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1、中國建筑股份有限公司莆田聯十一線A5標 莆田聯十一線A5標三江口特大橋鋼棧橋施工設計計算書計 算 :復 核 :審 核 :審 定 中國建筑股份有限公司莆田聯十一線A5標項目部2016年4月1. 設計依據公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2015）公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D63-2007）公路橋涵鋼結構及木結構設計規范（JTJ025-86）公路橋涵施工技術規范(JTJ041-2000)鋼結構設計規范（GB50017-2003）港口工程設計荷載規范（JTJ215-98） 黃紹金 劉陌生 裝配式公路鋼橋多用途手冊 路橋施工計算手冊（人民交通出版社）ISBN 7-114-03855-0水2、文、地質、潮汐、氣象資料：木蘭溪水文資料：Q=3520m3/s，H1%=3.70m，V1%=1.05m/s。簡要地質資料：1-1素填土 （Q4ml）；1-3耕值土（Q4ml）；3-1-1淤泥 （Q4ml-m），=55kpa；3-2淤泥質黏土 （Q4ml-m），=70kpa；3-3粉質黏土 （Q4ml-m）,=200kpa；3-4粉砂 （Q4ml-m）,=110kpa；3-5中砂 （Q4ml-m），=300kpa； 3-8卵石 （Q4ml-m），=550kpa； 6-1全風化花崗巖 (52),，=350kpa； 6-2-1 砂土狀強風化花崗巖（52），=450kpa；6-2-2 碎塊狀強風化花崗3、巖（52）,=750kpa；6-3 中風化花崗巖（53），=1800kpa；6-4 微風化花崗巖（53），=3800kpa。根據勘察地質資料，橋址地面下20m范圍內主要為沖海積層，下伏基巖為燕山晚期花崗巖及其風化層。2. 設計參數 設計控制荷載：A、50t履帶吊機，吊重20tB、主梁運輸車，重100tC、40t混凝土罐車 設計使用壽命：3年 橋面寬度：8m； 橋面標高：+6m； 設計車速：15km/h；3. 設計說明施工棧橋負擔三江口特大橋主橋以及部分引橋施工中的材料、機械、混凝土、主橋鋼梁等的運輸功能，同時也作為鉆孔平臺施工過程中的起始平臺。3.1 棧橋橋型布置棧橋總長為593m，荔城側第一4、跨為24m，其他為標準橋跨9m，布置為4跨一聯（9x4=36m），棧橋橋面寬8m，鋼棧橋均布置在線路右側。3.2 結構說明（1）下部結構 鋼棧橋基礎采用鋼管樁，9m跨棧橋基礎連續墩采用63010mm螺旋鋼管，24m跨棧橋基礎采用82010mm螺旋鋼管，連續墩采用單排樁，橫橋向布置3根，間距3.15m；制動墩采用52910mm雙排樁，橫橋向布置3根，鋼管樁橫橋向間距3.15m，縱橋向間距1.8m。鋼管樁間用槽鋼橫向連接，以提高穩定性。鋼管樁頂采用雙拼40a工字鋼作為橫梁，橫梁長度為9m。（2）上部結構 棧橋主梁采用321貝雷梁，貝雷梁單跨跨度為9m、24m，橫橋向布置4組，每組2排，排間距為905、cm，兩組貝雷梁間間距1.2m，24m跨貝雷梁底板用加強弦桿加強。 棧橋橋面板采用板厚20cm預制鋼筋混凝土橋面板，橋面板采用C30混凝土。 棧橋總體布置圖、連續墩斷面圖及制動墩斷面圖見附件。3.3.荷載參數（1）基本可變荷載汽車荷載：混凝土罐車、主梁運輸車等，考慮最大重車100t（主梁運輸車），不允許50t以上重車會車。根據公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2015）表4.3.1-3規定，其技術指標如下： 項目單位技術指標項目單位技術指標車輛重力標準值KN550輪距m1.8前軸重力標準值KN30前輪著地寬度及長度m0.3 x 0.2中軸重力標準值KN2 x 120中、后輪著地寬度及長度m6、0.6 x 0.2后軸重力標準值KN2 x 140 車輛荷載的主要技術指標 車輛立面布置圖 車輛平面布置圖本棧橋通行重車取相同輪距，荷載比例擴大，則為55KN、440KN、510KN。50t履帶吊荷載:自重50t，起吊作業20t。接觸面積為24660760mm2（2）其他可變作用行人荷載：2.5kN/m；管道荷載：2.0kN/m；風載：最大風力按12級考慮，風速為32.6m/s。風載按公路橋涵設計通用規范進行計算，其中：（按施工架設期間取值）； （桁架風載系數）； （按最不利地形地理條件選取）；（按A類地表，離地面或水面5m計）； （按A類取陣風風速系數）；，12級風載時：求得: 單片貝雷片及7、橋面板迎風面積：；風載為：每聯棧橋風載水平力為：假定風載作用點在沖刷線上，鋼管樁在沖刷線上的長度為10m。水流力：水流流速1.05m/s，水流力為, K水流阻力系數，樁為圓形，取0.63；水容重，取10kN/m；V水流速度；重力加速度，取9.8m/s；A單樁入水部分在垂直于水流方向的投影面積；棧橋鋼管樁水中長度h=10m，水面流速為1.05m/s,河床處流速為0m/s。水流力沖刷線以上樁長 H =10m，作用點位于樁頂1/3H 4、主要材料設計指標 根據鋼結構設計規范（GB50017-2003) 以及 裝配式公路鋼橋多用途使作手冊主要材料的設計指標如下 材料名稱材質抗彎拉極限應力w（MPa）抗8、剪極限應力（MPa）一般型鋼構件Q235215125貝雷梁16Mn2732085、混凝土橋面板計算混凝土橋面板寬2m，長8m，厚0.2m，按單向板計算。汽車荷載兩個后軸間距1.4m，小于橋面板寬2.0m，按一塊板承受兩個后軸車輪計算。 荷載計算汽車荷載輪壓 q=1.4x255/2/0.6/0.2=1487 KN/m2 （控制設計） 履帶吊機著地壓力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=138.6 KN/m2 內力計算由于55t汽車荷載控制設計，本算單以此為例計算。根據棧橋斷面布置圖，橋面板最大跨度為1.2米。輪寬20cm，考慮按45擴散角，板有效寬度0.6m，計算簡圖如下： 計算得： 9、Mmax = 40.2 KN.MQmax = 89.3 KN 配筋計算橋面板有效寬度 b=600 mm(考慮按45擴散角，板有效寬度0.6m)梁高度 h = 200 mm，as = 20 mm，as= 20 mmh0 = 180 mm 梁自重 3 KN/m 混凝土選用C30，fc = 14.3 N/mm2 a1 = 1 ft = 1.43 N/mm2 b1 = 0.8鋼筋選用 HRB335 級鋼 fy = fy = 300 N/2 b = 0.55A、 單筋矩形截面在縱向受拉鋼筋達到充分發揮作用或不出現超筋破壞所能承受的最大彎矩設計值Mmax = 106.7 KN.MB、單筋矩形截面已知彎矩求10、配筋M實際 = 40.2 KN.M 673.19mm2 （需要的鋼筋截面積）取鋼筋直徑 16 mm ，實取4 根實際配筋面積 AS = 804.252 滿足構造及受力要求。 抗剪計算混凝土橋面板截面抗剪如下：V = 0.7hftbh0 = 108 KN Q = 98KN滿足構造及受力要求6、 棧橋結構驗算 棧橋的設計荷載按以下兩種方式組合： 工況一 ：1.2倍自重荷載+1.4倍主梁運輸車汽車荷載，其中汽車荷載考慮1.3倍的沖擊系數。 工況二 ：1.2倍自重荷載+1.4倍履帶吊荷載，其中履帶吊荷載考慮1.3倍的沖擊系數。 棧橋的設計驗算按9m跨、24m跨分兩次驗算，本次驗算通過MIDAS/Civ11、il結構分析軟件計算完成。6.1 、9m標準跨棧橋驗算下圖為兩跨9m跨度棧橋的Midas分析模型圖 圖6.1 棧橋Midas分析模型圖6.1.1、貝雷梁驗算結果分析 （1）貝雷梁強度驗算 圖6.2 工況一貝雷梁應力計算結果 圖6.3 工況二貝雷梁應力計算結果圖 由以上計算結果圖可知，工況一下貝雷梁所受應力為188MPa，工況二下貝雷梁所受應力為135MPa。最大應力188MPa w =273MPa。故貝雷梁強度滿足要求。（2） 貝雷梁擾度驗算 6.4 工況一貝雷梁位移計算結果圖 6.5 工況二貝雷梁位移計算結果圖 由以上計算結果可知，工況一下貝雷梁最大擾度為5.5mm，工況二下貝雷梁最大擾度為12、4.7mm。貝雷梁最大擾度5.5mm f = L/400=22mm，故貝雷梁擾度滿足要求。6.1.2、樁頂橫梁驗算結果分析 （1）橫梁強度分析 6.6 工況一橫梁應力計算結果圖 6.7 工況二橫梁應力計算結果圖由以上計算結果圖可知，工況一橫梁的最大應力為79.8MPa，工況二橫梁的最大應力為62.2MPa。橫梁所受最大應力79.8MPa w =215MPa，故橫梁強度滿足要求。（2） 橫梁擾度分析 6.8 工況一橫梁位移計算結果圖 6.9 工況一橫梁位移計算結果圖 由以上計算結果可知，工況一和工況二橫梁的最大位移均為2mm。 橫梁最大位移2mm f = L/400=7.8mm，故橫梁擾度滿足要13、求。6.1.3、鋼管樁驗算結果分析 （1） 鋼管樁強度分析 6.10 工況一鋼管樁應力計算結果圖 6.10 工況二鋼管樁應力計算結果圖 由以上計算結果可知，工況一與工況二鋼管樁最大應力均為13.5MPa。鋼管樁所受最大應力13.5MPa w =215MPa，故鋼管樁強度滿足要求。（2） 鋼管樁穩定性分析 6.11 工況一鋼管樁反力計算結果圖 6.12 工況二鋼管樁反力計算結果圖 由以上計算結果可知，工況一鋼管樁反力為837KN，工況二鋼管樁反力為676KN。取工況一鋼管樁反力837KN為計算依據。 a、鋼管樁長細比鋼管樁規格為630*10mm，回轉半徑，鋼管樁長度按30m計算，長細比=150，14、鋼管樁長細比滿足要求。b、鋼管樁穩定性驗算： 查鋼結構設計與計算 P520頁知：穩定系數0.357， A19400mm2， w=215MPa，鋼管樁穩定性滿足要求。（3） 鋼管樁承載能力分析 根據公路橋涵地基與基礎設計規范沉樁的單樁軸向受壓容許承載力： 鋼管樁參數：鋼管樁采用外徑 D = 630 mm，壁厚d = 10mm鋼管樁樁底投影面積 A = 0.312m2鋼管樁周長 U = 1.979m 土層摩阻力統計見下表： 土層摩阻力統計表編號土層名稱土層厚度（m）樁側土摩阻力標準值 (kPa)地基承載力基本允許值 (kPa)3-1-1淤泥1512553-8卵石3.61805506-2-1砂土狀強15、風化花崗巖9.91104506-2-2碎塊狀強風化花崗巖2.1150750 不計地基承載力，鋼管樁長度按穿過淤泥層與卵石層，打入強風化花崗巖1m，打入深度共19.6m。鋼管樁單樁容許承載力： 由上面計算可知鋼管樁最大反力N=837kN=928.151KN 承載力滿足要求。6.1.4、棧橋整體穩定性驗算(1)、荷載分析棧橋最不利受力為在最高潮水位時水流力、風荷載產生的同向傾覆彎矩，取一聯棧橋（4孔）進行整體穩定性分析。(2)、傾覆力水流傾覆力矩：風力傾覆力矩：整體傾覆力矩：(3)、抗傾覆力水流力、風荷載產生的同向力矩作用下，棧橋有向水流方向傾覆的趨勢，棧橋通過自身重量和鋼管樁與土層的摩阻力產生的16、抗傾覆彎矩來保持棧橋穩定。棧橋外側兩根鋼管樁橫橋向間距為6.3m,所以抗傾覆力臂取3.15m。 (4)、整體穩定分析棧橋整體穩定安全系數，滿足整體穩定性要求。6.2、24m跨棧橋驗算由上面9m跨棧橋驗算結果可知，工況一較工況二對棧橋結構影響大，故本次只驗算工況一時棧橋的受力情況，下圖為24m單跨棧橋的Midas分析模型圖。 圖6.13棧橋Midas分析模型圖6.2.1、貝雷梁驗算結果分析 （1） 貝雷梁強度驗算 圖6.14工況一貝雷梁應力結果圖 由以上計算結果圖可知，工況一下貝雷梁所受最大應力為235MPa。 最大應力235MPa w =273MPa。故貝雷梁強度滿足要求.（2） 貝雷梁擾度驗17、算 圖6.15工況一貝雷梁位移結果圖 由以上計算結果圖可知，工況一貝雷梁所受最大擾度為18mm。 最大擾度18mm L/400=60mm。故貝雷梁擾度滿足要求6.2.2、樁頂橫梁結果分析 （1） 橫梁強度分析 圖6.16工況一橫梁應力結果圖 由以上計算結果圖可知，工況一橫梁所受最大應力為155MPa。 最大應力155MPa w =215MPa。故貝雷梁強度滿足要求（2） 橫梁擾度分析 圖6.17工況一橫梁位移結果圖 由以上計算結果圖可知，工況一橫梁所受最大擾度為7.5mm。 最大擾度7.4mm L/400=7.8mm。故貝雷梁擾度滿足要求6.2.3、鋼管樁驗算結果分析 （1） 鋼管樁強度分析 18、圖6.18工況一鋼管樁應力結果圖由以上計算結果可知，工況一鋼管樁最大應力均為18MPa。鋼管樁所受最大應力18MPa w =215MPa，故鋼管樁強度滿足要求。（2）鋼管樁穩定性分析 6.19 工況一鋼管樁反力計算結果圖 由以上計算結果可知，工況一鋼管樁反力為1222.2KN。 a、鋼管樁長細比鋼管樁規格為820*10mm，回轉半徑，鋼管樁長度按30m計算，長細比=150，鋼管樁長細比滿足要求。b、鋼管樁穩定性驗算： 查鋼結構設計與計算 P520頁知：穩定系數0.536， A25729mm2， w=215MPa，鋼管樁穩定性滿足要求。（4） 鋼管樁承載能力分析 根據公路橋涵地基與基礎設計規范沉19、樁的單樁軸向受壓容許承載力： 鋼管樁參數：鋼管樁采用外徑 D = 829 mm，壁厚d = 10mm鋼管樁樁底投影面積 A = 0.539m2鋼管樁周長 U = 2.604m 土層摩阻力統計見下表： 土層摩阻力統計表編號土層名稱土層厚度（m）樁側土摩阻力標準值 (kPa)地基承載力基本允許值 (kPa)3-1-1淤泥1512553-8卵石3.61805506-2-1砂土狀強風化花崗巖9.91104506-2-2碎塊狀強風化花崗巖2.1150750 不計地基承載力，鋼管樁長度按穿過淤泥層與卵石層，打入強風化花崗巖3m，打入深度共21.6m。鋼管樁單樁容許承載力： 由上面計算可知鋼管樁最大反力N=1222.2kN=1507KN 承載力滿足要求。6.2.4、棧橋整體穩定性分析 參考9m跨棧橋的穩定性分析。7、 結論 經驗算，鋼棧橋的受力滿足要求。現場實際施工中，對棧橋的某些主要部位進行加強，提高棧橋的安全可靠性.施工中需注意以下事項： 1、24m跨棧橋必要時可在貝雷梁上面再用一層加強弦桿加強，使其強度更大，下擾度更小。 2、樁頂橫梁腰部用加勁鋼板加強，鋼板間距40cm，樁頂處鋼板間距加密為10cm。 3、棧橋橫向每組貝雷梁用工字鋼或槽鋼連接，每跨貝雷梁至少用2根連接，提高貝雷梁的整體性。 4、樁頂橫梁設置在鋼管樁槽口內，并在底部與鋼管樁間焊接牛腿加固，且兩側與鋼管樁用鋼板焊接固定。