栈桥验算书(跨径15m)概论.pdf
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1、 目 录 一、栈桥已知条件.1 二、栈桥结构内力验算(分别按重车 30t 和履带-50 取设计荷载).3(一)、花纹钢板.3(二)、14 槽钢梁.3(三)、I22a 工字钢梁.6(四)贝雷架梁.14 三、栈桥桩基验算.17(一)、履带吊机行走时.18(二)、履带吊机作业时.18(三)、桩基验算.19 附图:栈桥施工图 5 1 施工栈桥验算 一、已知条件 1、河床标高及地质条件(1)ZK5 河床标高-1.10m 地质情况 厚度(m)0(kPa)j(kPa)备注 卵质圆砾 8.00 400 60 强风化泥 质粉砂岩 1.80 450 90 弱风化泥 质粉砂岩 3.60 1500 150 (2)BK
2、9 河床标高+5.78m 地质情况 厚度(m)0(kPa)j(kPa)备注 亚粘土 5.45 250 50 卵质圆砾 6.05 400 60 强风化泥 质粉砂岩 1.0 450 90 弱风化泥 质粉砂岩 5.50 1500 150 (3)BK31 河床标高+9.14m 地质情况 厚度(m)0(kPa)j(kPa)备注 素填土 1.50 50 20 中砂 6.90 120 30 卵质圆砾 6.70 400 60 强风化泥 质粉砂岩 0.9 450 90 弱风化泥 质粉砂岩 4.50 1500 150 5(4)BK33 河床标高+10.95m 地质情况 厚度(m)0(kPa)j(kPa)备注 素填
3、土 2.00 50 20 亚粘土 1.80 250 50 中砂 4.8 120 30 卵质圆砾 8.90 400 60 强风化泥 质粉砂岩 1.6 450 90 弱风化泥 质粉砂岩 1.40 1500 150 2、材料情况(1)花纹钢板:厚度为 8mm,密度为 7850kg/m3。(2)14 槽钢:单位重量为 14.53kg/m,截面积251.18cmA,截面惯性矩47.563cmIx,截面抵抗矩35.80cmWx,半截面面积矩39.39cmSx,腰厚度mmtw6,自槽钢顶面至腰板计算高度上边缘的距离mmhy18。(3)I22a 工字钢:单位重量为 33kg/m,截面积242cmA,截面惯性矩
4、43400 cmIx,截面抵抗矩3309cmWx,半截面面积矩33.176cmSx,腰板厚度mmtw5.7,自槽钢顶面至腰板计算高度上边缘的距离mmhy8.21,工字钢顶面宽度mma110。(4)贝雷架:每片贝雷架重 2.771kN。半边桥的双排单层不加强贝雷架梁的几何特性:44.500994 cmI,31.7147 cmW;(5)查钢结构设计规范,槽钢、工字钢容许弯曲应力MPaW215,容许剪应力 MPa125。3、活载情况 (1)由于栈桥通过人群不是很多,故人群荷载取经验数值,即人群纵向荷载mkNQ/5.1人。(2)重车30t:按一台计。(3)履带-50:按一台计。5 二、结构内力验算(分
5、别按重车30t 和履带-50 取设计荷载)(一)、花纹钢板 考虑到桥面系可能局部铺有钢板,根据验算按最不利荷载原则,故验算计入钢板自重,但钢板不作为主要受力构件,在此不对钢板进行验算。(二)、14 槽钢 为了方便计算,验算按单跨简支梁考虑,跨距l=0.75m,取一根14 槽钢验算。1、恒载:钢板:自重mkNmkgQ/1256.0/56.127850008.02.01。14 槽钢:自重mkNmkgQ/1453.0/53.142。所以,恒载mkNQQq/2709.01453.01256.021恒。2、活载:重车 30t:按重车 30t 后轴的一个轮压计,一组后轮横桥向宽为 0.6m,重车 30t
6、的单个后轴重 120kN,所以单个后轮重 60kN。则kNF202.06.060汽,此时单个后轮荷载施加到一根14 槽钢上,考虑到冲击系数取值为 1.2,则kNF242.120汽。履带-50:按履带-50 一边履带计,查设计规范得履带-50 一边履带重 250kN,履带宽 70cm,槽钢间距为 20cm,因此履带至少压到 4 根14 槽钢,则单根槽钢承受履带吊的荷 载 为mkNq/87.152.05.47.0250履带,考 虑 到 冲 击 系 数 取 值 为1.2,则mkNq/04.192.187.15履带。3、强度验算:(1)重车 30t:最大弯矩:(当汽车荷载作用在跨中时)5 BA 图 1
7、-1 弯矩计算简图 mkNlFlqM52.475.0244175.02709.081418122max汽恒 抗弯强度按容许应力法计算:xxWM 式中 xM同一截面处绕x 轴的弯矩;xW对x 轴的净截面模量;钢材的抗弯强度设计值,由上述材料情况知 MPa215。所以 MPaWMWMxx15.56105.801052.436max,满足要求。最大剪力:(当汽车荷载作用在支座处时)BA 图 1-2 剪力计算简图 kNFlqV10.242475.02709.02121max汽恒 抗剪强度按容许应力法计算:汽F恒q汽F恒q 5 wxxtIVS 式中 V计算截面沿腰板平面作用的剪力;Sx计算剪应力处以上毛
8、截面对中和轴的面积矩;I毛截面惯性矩;wt腰板厚度;钢材的抗剪强度设计值,由上述材料情况知 MPa125。所以 MPatIVSwxx43.286107.563109.391010.24433,满足要求。(2)履带-50:最大弯矩:BA 图 1-3 弯矩计算简图 mkNlqqqlM36.175.004.192709.0818181222max履带恒 抗弯强度按容许应力法计算:xxWM 式中 xM同一截面处绕 x 轴的弯矩;xW对 x 轴的净截面模量;钢材的抗弯强度设计值,由上述材料情况知 MPa215。所以 MPaWMWMxxx89.16105.801036.136max,满足要求。最大剪力:恒
9、履带qqq 5 BA 图 1-4 剪力计算简图 kNqqlqlV24.775.004.192709.021221max履带恒 抗剪强度按容许应力法计算:wxxtIVS 式中 V计算截面沿腰板平面作用的剪力;xS计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩;xI毛截面惯性矩;wt腰板厚度;钢材的抗剪强度设计值,由上述材料情况知 MPa125。所以 MPatIVSwxx54.86107.563109.391024.7433,满足要求。(三)、I22a 工字钢梁 履带吊机半边重 250kN,且 I22a 工字钢间距为 0.75m,则履带吊机横桥向的线性分布荷载为mkNq/52.5975.05.47.025
10、0履带;重车 30t 的单个后轮重 60kN,且 I22a 工字钢间距为 0.75m,则重车 30t 横桥向的线性分布荷载为mkNq/1006.060汽。所以相比下重车 30t 对 I22a 工字钢的压应力和剪应力要大于履带吊机对 I22a 工字钢的压应力和剪应力。因此验算只取重车 30t 来验算。1、恒载:钢板:钢板自重mkNmkgQ/471.0/1.4775.07850008.01。14 槽钢:因为 I22a 工字钢间距为 75cm,所以可取14 槽钢长度为 0.75m 进行计算,恒履带qqq 5 又 3.5m 范围内14 槽钢按 20cm 间距布置,共有 18 根14 槽钢,则 自重mk
11、NmkgQ/5604.0/04.565.353.1475.0182。I22a 工字钢:自重mkNmkgQ/33.0/333 所以,恒载mkNQQQq/36.133.05604.0471.0321恒。2、活载:人群荷载mkNQ/34.05.38.05.1人 重车 30t:mkNq/100汽,考虑到冲击系数取值为1.2,则mkNq/1202.1100汽 3、强度验算:最大弯矩:为了方便计算,将重车30t 的后轴荷载简化为集中力P,则kNP120,再考虑冲击系数取值为 1.2,则kNP1442.1120。当 P 作用在一根 I22a 工字钢上时,I22a 工字钢所受的弯矩最大,如下面的工况图 1-5
12、 所示。由于14 槽钢与 I22a 工字钢之间点焊联结,所以14 槽钢与 I22a 工字钢组成的结构为一个超静定结构。CAa=0.75ma=0.75ml=1.5mBPI22a工字钢14槽钢 图 1-5 I22a 工字钢受弯矩最大工况图 集中力 P 在支点 B 处的荷载由14 槽钢和 I22a 工字钢共同承担,所以移除 B 支点的I22a 工字钢后14 槽钢受力情况如下:5 ACl=1.5m 图 1-6 14 槽钢受力简图 在图 1-5 工况的模式下,B 支点处的 I22a 工字钢受力情况如下图所示:EF 图 1-7 I22a 工字钢受力简图 图 1-7 中,考虑到 I22a 工字钢下的贝雷梁的
13、宽度为 1.2m,则由桥涵设计规范知 I22a工字钢的计算跨距为mtll7.22.022.15.320,式中0l为贝雷梁的净跨,t为I22a 工字钢的高度。设 A、B、C 三点的竖向变形为A、B、C。14 槽钢在图 1-6 所示模式中的刚度系数为 k1,I22a 工字钢在图 1-7 所示模式中的刚度系数为 k2。在图 1-5 中14 槽钢在 A、B、C 三点的支反力分别力为 FA、FB、FC,在图 1-6 中,集中力 P 在支点 B 处的荷载由14槽钢和 I22a 工字钢共同承担,设集中力 P 对14 槽钢受力为 FD,则由边界变形协调条件得:cA DFBFBF 5 PFFFCBA 21CAB
14、DkF 2kFAA 2kFBB 2kFCC PFFBD 设A和C为 x,B为 y,则上述式子为:PFFFCBA xykFD1 2kxFA 2kyFB 2kxFC PFFBD 由、式得:PkyxPykxkxk22222 由、式得:PxkykkPykxyk12121 由和式得:5 212122122kkkkkPkky 121kPykkx 又由图 6 和图 7 所示的两个模式,假定其最大挠度为1mm,则有 14 槽钢的刚度系数为3148lEIk;I22a工字钢的刚度系数为aalEIkx2224324。式中E钢材的弹性模量,MPaE310200;I截面惯性矩;l计算跨径;a图 6 中BF距支点的距离。
15、又考虑到重车的后轴无论怎样都可以压到 3 根14 槽钢,所以这里14 槽钢按 3 根计,则41.16917.56333cmIIx,所以14 槽钢的刚度系数为:mmkNlEIk/102.481500101.169110200484834331 I22a 工字钢的刚度系数为 mmkNaalEIkx/22.17450450427003103400102002443242243222。所以,由式得 mmkkkkkPkky86.322.17102.4822.17102.4822.17214422.172102.48222121221将 y 代入式得 5 mmkPykkx248.2102.4814486.
16、322.17102.48121 将 x、y 值代入、式得 kNxkFFCA711.3822.17248.22 kNykFB469.6622.1786.32 kNxykFD540.77248.286.3102.481 所以,由图 1-7 得 I22a 工字钢受的最大弯矩为 mkNaFMB911.2945.0469.66max 抗弯强度按容许应力法计算 xxWM 式中 xM同一截面处绕x 轴的弯矩;xW对x 轴的净截面模量;钢材的抗弯强度设计值,由上述材料情况知 MPa215。所以 MPaWMx8.961030910911.2936max,满足要求。最大剪力:(当汽车荷载作用在支座时)BAb=0.
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