棧橋計算資料

湖南省長沙市XXX湘江大橋施工鋼棧橋計算書2010年10月目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一、前言1二、工程概況1三、計算依據(jù)1四、計算條件21.水文條件及高程22.地質(zhì)條件23.棧橋使用荷載24.河床沖刷計算2五、計算荷載31.作用在鋼管上的水流力32.作用在鋼管頂上的水流力43.風(fēng)荷載44.棧橋上部荷載5六、棧橋結(jié)構(gòu)驗算61.計算步驟62.結(jié)構(gòu)分析計算6荷載組合7強(qiáng)度計算結(jié)果7剛度計算結(jié)果15整體穩(wěn)定性計算17橫向抗傾覆穩(wěn)定性計算19七、結(jié)語19八、鋼管樁埋入深度計算19棧橋計算書一、前言本計算書根據(jù)棧橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)造建立有限元模型，并根據(jù)其使用功能要求確定相應(yīng)的荷載組合，計入荷載分項系數(shù)影響后，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計算。主要計算工程和內(nèi)容包括：1.荷載計算，包括使用荷載(指履帶吊機(jī)、吊車、砼運(yùn)輸罐車)、風(fēng)荷載、流水壓力荷載的取值計算。2.棧橋型鋼梁的內(nèi)力計算、抗彎抗剪承載力驗算；3.棧橋下部構(gòu)造(含橫梁、平聯(lián)、斜撐和鋼管樁)的應(yīng)力驗算。并考慮了按標(biāo)準(zhǔn)公式進(jìn)行穩(wěn)定驗算。二、工程概況大橋主墩Z1-Z5均位于湘江中，在河西岸采用鋼棧橋連接至Z1主墩。Z1主墩與Z3主墩之間的水上施工通道采用浮橋聯(lián)接，Z6主墩位于河?xùn)|江邊位置，采用筑島施工，河?xùn)|岸Z6主墩與Z5主墩之間的水上施工通道采用鋼棧橋聯(lián)接，Z5主墩與Z4主墩之間采用浮橋聯(lián)接。河西岸鋼棧橋總長136m，標(biāo)準(zhǔn)寬度6m，加寬段為11m，棧橋頂標(biāo)高為m。棧橋均采用鋼管樁根底，樁頂設(shè)工字鋼橫梁，其上鋪設(shè)工字鋼縱梁，棧橋設(shè)計承重50t。采用鋼管樁樁基，每排鋼管之間的橫向間距均為5m，布置φ720×10mm鋼管樁。鋼管間設(shè)[20a槽鋼橫撐及斜撐。樁頂橫梁為3I40b工字鋼。為防止增大阻水面積影響棧橋的穩(wěn)定，棧橋縱向除縱梁外不設(shè)聯(lián)接。型鋼縱梁上部構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)段為8I40b工字鋼，加寬段為15I40b工字鋼。橋面系采用在縱梁工字鋼上橫向滿鋪[32b槽鋼。三、計算依據(jù)●《公路橋涵設(shè)計通用標(biāo)準(zhǔn)》(JTGD60-2004)●《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50017-2003)●《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，TJ025-86●《港口工程荷載標(biāo)準(zhǔn)》JTJ215-98●《港口工程樁基標(biāo)準(zhǔn)》JTJ254-98四、計算條件1.水文條件及高程根據(jù)設(shè)計提供的水文資料，確定棧橋頂標(biāo)高：32.00m。根據(jù)設(shè)計資料，棧橋區(qū)最底河床標(biāo)高為19.20m。設(shè)計水流流速：1.702m/s2.地質(zhì)條件根據(jù)設(shè)計文件顯示，棧橋區(qū)漫灘上土層為礫砂，～15.7m，下層為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。砂夾卵石(圓礫)厚1.00～4.80m?；鶐r為砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚1.40～～m，5～3.棧橋使用荷載棧橋承載力及通行力應(yīng)滿足：50t履帶吊通行、9m3混凝土罐車滿載通行要求。4.河床沖刷計算計算流速V=m/s橋墩計算寬度b1=0.72m設(shè)計斷面橋孔局部最大水深hmax=17.35m墩型系數(shù)Kξ=1河床圓礫平均粒徑：dj=7.5mm鋼管樁的直徑φ①一般沖刷:由于棧橋?qū)儆谂R時工程，使用年限為2年，一般沖刷不明顯，故取。②局部沖刷:查表：那么總沖刷深度取h=1.61m。根據(jù)XXX過江通道防洪評價報告資料顯示，最大沖刷深度為。由設(shè)計圖所提供的橋位處的地質(zhì)資料、防洪評價報告以及以上計算結(jié)果可知：要實(shí)現(xiàn)棧橋的平安渡洪，必須保證在沖刷后鋼管樁埋深≥4.0m，因此總埋深應(yīng)≥6.86m，對埋深缺乏的鋼管樁應(yīng)采用錨樁進(jìn)行加固處理。五、計算荷載1.作用在鋼管上的水流力水流力標(biāo)準(zhǔn)值：Fw=Cw(/2)V2式中：Fw—水流力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；V—水流設(shè)計流速，m/s；取斷面平均流速v=m/s。Cw—水流阻力系數(shù)；ρ—3；A—投影面積，m2；考慮前后墩之間的水流遮擋效應(yīng)產(chǎn)生的折減，查《港口工程荷載標(biāo)準(zhǔn)》JTJ215-98表-2得后樁m1=0.78，前墩為1。查JTJ215-98表-5得后樁m2=1.15。墩柱相對水深影響系數(shù)：考慮以上所有修正后，迎水面管樁后排管樁前排Φ720×10：Fw=作用點(diǎn)高程：H=29.0m后排Φ720×10：Fw=作用點(diǎn)高程同樣為：H=29.水流力標(biāo)準(zhǔn)值：Fw=Cw(/2)V2式中：Fw—水流力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；V—水流設(shè)計流速，m/s；取斷面平均流速v=m/s。Cw—水流阻力系數(shù)；ρ—3；A—投影面積，m2；查表得：Fw=Cw(/2)V2A=2.32х〔1/2〕х1.7022х3.92=13.17KN作用點(diǎn)在鋼管頂部3.風(fēng)荷載包含作用在鋼管樁上的及作用在上部結(jié)構(gòu)型鋼梁上的風(fēng)荷載。只考慮在高水位時的橫橋向風(fēng)荷載作用。根據(jù)設(shè)計說明，長沙地區(qū)歷年來最大風(fēng)力為9級，極端最大風(fēng)速為24m/s所以考慮風(fēng)載不利組合以9級風(fēng)考慮,并作用于棧橋鋼管頂面。此時風(fēng)速V10=24m/s，Vd=K2×K5×24×х24=35.77m/s。K2—(A類地表，離水面5米)；K5—(A類地表)；設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)壓為：橫橋向風(fēng)壓計算：K0—設(shè)計風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)，取1.0；K1—風(fēng)載阻力系數(shù)，近似取1.3；K3—將風(fēng)荷載轉(zhuǎn)化成集中荷載加載到鋼管的頂面。4.棧橋上部荷載※上部結(jié)構(gòu)自重：包括橫梁、縱梁、橋面橫向分配梁的結(jié)構(gòu)自重完全通過程序自動加載?！褂煤奢d：根據(jù)施工需要，棧橋除通行人員、運(yùn)輸小型機(jī)具材料的一般車輛外，還需通行50t履帶吊機(jī)和9m3砼罐車滿載通行。50T覆帶吊荷載圖式：9M3砼運(yùn)輸車荷載圖式：六、棧橋結(jié)構(gòu)驗算1.計算步驟選取5跨8m跨徑棧橋做整體結(jié)構(gòu)計算。布置砼灌車或履帶-50并計入棧橋側(cè)向水流荷載及風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，求解得到棧橋各部位構(gòu)件的最大受力及最大變形值。將汽車或履帶吊的荷載做為可變荷載，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行屈曲分析驗算棧橋整體穩(wěn)定驗算棧橋在自重和最不利〔風(fēng)荷載+流水荷載〕作用下鋼管樁的橫向抗傾覆穩(wěn)定性。2.結(jié)構(gòu)分析計算建立棧橋模型，棧橋各部位構(gòu)件全部采用梁單元模擬。棧橋計算模型荷載組合LCB××履帶吊荷載+××流水壓力。LCB××汽車荷載+××流水壓力。LCB×××流水壓力〔風(fēng)荷載與流水壓力同向〕。LCB1和LCB2驗算整體強(qiáng)度及剛度，LCB3驗算鋼管樁橫向抗傾覆穩(wěn)定性強(qiáng)度計算結(jié)果汽車荷載作用在跨中時的計算模型圖汽車荷載作用在跨中時的結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力為145.9(MPa)汽車荷載作用在跨中時的結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力為28.5(MPa)汽車荷載作用在墩位時的計算模型圖汽車荷載作用在墩位時的結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力為117.8(MPa)汽車荷載作用在墩位時的結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力為28.6(MPa)履帶吊荷載作用在跨中時的計算模型圖履帶吊荷載作用在跨中時的結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力為121.2(MPa)履帶吊荷載作用在跨中時的結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力為22.2(MPa)履帶吊荷載作用在墩位時的計算模型圖履帶吊荷載作用在墩位時的結(jié)構(gòu)組合應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力為105.7(MPa)履帶吊荷載作用在墩位時的結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力圖從應(yīng)力圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力為31(MPa)根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,臨時結(jié)構(gòu)荷載組合容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3。[σW]=145×1.3=188.5Mpa，[τ]=85×1.3=110.5Mpa。因此計算結(jié)果均滿足強(qiáng)度要求。剛度計算結(jié)果汽車荷載作用在跨中時的結(jié)構(gòu)變形圖從結(jié)構(gòu)變形圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大位移為1.56(cm)汽車荷載作用在墩位時的結(jié)構(gòu)變形圖從結(jié)構(gòu)變形圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大位移為1.25(cm)履帶吊荷載作用在跨中時的結(jié)構(gòu)變形圖從結(jié)構(gòu)變形圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大位移為2.19(cm)履帶吊荷載作用在墩位時的結(jié)構(gòu)變形圖從結(jié)構(gòu)變形圖可以看出，結(jié)構(gòu)最大位移為1.3(cm)最大位移，剛度滿足使用要求。2.4整體穩(wěn)定性計算汽車荷載作用在跨中時的一階失穩(wěn)模態(tài)從圖中可以看出，一階屈曲特征值為17.9汽車荷載作用在墩位時的一階失穩(wěn)模態(tài)從圖中可以看出，一階屈曲特征值為12.7履帶吊荷載作用在跨中時的一階失穩(wěn)模態(tài)從圖中可以看出，一階屈曲特征值為11.5履帶吊荷載作用在墩位時的一階失穩(wěn)模態(tài)從圖中可以看出，一階屈曲特征值為7.1從以上四種荷載工況計算結(jié)果可看出，一階屈曲特征值均大于4，滿足穩(wěn)定性的要求。2.5橫向抗傾覆穩(wěn)定性計算履帶吊荷載作用在墩位時的一階失穩(wěn)模態(tài)對于荷載組合LCB3，主要針對無車輛通行時棧橋橫向傾覆穩(wěn)定性驗算，關(guān)心的是鋼管樁支點(diǎn)反力。在充分考慮風(fēng)荷載和流水壓力等橫向荷載的作用下，經(jīng)計算，鋼管樁上游支點(diǎn)處產(chǎn)生了負(fù)反力，所以,鋼管樁最少必須打入最低沖刷線以下的位置，根據(jù)XXX過江通道防洪評價報告資料顯示，最大沖刷深度為，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，棧橋鋼管樁的最小埋入深度應(yīng)在樁側(cè)摩阻力，另外，在上游側(cè)還可依靠主墩鋼平臺布設(shè)八字抗風(fēng)來抵抗鋼棧橋的側(cè)向抗傾覆能力，所以，只要采取相關(guān)措施后，棧橋的橫向抗傾覆是完全能夠保證的。七、結(jié)語通過對棧橋結(jié)構(gòu)分析說明，棧橋的各部位構(gòu)件內(nèi)力均在容許范圍之內(nèi)。棧橋結(jié)構(gòu)是平安可靠的。八、鋼管樁埋入深度計算根據(jù)公路橋涵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，摩擦樁入土深度不得小于4M，最大沖刷深度按XXX過江通道防洪評價報告中提供的采用，那么每根鋼管樁的最小入土深度為。kφ