蒿子港澧水河钢栈桥设计计算书
一. 工程概况
岳常高速TJ-22合同段为独立特大桥标段,合同工程为蒿子港澧水特大桥。蒿子港澧水特大桥是岳阳至常德高速公路跨越澧水的一座特大桥,大桥总长2712.08m。具体桥型布置自岳阳至常德岸为14×25m预应力先简支后连续小箱梁+43+66+40m预应力悬浇连续箱梁+37×40m预应力先简支后连续小箱梁+66+3×106+66m预应力悬浇连续箱梁+11×25m预应力先简支后连续小箱梁。
为方便施工,经项目经理部研究决定,在66+106×3+66m预应力悬浇连续箱梁段修建一座施工栈桥。
二. 结构设计
钢栈桥采用型钢组合的结构形式,标准跨径9m。钢栈桥采用630×8mm钢管桩作为基础,钢栈桥横桥向中心间距281cm,在钢管桩上面设置双肢I36a型钢作为承重梁,并设置牛腿与钢管桩连接。承重梁上面设置I45a型钢作为第一层分配梁,上面铺设[20a型钢作为第二层分配梁,中心距为25cm,形成栈桥。栈桥两侧设置φ48mm钢管作为防护栏。
三. 计算过程中采用的部分参数 1. Q2353钢材的允许应力[σ]=180Mpa 2. Q2353钢材的允许剪应[τ]=110 Mpa 3. 16MN钢材的允许应力[σ]=237 Mpa 4. 16MN钢材的允许剪应力[τ]=104 Mpa 5. 16MN钢材的弹性模量E=2.1×105Mpa 四. 设计技术参数及相关荷载大小选定
1. 根据实际施工情况,栈桥通过最重车辆为10m3砼罐车和50T履带吊,则计算荷载为50T履带吊及砼罐车。取最大荷载50T履带吊,自重约为50T,其计算工况为最重荷载在栈桥上行驶时对栈桥的影响,考虑可能出现的履带吊停留在栈桥上吊装作业时的情况,吊重按20T考虑,则考虑1.15的冲击系数最后取80.5T进行验算。
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2. 结构自重按实际重计入。 3. 流水压力
施工区域流水较缓,流速取2.0m/s。根据《公路桥涵设计通用规范》,则流水压力为:Fw=Kaλv2/2g=0.8×0.63×10×22/2×9.81=1.03KN/m。
即钢管桩在水中自由段承受1.03KN/m的水流压力。 4. 风荷载 不考虑风荷载。 5. 河道地质情况
根据施工图纸及实际勘测,河道地质情况如下表所示:
河道地质情况一览表
编号 1 2 3 土层名称 淤泥质粉质粘土 粘土 淤泥质粉质粘土 厚度(m) 10.0 2.7 9.3 极限摩阻力(Kpa) 10 45 10 五. 栈桥结构设计与验算 1. 钢管桩计算
采用φ630×8mm钢管桩作为基础,考虑不利情况即50T履带吊作业时,荷载由两根管桩承担,则单根钢管桩承受P=80.5×9.81÷2=394.9KN。
钢管桩回转半径i=(D2+d2)0.5÷4=(6302+6142)0.5÷4=220mm 钢管桩的长度l0=27m
钢管桩的截面面积Am=15632mm2 长细比:λ=l0/i=27000/220=123 查附表,稳定系数ψ=0.421
φ630×8mm钢管桩的容许压力:
[N]=ψ×Am×[σ]=0.421×15632×180=1185KN>394.9KN 满足要求 φ630×8mm钢管桩的容许压承载力:
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[P]=1/1.55UΣαiliτi
=1÷1.55×0.98×(10×10+2.7×45+9.3×10)
=404.6KN>394.9KN
其中:[P]──端桩受压容许承载力,KN
U──桩的周长,本桩U=ΠD=3.14×0.63=1.98m li──桩尖入土各土层厚度, τi──各土层与桩壁的极限摩阻力
αi──振动沉桩对各土层的影响系数,查表知本桩αi=1.0 钢管桩承载力满足要求。 2. 承重梁设计
承重梁采用双肢I36a工字钢,取承重梁最大跨径281cm计算,取最不利荷载即由2根承重梁承受履带吊重量,则单根受力如下:
最大弯距M=96.2 KN·m 最大剪力Q=394.9KN 取Q235钢的弯曲应力
[σW]=180Mpa [τ]=110 Mpa
最大弯曲正应力为Mmax=M/W=96.2×106/(0.877556×106)=109.6Mpa<[σW] 最大剪应力为τmax=Q/A=394.9×106/7644=51.6Mpa<[τ] 满足要求
3. 第一层分配梁设计
第一层分配梁采用I45a工字钢,间距0.7m,最大跨径900cm,取最不利荷载即在跨中由4根承重梁受履带吊重量,则单根受力如下:
弯距M=326.5 KN·m 剪力Q=98.7KN
最大弯曲正应力为Mmax=M/W=326.5×106/(2.342×106)=139.4Mpa<[σW] 最大剪应力为τmax=Q/A=98.7×106/10200=9.7Mpa<[τ] 4. 第二层分配梁设计
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第二层分配梁采用[20a槽钢,间距25cm,最大跨径cm,取最不利荷载即在跨中由10根承重梁承受履带吊重量,则单根受力如下:
弯距M=2.4KN·m 剪力Q=13.5KN
最大弯曲正应力为Mmax=M/W=2.4×106/(0.646425×106)=37.1Mpa<[σW] 最大剪应力为τmax=Q/A=13.5×106/2884=4.68Mpa<[τ] 满足要求。
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