特大橋D4合同段鋼棧橋設計計算書大綱

新造珠江特大橋d4合同段鋼棧橋

設計計算書

計算：

複核：

審核：

路橋華南工程有限公司

新造珠江特大橋d4合同段鋼棧橋設計計算書

第一章：工程簡介

一．工程概況

新造珠江特大橋為廣州新洲至化龍快速路上的控制性工程，全長1980m。其中引橋長1222m，斜拉主橋長758m，珠江大橋橋跨組合為6（341.3）m＋241.3m＋（64+140+350+140+64)m＋（248m+40）＋2（432.5）m。主線按雙向六車道，設計行車速度為80km/h；主橋橋寬31米，引橋標準橋寬28.5米；本工程總工期30個月。

主橋為主跨為350m的雙塔斜拉橋。22、23主墩以及21輔助墩為水中基礎，需搭設棧橋及平台進行施工。根據工程所處地區的地質環境條件，擬採用貝雷桁架在南、北兩岸搭設鋼棧橋。

二．結構設計

1、施工鋼棧橋

鋼棧橋採用貝雷加型鋼的組合結構形式，北岸鋼棧橋採用3+186+152m跨徑組合、南岸鋼棧橋採用18+152m跨徑組合。鋼棧橋採用φ6308mm的鋼管樁作為基礎，鋼管樁橫橋向中心距為400cm，在鋼管樁上面設置雙支i32型鋼作為承重樑，並設置牛腿與鋼管樁進行連接。貝雷為雙排單層加強，兩排貝雷之間採用45花架連接。二次分配樑採用i28a型鋼，i28a型鋼間距為100cm。i28二次分配樑上面設置[20a型鋼作為一次分配樑，中心距為23cm，形成棧橋。

二次分配樑i28a與貝雷之間採用直徑為φ16mm的騎馬螺栓進行連接固定。鋼棧橋的兩端設置φ48鋼管作為防護欄。鋼棧橋的佈置圖如下：

鋼棧橋斷面圖（單位：m）

2、鑽孔施工平台

鑽孔平台採用貝雷桁架作為主承重結構，[20型鋼作為一次分配結構、i28按照1m間距分佈作為二次分配結構，i32型鋼作為四周圈樑將荷載傳遞給鋼管樁基礎。鋼管樁採用直徑630mm、壁厚8mm螺旋鋼管，鋼管樁中心距6.4m。

二次分配樑i28a與貝雷之間採用直徑為φ16mm的騎馬螺栓進行連接固定。鋼棧橋的兩端設置φ48鋼管作為防護欄。鋼棧橋的佈置圖如下：

3、主墩碼頭

鑽孔平台採用貝雷桁架作為主承重結構，[20型鋼作為一次分配結構、i28按照1m間距分佈作為二次分配結構，i32型鋼作為四周圈樑將荷載傳遞給鋼管樁基礎。鋼管樁採用直徑630mm、壁厚8mm螺旋鋼管，鋼管樁中心距4m。

二次分配樑i28a與貝雷之間採用直徑為φ16mm的騎馬螺栓進行連接固定。鋼棧橋的兩端設置φ48鋼管作為防護欄。鋼棧橋的佈置圖如下：

第二章：結構設計計算各相關參數的確定

一．計算目的

為了使鋼棧橋、鑽孔施工平台及主墩碼頭在新造珠江特大橋施工的整個過程中能夠安全可靠地投入運用，需對鋼棧橋的各結構進行強度、剛度及穩定性等方面的計算與驗算。

二．參考資料

1、設計院及相關部門提供的該項目相關技術資料

2、《公路橋涵施工技術規範》（jtj041-）——人民交通出版社

3、《鋼結構設計手冊》（第二版）——中國建築工業出版社

4、《公路橋涵鋼結構及木結構設計規範》（jtj025－86）

5、《結構力學》——人民交通出版社

6、《路橋施工計算手冊》——人民交通出版社

7、《實用土木工程手冊》——人民交通出版社

8、《公路橋涵設計通用規範》——（jtg d60－）

三．計算過程中採用的部分參數

a3鋼材的允許應力：【σ】＝170mpa

a3鋼材的允許剪應力：【τ】＝85mpa

a3鋼材的彈性模量：e＝2.1105mpa

16mn鋼材的允許應力：【σ】＝210mpa

16mn鋼材的允許剪應力：【τ】＝120mpa

16mn鋼材的彈性模量：e＝2.1105mpa

四．設計技術參數及荷載的確定

1．上述結構設計計算荷載為50t履帶吊及砼罐車，50t履帶吊自重約為50t，其計算工況為最重荷載在棧橋上行駛時對棧橋的影響，考慮可能出現的履帶吊停留在棧橋上吊裝作業時的情況，吊重按20t考慮，則考慮1.1的衝擊係數最後取77t進行計算。

2．結構自重按實際重量計入或由計算軟件自動計入；

3．流水壓力

因新造珠江特大橋施工圖設計説明中未提供相關數據，出於安全考慮，施工區域流水設計流速300cm/s。根據《公路橋涵設計通用規範》，則流水壓力為：

fw=kaγv2/2g

其中：k—為形狀係數，圓形取0.8；

a—為阻水面積，取1m長度計算，則面積為0.82m2；

γ—為水的重力密度，取10kn/m3；

v—為設計水流速，1.4m/s；

g—為重力加速度，取9.81m/s2；

則：水流壓力fw=0.80.631032/29.81=2.212kn/m

即鋼管樁在水中的自由段承受2.212kn/m的水流壓力。

五．結構計算工況的確定

1．主橋施工棧橋

工況一：

鋼棧橋搭設施工時，50t履帶吊懸吊振樁錘打樁。此時由於前面的鋼管樁還在振打，50t履帶吊必需停留在懸臂跨上，此工況下主要考慮懸臂時對貝雷的受力大小及鋼管樁的承載力。計算荷載為履帶吊的自重、振樁錘重同時考慮一定的衝擊係數，最後荷載值取77t。

最大荷載組合為：恆載+活載+水流壓力

工況二：

鋼棧橋搭設好後，正常投入使用時，各種施工車輛在上面行駛或停留。在整個施工過程中，最大荷載有砼運輸車滿載時為30t左右，考慮衝擊係數取33t；履帶吊自重50t，吊重20t，考慮衝擊係數取77t。

最大荷載組合為：恆載+活載+水流壓力

2、主墩鑽孔施工平台：

主墩鑽孔施工平台結構搭設過程受力狀態與使用過程受力狀態基本一致，所以僅按照使用過程進行分析。

最大荷載有砼運輸車滿載時為30t左右，考慮衝擊係數取33t；履帶吊自重50t，吊重20t，考慮衝擊係數取77t。

3、主墩碼頭：

主墩鑽孔施工平台結構搭設過程受力狀態與使用過程受力狀態基本一致，所以僅按照使用過程進行分析。

最大荷載有砼運輸車滿載時為30t左右，考慮衝擊係數取33t；履帶吊自重50t，吊重20t，考慮衝擊係數取77t。

經過初步分析：主橋鋼棧橋、鑽孔施工平台、碼頭均按照履帶吊控制設計。

第三章：結構的設計計算及驗算

一、主棧橋結構設計與驗算:

1．工況一

在工況一里，主要考慮汽車吊的懸臂作用。單跨棧橋為18m，綜合考慮50t履帶吊的作業半徑，履帶吊的荷載佈置為從懸臂端的樁頂開始，荷載分佈為兩中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m，長度為5m。每條履帶的均布荷載大小為770÷2÷5=77kn/m，履帶吊在棧橋上居中佈置，履帶懸臂一半。其示意圖如下：

一次分配樑[20的計算：

根據荷載分佈情況以及履帶寬度，按最不利考慮，單條履帶荷載考慮由3條[20a型鋼承擔，其大小為77÷3=25.67kn/m,按5跨連續樑考慮，其計算結果如下：

由上圖計算結果可知，[20a承受的最大組合應力為σ=-108.05mpa＜【σ】＝170mpa。

由上圖計算結果可知，[20最大位移為f=0.66mm＜【f】＝l/400=2.5mm。

二次分配樑i28的計算：

根據一次分配樑[20的計算結果得知，在懸吊振樁的情況下，一次分配樑對二次分配兩產生的作用力最大為29.32kn，則施加在二次分配樑上的作用力按單邊最外側3個23cm等間距29.32kn大小（實際要略小）的作用力計算，則二次分配樑的計算結果如下：

由上圖計算結果可知，i28承受的最大組合應力為σ=87.04mpa＜【σ】＝170mpa。

由上圖計算結果可知，i28最大位移為f=2.4mm＜【f】＝l/200=5mm。

整體計算：

由於懸吊振樁錘施工時，履帶吊為居中佈置，棧橋的各結構都是等間距對稱佈置的，所以貝雷計算時可將各重量簡化為均布荷載進行計算。履帶吊的履帶長度為5m，則貝雷懸臂部分按2片貝雷6m考慮，每片貝雷加花架按300kg考慮，則施加在貝雷上的荷載為：

貝雷：3501/3=116.7kg/m

i28: 43.46561=260.79kg/m

[20: 22.632251=565.8kg/m

則施加在貝雷上的結構自重按均布荷載為9.44kn/m，單側雙排加強貝雷的均布荷載為2.36kn/m，施加的活載為單條履帶77kn/m，貝雷的計算結果如下：

由上圖計算結果可知，雙排加強貝雷承受的最大組合應力為σ=167.43mpa＜【σ】＝210mpa。

由上圖可知，雙排加強貝雷最大位移為f=4.98mm＜【f】＝l/400=45mm。

由上圖可知，鋼管樁最大反力為570.63kn。

鋼棧橋的整體穩定性計算：

由上圖計算結果可知，鋼棧橋第一階失穩係數為15.2。

結論：綜合上述結果可知，鋼棧橋在工況一荷載作用下，有足夠的剛度、強度、穩定性。結構安全可靠。

2．工況二

在工況二中，計算荷載取履帶吊的55t。由於在工況一中計算荷載也為55t，所以在工況二里不再進行一次分配樑和二次分配樑的單獨計算，而直接進行貝雷及棧橋的整體穩定計算。

整體計算：

由工況一的計算可得知貝雷上的結構自重荷載為11.8kn/m，單條履帶活載為77kn/m（荷載長度為5m），貝雷彎矩計算時活載佈置到跨中，剪力計算時佈置到支點處，貝雷取一聯4跨連續進行計算。計算結果如下：

由上圖可知，雙排加強貝雷最大組合應力為σ=195.08mpa＜【σ】＝210mpa。

由上圖計算結果可知，雙排加強貝雷最大變形撓度為f=27.39mm＜18000÷400=45mm。

由上圖計算結果可知，鋼管樁最大反力為f=541.33kn

鋼棧橋的整體穩定計算：

由上圖計算結果可知，鋼棧橋第一階失穩係數為10.61。

結論：綜合上述結果可知，鋼棧橋在工況二荷載作用下，有足夠的剛度、強度、穩定性，結構安全可靠。

二、主墩鑽孔施工平台：

1、一次分配樑[20的計算：

該分配樑計算結果與主棧橋的一次分配樑計算結果一致。

2、二次分配樑i28的計算：

該分配樑計算結果與主棧橋的一次分配樑計算結果一致。

3、整體計算：

由上圖可知，不加強貝雷最大組合應力為σ=263.35mpa＜1.3【σ】＝273mpa。

由上圖計算結果可知，不加強貝雷最大變形撓度為f=14.44mm＜10000÷400=25mm。

由上圖計算結果可知，鋼管樁最大反力為f=301.89kn

三、主墩碼頭計算：

1、一次分配樑[20的計算：

該分配樑計算結果與主棧橋的一次分配樑計算結果一致。

2、二次分配樑i28的計算：

該分配樑計算結果與主棧橋的一次分配樑計算結果一致。

3、整體計算：

由上圖可知，雙排加強貝雷最大組合應力為σ=169.14mpa＜【σ】＝273mpa。

由上圖計算結果可知，雙排加強貝雷最大變形撓度為f=17.49mm＜15750÷400=39.375mm。

由上圖計算結果可知，鋼管樁最大反力為f=311.73kn

第四章：鋼管樁的入土深度計算

一．主橋鋼棧橋

根據第三章中各工況的計算結果，鋼管樁的單樁最大承載力為工況一570.63kn，考慮其它不確定的影響因素，φ6308mm鋼管樁的最大單樁承載力按600kn進行計算。

根據地質勘察報告中22墩附近孔位土質力學性能，

qmc4 ：承載力取[σ]=100kpa，摩阻力取[τ]=40kpa，

層厚6.2m,層頂標高-1.5m；

pz1⑦1：承載力取[σ]=350kpa，摩阻力取[τ]=75kpa，層厚3m；

pz1⑦2：承載力取[σ]=550kpa，摩阻力取[τ]=130kpa，層厚13.2m；

則單樁進入pz1⑦1土層深度為：

l0=()÷(3.140.6375)=2.759m

根據設計給出的勘察資料，河牀標高為-1.5m，

樁頂標高為：+5.427m；

樁底標高為：-10.459m；

單樁樁長為：l=15.886m；

綜合考慮：鋼管樁設計長度取18m，實際過程中可以適當調整，但施工過程必須保證單樁承載力不小於60t。

二、鑽孔施工平台及主墩碼頭：

比較鑽孔施工平台及主墩碼頭鋼管樁反力，鋼管樁長度與主橋鋼棧橋確定原則一致：鋼管樁設計長度取18m，實際過程中可以適當調整，但施工過程必須保證單樁承載力不小於60t。

目 錄

第一章、施工簡介. 1

一、工程概況. 1

二、結構設計. 1

第二章、結構設計計算各相關參數的確定. 3

一、計算目的. 3

二、參考資料. 3

三、計算過程中採用的部分參數. 4

四、設計技術參數及相關荷載的確定. 4

五、結構計算工況的確定. 5

第三章、結構設計計算及驗算. 6

一、主橋鋼棧橋. 6

二、鑽孔施工平台. 14

三、主墩碼頭. 16

第四章、鋼管樁的入土深度計算. 18

一、主橋鋼棧橋. 18

二、鑽孔施工平台及主墩碼頭. 18