栈桥及平台受力计算书.doc

钢管桩便桥
受力计算书

2010年3月6日

钢管桩便桥及平台受力计算书
一、便桥及平台结构简介
钢便桥及平台结构见附图，由于2、3号主墩横轴线与桥纵轴线斜交，所以工作平台与钻孔平台轴线斜交，在2、3号墩位置分别搭设钢便桥和钢平台，钢平台分为工作平台与钻孔平台。
便桥采用钢管桩基础，共一跨，与河堤堤岸相接，宽度为6m，跨度为11.5m。与便桥相连的为工作平台，宽度为9m，跨度为12m。便桥及工作平台共计有三排钢管桩，与河堤连接处桥墩采用2根φ630*8mm钢管桩，其余两个桥墩采用3根φ630*8mm钢管桩。便桥及工作平台的钢管桩以上采用2I40b工字钢作为横梁，横梁以上采用四根H580做为桥面主梁，主梁间距为144cm，主梁以上采用I20b作为桥面分布梁，分布梁间距为45cm，分布梁顶面铺设1cm厚钢板作为桥面板。
每个墩钻孔平台共计设10根φ529*8mm钢管桩，平台宽度为9m，由于与钢便桥斜交，平台形状为一梯形，梯形的上下底分别为14.31m和11.57m。梯形长边位置设4根钢管桩，其余两排均为三根钢管桩。钢管桩顶横梁中间一根为2I45b、边上两根为I45b。横梁上铺设I30轻型工字钢，间距为60cm。I30工字钢上除护筒位置外满铺[18b槽钢作为桥面系。
二、便桥及平台各主要部件的应力计算
按最不利荷载计算便桥及平台受力，最不利的荷载工况为一辆12m3罐车满载混凝土行驶在便桥或平台上时。经实际称重知，罐车8个后轮共计荷载40t，前轮盒子啊约为10t。后轮有两个轴，轴间距为130cm，每个轴单侧车轮着地尺寸为60*20cm，后轮两个轴中心距离前轮距离约为5.5m。下面按此荷载对便桥及平台进行受力计算。
1、便桥及工作平台钢管桩受力计算
便桥及工作平台采用φ630*8mm钢管桩，简化的最不利工况是当罐车的两个后轴的中心与三根钢管桩的中间一根钢管桩中心重合时，偏安全考虑，按两个后轴40t全部由中间一根钢管承受，而不考虑边上钢管桩的受力。
在以上40t荷载基础上再考虑20%便桥自身荷载，则中间一根钢管桩最大荷载等于40*1.2=48t。
φ630*8mm钢管桩截面面积A=156cm2
便桥最大压应力=48000/156=308Kgf/cm2=30.8MPa，远小于容许值145MPa，所以便桥及工作平台钢管桩受力能够满足要求。
2、钢管桩上横梁受力计算
（1） 横梁弯应力计算
显然钢管桩中心距离为350cm上的2I40a横梁受力最为不利，此时横梁作用在内侧钢管壁的支点距离L=350-63=287cm
罐车车轮左右车轮外侧距离为2m，则左右车轮中心距离为1.4m，约等于H型钢的中心间距1.44m。故当罐车两个后轴的中心作用在两根钢管横梁的中心时，横梁的受力最为不利，此时左右车轮分别作用在两根H型钢中心，按简支梁计算，纵梁支撑中心距离支点距离为56.9cm(见方案图)，取70cm。其计算简图如下：

显然最大弯矩Mmax=20000*（287-140）/2=1470000Kgf.cm
横梁为2I40a，其截面抵抗矩W=1086×2=2172cm3
所以横梁的最大应力σmax==1470000/2172=677Kgf/cm2
=67.7Mpa＜f=145Mpa
横梁抗弯应力能满足规范要求。
（2） 2I40a最大挠度计算
采用清华大学求解器求得的最大挠度如下：

最大挠度值等于0.3cm＜[Δ]=L/400=350/400=0.9cm，所以2I40a横梁型钢刚度满足规范要求。
3、便桥及工作平台H型钢纵梁受力计算
（1）H型钢抗弯能力计算
显然跨径为12m的H型钢受力最为不利，按简支梁进行计算，按罐车两个后轴的中心作用在跨中计算，此时前轮离支座50cm，可以忽略其对跨中弯矩的影响。为简化计算，偏安全的认为两个后轴的单侧车轮中心点作用20t荷载在H型钢的跨中为最不利受力工况。
由于H型钢中心间距为144cm，罐车后轮宽度为60cm，容易计算出两侧的两片H型钢分配荷载的比例=15/144*2*100%=21%,也就是说两侧H型钢分配了21%的荷载，这样后轮中心作用的H型钢跨中分配的荷载P=20*（1-0.21）=15.8t
此时跨中最大弯矩Mmax==15.8*1000*1200/4
=4.74×106Kgf·cm
考虑到实际情况，H型钢实际上下翼板厚度为1.7cm，腹板为1.2cm，上下翼缘宽度均为30侧模，H型钢的实际高度为58.2cm，计算得H型钢的惯性矩为97883cm4，截面抵抗矩W=97883/(58.2/2)=3364cm3。
所以H型钢的最大应力
σmax==4.74*106/3364=1409Kg/cm2=140.9Mpa，小于145MPa，H型钢的抗弯能力满足规范要求。
（2） H型钢最大挠度计算
H型钢跨中最大挠度值
=PL3/(48EI)=15.8*1000*12003/(48*2.1*106*97883)=2.8cm
＜[Δ]=L/400=1200/400=3cm，所以H型钢刚度满足规范要求。
（3）H型钢纵梁稳定性分析
1）、整体稳定性分析
查《钢结构设计规范》4.2.1，本方案中符合“有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固焊接、能阻止梁受压翼缘的侧向位移”，所以H型钢的整体稳定性不需要计算。施工时注意将H型钢纵梁与工字钢分布梁牢固焊接即可满足要求。
2）、局部稳定性分析
查《钢结构设计规范》4.3.2组合梁腹板配置加劲肋应符合下列规定中的第一款：
当h0/tw≤80时，对有局部压应力的梁应按构造配置横向加劲肋。本方案中的H型钢h0=49.2cm，tw=1.2，fy=235，
h0/tw=41＜80=80，符合此条件，所以在每根Ⅰ20b分布梁对应位置需采用加劲板对H型钢腹板进行加强，以确保H型钢翼板稳定性满足规范要求。
横向加强肋的加强方法：
查《钢结构设计规范》4.3.6：横向加劲肋的最小间距为0.5h0，最大间距应为2.0h0，可以计算求得横向加劲肋的最小间距为24.6cm，最大间距应为98.4，方案中加劲肋间距为45cm，符合此规定。
加劲肋尺寸计算：
查《钢结构设计规范》4.3.6：在腹板两侧成对设置的钢板横向加劲肋，其尺寸应符合下列公式要求：
外伸宽度：bs≥+40（mm），厚度ts≥
根据以上公式计算如下：
最小外伸宽度=+40=56.4mm，最小厚度==3.8mm
施工中采用宽度为80mm，厚度为8mm的加劲板完全可以满足受力要求。
4、便桥及工作平台桥面分布梁I20b受力计算
（1） I20b抗弯能力计算
桥面分布梁I20b的最不利受力为单轴单侧罐车车轮作用在其跨中时，由于车轮横向着地宽度为60cm，单侧单轴车轮荷载为10t，可认为罐车车轮荷载以均布荷载作用在跨中60cm范围的I20b上。此时其最不利受力工况简化为简支梁，
均布荷载q=10*1000/60=166.7Kgf/cm，其受力简图如下：

采用清华大学求解器求得的弯矩图如下：

最大弯矩值为286733Kgf.cm
I20b截面抵抗矩W=250cm3
则I20b最大弯应力
σmax==286733/250=1147Kg/cm2=114.6Mpa，小于145MPa，故I20b桥面分配梁抗弯能力满足规范要求。
（2） 、I20b最大挠度计算
采用清华大学求解器求得的最大挠度如下：

最大挠度值仅为0.08cm，显然能够满足规范要求。
5、桥面钢板受力计算
I20b顶面铺设10mm厚钢板作为便桥桥面，由于I20b的间距为450mm，净距为348mm，而钢板作用的荷载为均布面荷载，面荷载的计算如下：
单侧车轮荷载为100000N
单侧车轮作用面积=600*200=120000mm2
则均布面荷载=100000/120000=0.833Kg/mm2
采用ansys计算软件计算的钢板应力云图如下：
其最大应力为176MPa＞[σ]=145Mpa，最大应力超标，对于施工临时结构，有必要时可以将容许应力放大1.3倍进行计算，则最大容许应力的极限值=145*1.3=188.5MPa＞176MPa。故钢板的弯应力能够满足规范要求。
最大挠度为2.2mm，2.2/450=1/205＞1/400，挠度值超标，钢板会有微小变形,但对受力安全不会有影响。
三、钻孔平台各主要部件的应力计算
1、钻孔平台钢管桩受力计算
钻孔平台采用φ529*8mm钢管桩，同样简化的最不利工况是当罐车的两个后轴的中心与紧接工作平台中间一根钢管桩中心重合时，偏安全考虑，按两个后轴40t全部由中间一根钢管承受，而不考虑边上钢管桩的受力。
在以上40t荷载基础上再考虑20%便桥自身荷载，则中间一根钢管桩最大荷载等于40*1.2=48t。
Φ529*8mm钢管桩截面面积A=131cm2
便桥最大压应力=48000/131=366Kgf/cm2=36.6MPa，远小于容许值145MPa，所以钻孔平台钢管桩受力能够满足要求。
2、钢管桩上横梁受力计算
（1） 2I45b及I45b横梁弯应力计算
钻孔平台共计10根桩，同一根横梁下钢管桩的最大中心距离为571cm，此时采用2I45b横梁；采用一根I45b横梁时其钢管中心间距最大为518cm。根据设计图纸采用2I45b的横梁上的最不利荷载取单横梁跨中最不利荷载取为15t(考虑钻机及钻锤荷载总重25t，并考虑偏载）
2I45b横梁受力计算：
偏于安全按简支梁计算，显然2I45b最大弯矩
Mmax=20000*571/4=2855000Kgf.cm
横梁为2I45b，其截面抵抗矩W=1500×2=3000cm3
所以横梁的最大应力σmax==2855000/3000=952Kgf/cm2
=95.2Mpa＜[σ]=145Mpa
2I45b横梁抗弯应力能满足规范要求。
I45b横梁受力计算：
偏于安全按简支梁计算，显然I45b最大弯矩
Mmax=15000*518/4=1942500Kgf.cm
横梁为I45b，其截面抵抗矩W=1500cm3
所以横梁的最大应力σmax==1942500/1500=1295Kgf/cm2
=129.5Mpa＜[σ]=145Mpa
I45b横梁抗弯应力能满足规范要求。
（2） 横梁最大挠度计算
跨中作用集中荷载的跨中最大挠度计算公式如下：
Δmax=PL3/（48EI)
对2I45b
Δmax=PL3/（48EI)=20000*5713/(48*2100000*2*33759)=0.5cm＜[Δ]=L/400=571/400=1.4cm
对I45b
Δmax=PL3/（48EI)=15000*5183/(48*2100000*33759)=0.6cm＜[Δ]=L/400=518/400=1.3cm
所以2I40b与I45b横梁刚度满足规范要求。
3、钻孔平台I30工字钢受力计算
（1）I30工字钢抗弯能力计算
I30工字钢支点间距为350cm，工字钢间距为60cm，当罐车单侧单轴后轮作用在I30跨中时其受力为最不利，按两跨连续梁进行计算。
工字钢跨中承受轮宽60cm的均布线荷载作用，
其均布线荷载q=10000/60=166.7Kg/cm
其受力图示如下：

采用求解器求得的弯矩图如下：

此时跨中最大弯矩Mmax=665790Kgf·cm
I30工字钢σmax==665790/472.3=1410Kg/cm2=141Mpa，小于145MPa，I30分布梁的抗弯能力满足规范要求。
（2）、I30最大挠度计算
采用清华大学求解器求得的最大挠度如下：

最大挠度值仅为0.3cm＜[Δ]=L/400=350/400=0.9cm，能够满足规范要求。
4、 桥面[18b槽钢受力计算
（1）、[18b槽钢抗弯能力计算
罐车有两个后轴，每个后轴重20t，由于每侧分布宽度为60cm，可以考虑作用在3片[18槽钢上面，在槽钢上的分布宽度(即轮压顺桥向长度)取为20cm，其分布线荷载q=10000/3/20=166.7Kg/cm。
由于I30间距为60cm，也就是说[18b槽钢支点间距为60cm，当罐车的两个后轴单侧分别作用在两跨[18b跨中时，[18b受力最为不利。
其计算简图如下：

采用清华大学结构力学求解器求得该梁的弯矩图如下：

跨中弯矩最大Mmax=35780Kg·cm
[18槽钢开口朝下，由于其对Y轴的界面抵抗矩上下不一样，开口侧的抵抗矩比腹板端要小很多，图中弯矩也是下口的数值大，所以只计算开口侧的应力即可。
其开口侧截面抵抗矩W=21.5cm3
所以横梁的最大应力
σmax==35780/21.5=1664Kg/cm2=166.4＞[σ]=145Mpa
由于便桥属于临时结构，其最大容许应力可乘以1.3倍的系数，145*1.3=188.5MPa＞166.4，所以[18b槽钢应力能满足要求。
2）、[18b槽钢挠度计算
采用清华大学结构力学求解器求得该梁的最大挠度如下：

最大挠度值等于0.02cm＜[Δ]=L/400=60/400=0.15cm
所以[18b槽钢刚度能够满足规范要求。

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