大旺大橋AB兩座擴建橋棧橋及水中平臺設計計算書二0一0年九月大旺橋棧橋及水中平臺設計方案及計算書一、鋼棧橋及水中平臺設計概述根據施工需要,由大橋東西側兩岸分別需搭設四座鋼棧橋,橋寬設計為6m，跨度5.7m，總長大約200m。棧橋橋墩采用φ529×8mm螺旋焊鋼管，設計為單排雙柱式，兩柱中心距為4.5m。鋼管打入持力層中，承載力不小于60t。鋼管頂部開口設一道主梁，采用2I32b，將兩根鋼管樁橫向之間用槽鋼剪力撐連接起來。其上均勻布設縱向次梁，采用I32b，間距50cm。上部鋪設10mm厚鋼板形成橋面。為保證平安，橋兩側設置欄桿，縱向通長布置〔在平臺處開口〕。鋼棧橋按通行55t重車荷載進行設計驗算。大旺橋擴建AB座水中墩位于河水中，需在上述墩位處搭設水中平臺作為樁基施工及下部結構施工時使用。每個墩位平臺尺寸共為16m*16m，并與便橋相連接。平臺根據使用功能分為兩個局部，一為樁基作業平臺，在樁基施工完畢后予以撤除，另一局部為輔助作業平臺，直到下部結構和墩身蓋梁全部施工完畢后再予以撤除。平臺樁也采用φ529×8mm螺旋焊鋼管，縱橫向布置間距為4.55m，沿縱橫橋向在樁頂布置2I32b作為主梁，其上按照50cm間距均勻布置次梁。其上鋪設10mm厚鋼板作為作業面。平臺上考慮上重車，按通行55t汽車荷載進行設計驗算。二、便橋及平臺各構件力學性能1、I32b工字鋼2、φ529×8mm鋼管上述型鋼及鋼管材料均采用Q235，彈性模量E=2.1×105MPa，其容許應力：對于臨時結構，容許應力可以乘以1.3的提高系數，即三、主要荷載取值1、選取550kN重車檢算，車輛荷載立面及平面尺寸見下列圖。前軸重力為30kN，中軸重力為2x120kN,后軸重力為2x140kN，軸距為3+1.4+7+1.4m，輪距1.8m，前輪著地寬度及長度為0.3x0.2m，中、后輪著地寬度及長度為0.6x0.2m。2、平臺上樁機工作時最大荷載為250kN，未超過上述重車荷載，因此仍以重車荷載對平臺進行驗算。四、鋼棧橋計算〔一〕、橋面鋼板考慮到車輪荷載作用面積較鋼板來說較小，且橋面板與其下的分配梁均焊接固定，可按四邊固定板進行計算，計算荷載按后輪荷載施加并按均布荷載布置。1、受力簡圖根據其受力情況,其受力簡圖如下：2、荷載分析后輪著地面積0.6x0.2m，其荷載為70kN。因鋼板自重荷載所占比例較小,計算時忽略不計。q=583.33kN/m2。鋼板所受汽車荷載=42.93kN；其中a=0.368，b=0.23、受力計算，那么：，查表得：計算鋼板中心處最大變形為：，查表得那么計算得=0.12mm。變形很小，不會影響行車。實際上橋面鋼板下縱向次梁I32b間距50cm，因后輪作用寬度為60cm，故不管車輪在哪個位置，車輪荷載都將將直接作用于工字鋼上，因鋼板剛度較小，故鋼板直接分配的荷載較小，也可以不用核算。〔二〕、縱向次梁I32b計算1、受力簡圖根據受力情況，偏于平安按簡支梁計算，其受力簡圖如下：2、荷載分析〔1〕、橋面鋼板及縱向次梁自重q1=1.2x〔0.392+0.577〕=1.16kN/m；〔2〕、汽車后輪單側輪載至少由2根工字鋼來承當，那么單根工字鋼所受汽車荷載P=1.2x35=42kN。3、受力計算經計算，最大彎矩值Mmax=35kN·m；最大剪力值Qmax=65.7kN。那么：均在容許應力范圍內，平安。經計算，跨中撓度很小，約1.5mm。〔三〕、橫向次梁2I32b1、受力簡圖根據受力情況，其受力簡圖如下：2、荷載分析〔1〕、上部結構自重q1=1.2x6.971=8.37kN/m；〔2〕、P值由縱向次梁I32按下列圖最不利布置時計算，就是其中支點反力。經計算可得中支點反力為130kN3、受力計算經計算，最大彎矩值Mmax=203kN·m；最大剪力值Qmax=223kN。那么：均在容許應力范圍內，平安。經計算，跨中撓度很小，不到1mm，可以忽略不計。〔四〕、鋼管樁受力計算當車輪在橋面上作用位置如下列圖時，單側鋼管樁的受力將是最大的。計算結構是A支點分擔總荷載的73%，B支點分擔總荷載的27%。參照前面的計算圖示，單側鋼管樁最大受力為：(1.2x520x0.73x0.838+10.5x12)=508kN。上式中0.838為縱向布載時的承當系數。下面對鋼管樁的核算將統一按單樁荷載P=600kN進行。鋼棧橋鋼管樁采用φ529x8mm螺旋焊管。分兩種情況進行檢算：〔1〕、最大荷載時，同時考慮施工偏心的影響鋼棧橋鋼管樁頂標高按+52.0m，鋼管樁按入土2m處為嵌固端，河床面標高按+38.7m計算，偏于保守，不考慮連接撐的影響。那么鋼管樁計算長度l0==15.3m，其長細比1530/18.42=83，查表得=0.667，考慮施工因素，取平安系數K=2，那么單根鋼管樁的允許承載力為：/K=0.667×130.88×102×182/1000/2=794kN[P]>P,說明鋼管本身的強度滿足要求。在鋼管樁打設中，要求采用60kW以上的震動錘打設，其承載力不小于600kN。因鋼棧橋設計為排樁形式，同一排只有兩根樁，那么樁頂橫梁與鋼管樁的偏心理論上可消除。〔2〕、驗算洪水對鋼管樁的影響取順水流方向一排鋼架進行計算，其受力簡圖如下所示：圖中集中荷載為鋼管柱所受豎向力，因洪水期間鋼棧橋不通行，故P僅取自重，P=150kN。水流沖擊力按下述公式進行計算：K為形狀系數，取為0.8。A為阻水面積,A=15x0.529=7.935mg為重力加速度，g=9.81m/s2。v為水的流速，v=2m/s。流水壓力為三角形分布，其荷載集度=0，=1.73kN/m，流水壓力F的作用點為設計水位線以下0.3倍水深處。經計算，鋼管樁受力情況為：Nmax=207.7kN，Qmax=50kN，Mmax=122.7kN·m。其中軸力最大值和彎矩最大值發生在同一根鋼管樁上，據此驗算：=23.8+73=97MPa<182MPa，滿足要求。五、水中鋼平臺計算〔一〕、平臺面鋼板平臺鋼板采用10mm厚鋼板，板下平臺次梁布置間距50cm，與棧橋同，但重車行駛方向不同。鋼板也同樣按雙向固定板進行計算。1、受力簡圖根據其受力情況,其受力簡圖如下：2、荷載分析后輪著地面積0.6x0.2m，其荷載為70kN。因鋼板自重荷載所占比例較小,計算時忽略不計。汽車荷載=70kN；其中a=0.6，b=0.384q=303.82kN/m2。3、受力計算，那么：，查表得：計算鋼板中心處最大變形為：，查表得那么計算得=0.8mm。變形很小，不會影響行車。〔二〕、次梁I32b計算1、受力簡圖平臺次梁跨度為4.5m，以車輪橫跨度方向按簡支梁進行檢算。〔1〕車輪橫跨度方向時，彎矩最大時的受力簡圖：〔2〕剪力最大時受力簡圖2、荷載分析〔1〕、橋面板及橫梁自重q1=1.2x〔0.785x0.5+0.577〕=1.16kN/m；〔2〕、后輪4個輪載可由4根工字鋼承當，那么上述圖示汽車荷載由2根工字鋼來承當，那么單根工字鋼承當的荷載為：P=1.2x70/2=42kN。3、受力計算按上述〔1〕圖，當車輪荷載距支座A點距離為1.1m時，其彎矩最大，計算最大彎矩值Mmax=74.2kN·m。按上述〔2〕圖計算最大剪力值Qmax=72kN。那么：均在容許應力范圍內，平安。經計算，跨中撓度f=1mm。〔三〕、主梁2I32b計算1、受力簡圖根據受力情況，偏于平安，按簡支梁計算，〔1〕彎矩最大時受力簡圖如下：〔2〕剪力最大時受力簡圖如下：2、荷載分析〔1〕、平臺鋼板、次梁、主梁自重q1=1.2x〔5.77+3.925+1.731〕=13.7kN/m；〔2〕、汽車荷載：P=1.2x280/2.0=168kN/m。3、受力計算經計算，其