1、汾河特大橋棧橋設計計算書汾河特大橋棧橋設計計算書 二一五年七月汾河特大橋棧橋設計計算書 1目目 錄錄一、一、 概述概述.2二、二、 計算依據計算依據.3三、三、 結構設計參數結構設計參數.3四、四、 荷載及組合荷載及組合.3五、五、 上部結構計算上部結構計算.5六、六、 下部結構計算下部結構計算.17七、七、 結論結論.19汾河特大橋棧橋設計計算書 2一、一、 概述概述汾河特大橋棧橋全長 100.2m（含兩側臺后搭板過渡段長度） ，縱橋向按 9m 跨徑連續梁設計，采用 5 孔一聯，聯與聯之間設置雙排制動墩，其余部位設置單排非制動墩，兩岸設置鋼管樁輕型橋臺。主梁由 7 榀貝雷片組拼，貝雷片間設置

2、豎向支撐架和水平支撐架，以增強上部結構的整體穩定性。橋面系為 6mm 花紋鋼板與間距282mm 的 I16b 型鋼組成。墩頂分配梁：非制動墩的墩頂分配梁為一層，采用 2I45b 型鋼制作；制動墩分配梁設置為兩層，均為 2I45b 型鋼。樁基礎：采用 6308mm 鋼管，鋼管樁長均為 28.0m。制動墩采用雙排樁，每排 2 根，縱橋向間距為 2.0m，橫橋向間距為 3.44m，設置于聯間交界處；非制動墩采用單排樁，每排 2 根，橫橋向間距為 3.44m。為保證墩樁穩定性，樁間設置聯結系。橋臺：橋臺為鋼管樁輕型橋臺，橋臺臺前和臺后需填土放坡。路堤修筑必須滿足相應規范要求。 棧橋設計控制荷載為 XR

3、360 履帶式鉆機在棧橋上走行、規范 55t 標準車輛，且各工況下單跨僅布置一臺車輛荷載。棧橋布置詳見圖 1圖 2。圖 1-1 棧橋立面布置圖汾河特大橋棧橋設計計算書 3圖 2 橫斷面布置圖二、二、 計算依據計算依據1、汾河特大橋設計文件及地質資料。2、 鋼結構設計規范 （GB50017-2003） ；3、 鐵路橋涵設計基本規范 （TB10002.1-2005 J460-2005） ；4、 鐵路橋涵地基和基礎設計規范 （TB10002.5-2005 J464-2005） ；5、 公路橋涵設計通用規范 ；6、 裝配式鋼橋多用途適用手冊 。 三、三、 結構設計參數結構設計參數3.1 跨徑：棧橋主跨

4、為 9m，采用 5 孔一聯，共計 2 聯。3.2 橋寬：棧橋橋面凈寬為 6.4m，按單向行車道設計；3.3 棧橋高程：主梁梁底高程為+416.334m,棧橋頂面高程+ 418.00 m。3.4 設計車速：XR360 履帶式鉆機走行速度 1.5km/h，汽車走行速度 15km/h；履帶吊機等施工機械車速為 5km/h。四、四、 荷載及組合荷載及組合4.1 車輛荷載（1）XR360 履帶式鉆機根據 XR360 履帶式鉆機技術規格說明書，其工作總重量 920kN，運輸重量汾河特大橋棧橋設計計算書 4740kN，履帶寬度 800mm，長度 5484mm，共 2 條履帶，工作狀態的時平均接地壓強為 10

5、4.9kPa，運輸狀態時的平均接地壓強為 84.3kPa。XR360 履帶式鉆機在棧橋上只走行，橋橋計算時不考慮鉆具重時，按運輸重量考慮，即：接地壓強取 84.3kPa。（2）規范 55t 標準車輛在同一跨度范圍內不得同時有兩輛車輛通行，即兩車間距不得小于 12m。55t 標準車輛主要技術指標表 表 1一輛汽車總重力前軸重力中軸重力后軸重力軸距(m)輪距(m)前輪著地寬度及長度(m)中、后輪著地寬度及長度(m)車輛外形尺寸(m)550kN30 kN2120 kN2140 kN3+1.4+7+1.41.80.30.20.60.2152.5圖 4.1 55t 標準車輛平立面尺寸圖（單位：m）4.2

6、 其他荷載1)水流力：三百年一遇設計流量 4260m/s，設計水位 419.31m。設計未給流速，暫按 1.5m/s 計。水流力主要作用于鋼管樁上，則單根鋼管樁水流力為：，作用于水面以下 1.0m 處。20.73 0.8 3.07 10 1.5 / 2/102.0FkN2)風載：由于設計未給風速資料，棧橋按 6 級風進行設計，對應風速為汾河特大橋棧橋設計計算書 513.8m/s；風荷載按公路橋涵設計通用規范進行計算，013whdwhFK K K W A其中：（按施工架設期間取值） ；00.75K （桁架風載系數） ；11KK0. 45 1. 2=0. 54 （按一般地區條件選取） ；31.0K

7、 （按 A 類地表，離地面或水面 5m 高度計） ；21.08K （按 A 類取陣風風速系數） ；51.38K 22ddrVWg0.00010.00050.0120170.0120170.01201Zree2501.08 1.38 13.8/20.57/dVK K Vm sm s求得: 2220.01201 (20.57)0.26(/)22 9.81ddrVWkN mg單片貝雷片迎風面積為；20.40.4 1.7 3.02.04whAAm風載為：；0130.75 0.54 1.0 0.26 2.040.21()whdwhFK K K W AkN等效為上、下弦桿線荷載為：。10.21 320.0

8、35/ qkN m4.3 工況組合棧橋計算主要考慮鉆機走行荷載、車輛荷載、履帶吊機荷載、6 級風荷載和水流力；由于 50t 履帶吊機走行時接地壓強小于 XR360 履帶鉆機走行時的壓強，故履帶吊空載走行工況不予計算。荷載組合如下表 2：棧橋各狀態下的施工工況 表 2荷載組合工況恒載基本可變荷載其他可變載1結構自重XR360履帶鉆機水流力+6 級風力2結構自重規范 55t 標準車輛水流力+6 級風力汾河特大橋棧橋設計計算書 6五、五、 上部結構計算上部結構計算5.1 工況 1：XR360 履帶鉆機+水流力+6 風荷載考慮履帶鉆機荷載作用于邊跨跨中、非制動墩頂且位于棧橋中心線上、非制動墩段且位于棧

9、橋一側，分別驗算貝梁弦桿、豎件及分配梁、豎桿和樁基礎受力。采用 Midas/civil 軟件，建立一聯棧橋的的空間計算模型，計算模型如下圖所示： 圖 5-1 棧橋計算模型5.1.1 貝雷梁計算經計算，貝雷梁弦桿受力如下圖所示：圖 5-2 鉆機在跨中（單位：kN）汾河特大橋棧橋設計計算書 7圖 5-3 鉆機在墩頂一側（單位：kN）圖 5-4 鉆機在墩頂中央（單位：kN）在工況一作用下，貝雷梁弦桿最大軸力為 131.14kN，小于容許值 560kN，滿足要求。經計算，貝雷梁豎桿受力如下圖所示：汾河特大橋棧橋設計計算書 8圖 5-5 鉆機在跨中（單位：kN）圖 5-6 鉆機在墩頂一側（單位：kN）汾

10、河特大橋棧橋設計計算書 9圖 5-7 鉆機在墩頂中央（單位：kN）在工況一作用下，貝雷梁豎桿最大軸力為 114.4kN，小于容許值 210kN，滿足要求。經計算，貝雷梁斜桿受力如下圖所示：圖 5-8 鉆機在跨中（單位：kN）圖 5-9 鉆機在墩頂一側（單位：kN）汾河特大橋棧橋設計計算書 10圖 5-10 鉆機在墩頂中央（單位：kN）在工況一作用下，貝雷梁斜桿最大軸力為 80.83kN，小于容許值 171.5kN，滿足要求。5.1.2 分配梁計算（1）分配梁 F1經模型計算，分配梁 F1 最大彎矩為 151.24kNm，最大剪力為 373.18kN，最大支座反力為 563.0kN。彎曲正應力為

11、：滿足要求。 ,1404 .5030044441024.1516MPaMPa 剪應力為：滿足要求。 ,859 .365 .1332798458628647701018.3733MPaMPa （2）分配梁 F2分配梁 F2 跨度 2.0m，按簡支梁進行計算，其荷載為分配梁 F1 的支反力。則有：跨中彎矩為： 。5 .28145632 mkNM剪力為 281.5kN。則彎曲正應力為：，滿足要求。 MPaMPa1407 .933004444105 .2816汾河特大橋棧橋設計計算書 11剪應力為： ，滿足要求。MPaMPa858 .275 .133279845862864770105 .2813（3

12、）分配梁 F3分配梁 F3 內力與分配梁 F1 相同，最大彎矩為 151.24kNm，最大剪力為373.18kN，最大支座反力為 563.0kN。彎曲正應力為：滿足要求。 ,1408 .10015022221024.1516MPaMPa 剪應力為：滿足要求。 ,858 .735 .133279845868647701018.3733MPaMPa 5.1.3 橋面分配梁經計算，當鉆機在跨中時，橋面分配梁應力最大，為 35.2MPa，應力分布如下圖：圖 5-11 橋面分配梁應力圖（單位：kN）5.1.4 主梁撓度在工況一作用下，當鉆機在墩頂一側時，貝雷梁最大豎向位移為-6.39mm；汾河特大橋棧橋

13、設計計算書 12圖 5-12 主梁位移圖（單位：mm）貝雷梁非彈性撓度為：；23.556 (31)3.68mfmm跨中最大撓度為：，滿足要求。 ,5 .22400/900099. 96 . 339. 6mmmmf5.2 工況 2：規范 55t 標準車輛+水流力+6 級風荷載規范 55t 標準車輛：同方向行駛時，兩車凈距不小于 12m。考慮重載汽車布置時的最不利工況，55t 標準車輛縱橋向間隔布置于橋棧跨中，橫橋向按偏載于棧橋一側和沿棧橋中線布置。55t 標準車輛軸壓為：前軸： 中軸： ,/5002 . 03 . 03021mkNP,/10002 . 06 . 012022mkNP后軸： 。 2

14、3/67.11662 . 06 . 0140mkNP采用 Midas/civil 軟件，建立 1 聯棧橋空間計算模型，計算模型如下圖所示：汾河特大橋棧橋設計計算書 13 圖 5-13 55t 標準車輛在跨中計算模型5.2.1 貝雷梁計算經計算，貝雷梁弦桿受力如下圖所示：圖 5-14 55t 標準車輛在棧橋中心（單位：kN）汾河特大橋棧橋設計計算書 14圖 5-15 55t 標準車輛在一側（單位：kN）在工況二作用下，貝雷梁弦桿最大軸力為 230.84kN，小于容許值 560kN，滿足要求。經計算，貝雷梁豎桿受力如下圖所示：圖 5-16 55t 標準車輛在棧橋中心（單位：kN）汾河特大橋棧橋設計

15、計算書 15圖 5-17 55t 標準車輛在一側（單位：kN）在工況二作用下，貝雷梁豎桿最大軸力為 121.92kN，小于容許值 210kN，滿足要求。經計算，貝雷梁斜桿受力如下圖所示：圖 5-18 55t 標準車輛在棧橋中心（單位：kN）汾河特大橋棧橋設計計算書 16圖 5-19 55t 標準車輛在一側（單位：kN）在工況二作用下，貝雷梁斜桿最大軸力為 145.36kN，小于容許值 171.5kN，滿足要求。5.2.2 分配梁計算（1）分配梁 F1經模型計算，分配梁 F1 最大彎矩為 202.11kNm，最大剪力為 442.1kN，最大支座反力為 711.7kN。彎曲正應力為：滿足要求。 ,

16、1404 .6730044441011.2026MPaMPa 剪應力為：滿足要求。 ,857 .435 .133279845862864770101 .4423MPaMPa （2）分配梁 F2分配梁 F2 跨度 2.0m，按簡支梁進行計算，其荷載為分配梁 F1 的支反力。則有：跨中彎矩為： 。85.35547 .7112 mkNM剪力為 355.85kN。則彎曲正應力為：，滿足要求。 MPaMPa1405 .11830044441085.3556剪應力為： ，滿足要求。MPaMPa852 .355 .1332798458628647701085.3553汾河特大橋棧橋設計計算書 17（3）分配

17、梁 F3分配梁 F3 內力與分配梁 F1 相同，最大彎矩為 202.11kNm，最大剪力為442.1kN，最大支座反力為 711.7kN。彎曲正應力為：滿足要求。 ,1408 .13415022221011.2026MPaMPa 剪應力為：滿足要求。 ,25.8905. 1854 .875 .13327984586864770101 .4423MPaMPa5.2.3 橋面分配梁經計算，當車輛在墩頂一側時，橋面分配梁最大，應力為 83.62MPa，應力分布如下圖：圖 5-20 橋面分配梁應力圖（單位：kN）5.2.4 主梁撓度在工況二作用下，棧橋跨中最大豎向位移為-10.53mm；貝雷梁非彈性撓

18、度為：；23.556 (31)3.68mfmm跨中最大撓度為：，滿足要求。 ,5 .22400/900013.146 . 353.10mmmmf汾河特大橋棧橋設計計算書 18六、六、 下部結構計算下部結構計算與制動墩相比，非制動墩鋼管樁受力更不利，故以下僅計算非制動墩，在各工況作用下，非制動墩最不利受力如下所示：圖 6-1 軸力圖（單位：kN）圖 6-2 彎矩圖（單位：kN.m）汾河特大橋棧橋設計計算書 19圖 6-3 反力圖（單位：kN）6.1 鋼管樁穩定計算鋼管樁采用 6308mm 鋼管，由計算可知，最大軸力為 711.7kN，彎矩為32.31kN.m。計算長度為 4500mm，則有：長細比為：； 5 .202194500穩定折減系數為：。979. 0，均取 1.0，686816405 .201 . 1156321006. 214. 3252ExN,xmx.1401 .5958.1351.4568681640107 .7118 . 0124003920 . 11031.320 . 115632979. 0107 .7