栈桥、平台计算书

绍诸高速公路上虞互通至九六丘连接线工程

计 算 书

宁波交通工程建设集团有限公司 绍诸高速公路上虞互通至九六丘连接线工程

第一合同段项目经理部 2011年9月22日

目 录

1、计算依据............................................................................................... 1 2、设计荷载............................................................................................... 1 3、贝雷栈桥受力计算 .............................................................................. 2 4、钢围堰受力计算 ................................................................................ 11

计 算 书

1、计算依据

①《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） ②《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） ③《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86） ④《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-2008） ⑤《装配式公路钢桥多用途使用手册》 2、设计荷载

①8m3混凝土罐车（满载）

8m3混凝土罐车示意图（前轮轴距不超过1.8m，后轮轴距不超过2.5m），车轮着地尺寸：0.6m×0.2m（宽×长）,满载时自重40t。

罐车力学模型

②50t履带吊车吊重通行

自重50t，吊重10t，履带长4.5m，宽75cm。 ③容许应力

容许应力按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86第

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1.2.10条乘以提高系数1.3：

A3钢：弯曲应力[δ]=145×1.3=188.5MPa 剪应力[τ]=85×1.3=110.5MPa 3、贝雷栈桥受力计算

3.1桥面钢板计算

由于本项目桥面系10mm钢板与20号工字钢焊接成框架结构，其结构可靠稳定，在此不再对桥面钢板进行验算。

3.2 20#工字钢分配梁计算

3.2.1 8m3混凝土罐车（满载）对工字钢内力

贝雷片净间距最大为1.35m，偏安全考虑按跨径1.6m简支梁计算

罐车作用下工字钢力学模型

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20a型工字钢：Ix?2370cm4 W?237cm3 Ix/Sx?17.cm

冲击系数：1???1.3

钢板对工字钢施加荷载：q1?0.4?0.01?1?7.85?10?1?0.314kN/m 工字钢自重：q2?0.279kN/m 恒载q恒?q1?q2?0.593kN/m

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罐车轮压：P??1???P0/2?1.3?170/2?110.5kN 最大剪力：Q?q恒l?P0.593?1.6?110.5??55.7kN 22q恒l2Pl0.593?1.352110.5?1.35最大弯矩：Mmax?M恒?M活? ???8484 =37.4kNm 强度验算：

Mmax37.4?103??158MPa＜????188.5MPa 最大应力：??-6W237?10QSx55.7?103最大剪应力：????46.3MPa ?2?3Ixd17.2?10?7?10 ＜????110.5 MPa 刚度验算：

最大挠度：

5q恒l4Pl35?0.593?103?1.354110.5?103?1.353f?f恒?f活????384EI48EI384?205?109?2370?10-848?205?109?2370?10-8 =1.2mm＜?f??l?2.25mm 6003.2.2 50t履带吊车对工字钢内力 冲击系数取1.3

单侧履带对工字钢荷载：

q活??1???q吊?1.3?600?0.5?57.8kN/m

2?4.5?0.75 3

吊车作用下工字钢受力模型

最大弯矩：Mmax?11kNm＜44.4kNm 最大反力：Q?22kN＜55.7kN

由于吊车对工字钢最大弯矩和最大反力均小于混凝土罐车作用下的最大弯矩和最大反力，故强度和刚度满足要求，不需在重复检算。 3.3 贝雷梁计算

3.3.1 8m3混凝土罐车（满载）对贝雷梁内力

冲击系数偏安全考虑，按照《公路桥涵设计通用规范》JTG

D60-2004 取冲击系数1???1.45

横向分配系数：k??e0?12e0 B06?2.511.75?1.75 k???0.8 226偏载系数：??1.2

钢板自重：q1?6.0?0.01?1?7.85?10?1?4.71kN/m 跨径12m内按25跟20a型工字钢进行计算； 等效为均布荷载q2?25?6.0?0.279?12?3.49kN/m 贝雷梁自重：q3?8.1kN/m 恒载：q恒?q1?q2?q3?16.3kN/m

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恒载作用下贝雷梁力学模型

罐车作用下贝雷梁最不利荷载力学模型

考虑冲击系数、横向分配系数、偏载系数后，罐车作用下贝雷梁受力计算结果如下：

弯矩图

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剪力图

恒载+活载作用下

贝雷梁最大弯矩：Mmax?1631kNm 贝雷梁最大反力：Qmax?376kN

查阅《装配式公路钢桥多用途使用手册》，321贝雷梁桁架容许应力表：

单排层：容许弯矩?M??788.2kNm，容许剪力：?Q??245.5kN 本便桥采用6组单排层贝雷桁架

最大容许弯矩：6×788.2=4729.2kNm＞1631kNm 最大容许剪力：6×245.5=1473kN＞376kN 3.3.2 50t履带吊对贝雷梁内力 冲击系数取1.3

吊车作用下贝雷梁受力模型

荷载+活载计算结果如下：

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弯矩图

剪力图

最大容许弯矩：6×788.2=4729.2kNm＞1755kNm 最大容许剪力：6×245.5=1473kN＞397kN 3.4 双28b型工字钢下横梁计算

有3.3计算知履带吊作用时贝雷梁受力最大

28b工字钢钢自重：q4?0.479kN/m I=7480 cm4 W=534.291cm3 恒载：q恒?16.3?12?6?2?0.479?33.56kN/m

恒载作用下28b工字钢受力模型

设6片贝雷梁受力均衡（实际有偏差），冲击系数偏安全1.4，则

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吊车作用下每片贝雷受力，1.4×600/6=140kN

计算结果如下

弯矩图

剪力图

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反力图

最大弯矩：Mmax?327.5kNm 最大反力：Qmax?335.5kN

Mmax327.5?103??306.5MPa＞188.5MPa 最大应力：??-62W2?534.29?10最大剪应力：

QSx355.5?103????70MPa＜110.5MPa ?2?32Ixd2?24.24?10?10.5?103.5 钢管桩计算 3.5.1刚管桩承载力计算

由3.4计算反力图知，最大反力为520.7kN 钢管桩取30米计算，自重37kN 刚性墩钢管桩最大承受荷载

Qmax?520.7?2?37=297.35kN

24#墩地质情况

①亚砂土：底标高-16.95，桩周摩擦力为25kPa

②淤泥质亚粘土：底标高-21.25，桩周摩擦力为14kPa，地基承载力55 kPa

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安全系数取2

钢管桩入土，按达到标高-21.25为准计算 根据公式Quk=λsUΣqsikIi+λpqpkAp

（当hb/ds＜5时，λp=0.16 hb/dsλs，当hb/ds≥5，λp=0.8λs） 式中：qsik，qpk--桩的极限侧阻力和桩端极限阻力（kPa） U—桩身周长（m） Ii—土分层厚度（m） Ap--桩端面积（m2） λp--桩端闭口效应

Ii--桩端进入持力层厚度（m） hb --钢管桩外径（m） λs--侧阻挤土系数

Q=3.1415×0.63×（25×13.3+14×4.3）+0.8×55×0.01562 =778kN＞Pmax=297.35×2=594.7kN 满足要求

3.5.2 刚管桩稳定性验算

根据《建筑桩基础技术规范》，单桩稳定长度：

Lp?1.0?I0?h? 式中：I0——地面以上桩长 h——地面以下桩长 取长17m的钢管桩进行验算 钢管桩壁厚8mm,外径630mm

I?

??D4?d4?3.14??0.634?0.6142?64?6410

?7.56?10?4m

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单桩屈曲临界荷载：

Pcr??2EIL2p3.142?2.05?1011?7.56?10?4??1697kN＞297.35kN 230由以上计算可以看出钢管桩满足稳定性要求。 3.5.3 强度计算 截面面积：A???D2?d2?3.14??0.632?0.6142?4?4?0.01562m

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Q297.35?103?19.1MPa＜188.5MPa 最大应力：???A0.01562满足要求 4、钢围堰受力计算 4.1方案说明

根据实际开挖深度最大的是24#墩，并且该墩水深最深，选受力最不利的24#墩进行钢板桩支护的受力验算。24#墩承台尺寸为32×6.5×2.5m，围堰平面尺寸为36×10.2m。

1、计算中根据实际情况取施工最高水位+4.4m。

2、钢板桩顶标高：+5.0m,承台设计顶标高：-1.2m，底标高：-3.7m。

3、水位情况：项目部从进场后对曹娥江水位进行观测，常水位为3.8m，目前最高水位为4.4m，钢板桩标高为5.0m。

4、Ⅵ型拉森钢板桩每根长度为18m，技术参数为：截面尺寸宽度＝600mm；每延米重量108Kg；截面矩W＝3246cm3，允许弯曲应力为［σ］=180Mpa，允许剪应力为［τ］=160Mpa。

5、土质：-16.95m以上为亚砂土，-21.25～-16.95为淤泥质亚

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粘土，钢板桩底标高为-13m。

6、共设两道围檩支撑，分别位于+2.5m，-0.4m。 围堰布置图如下：

4.2防突涌计算

本地土层为亚砂土、淤泥质亚粘土，如图所示基坑内抽水后水头差为h＇，由此引起的水渗流，其最短流程为紧靠板桩的h1+h2，故在此过程中，水对土粒渗透的力是垂直向上的。现近似地以此流程的渗流来验算突涌问题，要求垂直向上的渗透力不超过土在水中的密度，故安全条件如下式所示： Ksiρw=Ksh＇/(h1+h2)×ρw≤ρb 式中：Ks---安全系数； i----水力梯度；

ρw、ρb---分别为水的容重及土在水中的浮容重 取ρb/ρw=0.8;

土层分布第一层为亚砂土，该土层底标高为-16.95m，第二层为

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淤泥质亚粘土，该土层底标高为-21.25m，其中h＇=8.1m，h1=9.3m,h2=9.3m,G=2.621g/cm3,安全系数取1.3

Ksi =1.3×8.1/（9.3+9.3）=0.57≤0.8 故满足要求。

4.3钢板桩计算

钢板桩顶标高+5.0m，入土深度9.3m，设置两道支撑，各道支撑的中心标高分别为+2.5m、-0.4m，计算水位为+4.4m。

根据钢板桩承受土压力，截取河床底（-3.7m）到顶板段，则河床底面所受水压力为：

P=9.3×6.2=57.7Kpa

不考虑钢板桩的自重，把钢板桩当作一个均匀介质的钢梁，其E和I相等。这样，钢板桩受力就是一根均质不等跨度的连续钢梁。把钢板桩上部两道支撑点作为简支点，而河床底部作为固定端计算，则为二次超静定的结构体系。

采用“清华力学求解器”建模求解

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受力计算简图

弯矩图

剪力图

Mmax=44.99MPa Vmax=78.05KN

σ=M/W=44.99×106/3246×103=13.8MPa<［σ］=180 MPa τ=V/A=78.05×1000/23620=3.30 MPa<［τ］=160 MPa 故：从以上验算结果来看，均满足要求。

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受力计算简图

弯矩图

剪力图

Mmax=44.99MPa Vmax=78.05KN

σ=M/W=44.99×106/3246×103=13.8MPa<［σ］=180 MPa τ=V/A=78.05×1000/23620=3.30 MPa<［τ］=160 MPa 故：从以上验算结果来看，均满足要求。

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