN，剪应力τ=VS/It，查I28b工字钢截面特性得：I/S=24cm
腹板厚t=13.7mm，代入得:
τ===50.2MPa<[τ]=125MPa,满足抗剪强度要求。
（3）最大挠度2.521mm<L/400=2700/400=6.75mm，故满足刚度要求。
综上可知：钢管桩上横向分配梁满足受力要求，但是在放置贝雷梁的地方存在
应力集中，故应增加加劲肋加强处理，详见图纸。
第6章 钢管桩计算
钢管桩采用直径φ600mm，壁厚δ8mm的钢管，桩长按嵌入地基10m设计，实
际桩长以桩底嵌入基岩为准，自由长度暂按3m计算，按摩擦桩设计。
6.1 桩身强度计算
当车辆行进在桥上紧急刹车时，对钢管桩会产生很大的纵向水平力，该水平力
的大小按10%的竖向荷载计算。竖向荷载按车辆荷载50t，Fh=10%×500=50kN，对单根钢管桩水平力25 kN，钢管桩受的压力按110×5=550 kN计算
钢管桩受力图式如图6-1所示

图6-1 钢管桩上分配梁计算结果
计算得到钢管桩的弯矩、剪力、轴力如图6-2

图6-2 钢管桩内力
最大弯矩75kN·m，最大剪力25kN，最大轴力550 kN。
按压弯构件进行计算，钢管材料为：Q235，容许正应力【σ】=145MPa，容许剪应力【τ】=85MPa，钢管外径D=600mm，内径d=584mm
截面面积
A===14878.6mm2
截面惯性矩

σmax= +=+<【σ】=145MPa
故满足抗弯强度要求！
剪应力按名义剪应力计算，<【τ】=85MPa
故满足抗剪要求！
为了确保两根钢管桩之间的整体稳定，在钢管桩之间设置横向支撑，具体材料和构造见相关图纸。
6.2 钢管桩承载力复核
根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》中的规定摩擦桩轴向受压的容许承载力计算方法计算。对打入、震动下沉和桩尖爆扩桩的容许承载力：
[P]=
[P]——桩的容许承载力（kN）
U——桩身截面周长（m），U=πd=3.14×0.6=1.88m
A——桩底支撑面积（m2）
ai，a——震动成桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数，ai=a=1.1
λ——系数，1.0
fi，R分别为桩周土的极限摩阻力和桩尖土的极限摩阻力，土质按中砂考虑，取fi=55 kPa，R=4000kPa
li——各土层厚度，按一层计，厚10m
>550 kN
故钢管桩入土深度应不小于10m，才能满足受力要求。施工时应根据实际的地质情况，适当加长桩长，确保桩能够有效锚固和不下沉。
第 7 章 结 论
经分析计算，便桥各主要受力构件强度和刚度均满足要求。
但是施工时应注意以下问题：
1、 贝雷梁拼装时，螺栓应拧紧，不漏装螺栓，保证各杆件之间有很好的连接。
同时注意设置向上的预拱度40mm，以抵消自重挠度。
2、 板预制时应按设计配置钢筋，钢筋数量、间距，板的轮廓尺寸等应满足设计要求。预制时应注意将相应的预埋件埋到指定的位置。
3、 两端支座按一端固定、一端活动设计，不可都设置成固定，防止基础滑动或不均匀沉降产生巨大的附加力。
4、 钢管桩桩头应力较集中，应按设计进行加强处理，并保证焊缝质量。
5、 钢管桩施工时，应确保桩底嵌入基岩中，确保嵌岩深度，防止倾覆，钢管桩之间的必须设置横向剪刀撑连接，确保整体稳定性。
6、 桥路连接处，采用码砌砂袋或砌筑浆砌片石，可以适当放坡，桥头填土宜选择碎石土，用粘土时应保证压实，同时保证边坡稳定。
7、 预制板铺好后，再焊接4根φ8mm钢筋，长1.2m，然后浇筑成10cm×10cm的小方柱。间距2m一个。
8、 便桥架好后做通车试验，同时监测各杆件变形情况和便桥的跨中挠度，确保行车安全。在桥梁出入口要设置限速、限重、限高等警告标志，限速10km/h，限重50t，限高5.5m。
第8章 施工方案
8.1 钢管桩和桩顶分配梁施工
（1）桩位测量放线
根据桥位布置平面布置图，放出桥梁中心线和桩基中心点，并打好木桩固定点位，桥梁中心线桩点不少于3个。
（2）钢管桩制作
钢管桩采用8mm厚钢板卷制而成，对于较长的钢管桩可以分节焊接接长，保证焊接质量。
（3）钢管桩插打
钢管桩采用振动锤插打，保证钢管桩的倾斜度不大于1%和入土嵌岩深度不小于设置值。
（4）桩顶分配梁施工
钢管桩打完后，用吊机或者人工将分配梁架设在两钢管桩顶，并焊接牢固，焊缝应饱满。架设前应先将分配梁的两工字钢焊接成整体，并提前将支座焊接在分配梁上。
8.2 贝雷架安装
采用汽车吊吊装人工配合安装的方式进行，安装时注意螺栓要拧紧。销子的保险销要插好。横向支撑架采用标准900型横向支撑架，贝雷梁拼装时应注意将横向支撑架安装上。
8.3 板预制
板预制应在专门的预制厂进行，应注意砂、石、水泥、钢筋等原材料质量检验，砼应进行配合比设计，保证砼强度为C30。板预制时，应注意钢筋间距和砼保护层满足设计要求。预制时应注意将预埋件埋深在设计位置，定位必须准确。
8.4 板铺装和栏杆设置
贝雷梁安装好后，将预制板运至现场，再用汽车吊吊装、安放在贝雷梁，然后从预埋的耳环中穿入φ20mm螺纹钢，将预制板卡在贝雷梁上弦杆上。每块板设两排耳环。 预制板铺装好后上再进行栏杆设置。
8.5 通车试验
便桥架好后，要进行通车试验，加载按先小型车然后再重型车的顺序加载。密切观测便桥的跨中挠度和便桥各构件的受力状态，达到要求后方能投入正常使用。
8.6 施工安全及保证措施
1、洪水季节，安排汛期值班人员检查水位对便桥基础的影响。
2、在使用过程中，不定期地进行沉降观测，以防发生不均匀沉降而影响车辆通
行的安全。
3、桥头设置限速、限载、限高、单车通行等安全通行告示牌，非施工车辆不得
随意通行。
4、定期安排人员对便桥进行检修维护。
5、定期安排测量人员对便桥进行观测，以便了解便桥的工作状态。

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