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1、附件2-3新建云桂铁路引入南宁枢纽站前及部分站后工程新南宁邕江四线特大桥栈桥计算书编制:复核:审核:中铁四局集团有限公司南宁枢纽标工程指挥部二O一0年六月1.工程概况南宁枢纽东起湘桂线邕宁站，西至云桂线江西村DK21+500，南至南防线吴圩站。新南宁邕江四线特大桥梁中心里程为：DK3+619.80，孔跨式样为1332m+（36+64+36）m连续梁+224m+132m+（72+2128+72）m连续梁+（52+88+52）m连续梁+232m+（36+64+36）m连续梁+832m预应力混凝土梁。桥梁全长为1723.68m，桥梁里程范围为D1K2+765.408D1K4+489.088。本桥依次
2、跨越江北大道、邕江、江南大道、五一路。邕江在本桥位处属内河级航道，桥位跨越邕江处江面宽约370m，江面至轨面约33.5m。连续梁主墩采用圆端型实体墩，边墩及其余桥跨桥墩均采用矩形墩，钻孔桩基础。本桥主跨（72+2128+72）m连续梁20#22#桥墩基础位于邕江水中，现施工常水位水深约5.313.8m，且河床覆盖层较厚，下为岩层，30m内地质大致情况是第一层覆盖层粘土厚1.5m，第二层细圆砾土厚10m，第三层泥岩夹泥质粉砂岩夹褐煤20m，19#、23#采用钢板桩围护施工，20#22#桥墩承台砼施工之前设置双壁钢围堰并进行水下砼封底施工、20#22#钻孔桩均采用钻孔平台施工。为了对河中墩提供物资
3、设备等，修建栈桥连接钢平台。栈桥桥址处于施工水位63.85m，百年一遇流速2.1m/s，栈桥桥面标高68.28m。栈桥基础采用630mm钢管桩，桩顶设置分配梁采用两根工字钢I40a型钢。栈桥标准跨度12m，4跨一联。2.设计标准2.1设计原则栈桥的设计原则按下述的工作状态和非工作状态计算设计，“工作状态”是指有施工人员在栈桥上，必须保证绝对的安全，设防标准最高。要求各构件处于弹性，最大应力小于屈服强度；结构具有足够的耐疲劳性能；工字梁的允许跨中挠度按照桁架选取，为1/400的单跨跨径；桩顶的允许横向位移按照框架柱选取，为1/150的桩长且稳定因子大于4，即小于1/600桩长；桩基的竖向承载力安
4、全系数大于2；结构上的任何连接不破坏。 “非工作状态”是指由于出现概率较小、荷载值较大，且栈桥停止施工并封闭，因而要求可以相对放宽，允许发生可修复性的破坏，栈桥经简单的修复后能够迅速地投入使用。2.2基本结构形式主体结构：栈桥跨度12m，4*12m一联，主梁采用“321”型贝雷桁架，每联之间设置双墩，断面采用八片贝雷片，布置形式见附图。桥面系：由I28a作横梁，I14作分配梁，面板采用10mm花纹板。桩基础：钢管桩直径630mm，=10mm；钢管桩所用钢管，材质Q235，采用钢板卷焊。2.3设计荷载（1）设计荷载为公路I级；（2）施工车辆，按混凝土罐车车辆组（单辆混凝土罐车总重40t，前后轴分
5、别为10.5t，2*14.75t）计算，车辆间距10m。（3）50t履带吊（履带吊接地面积2-4660*760mm2）（4）设计流速:2.1m/s.2.4主要计算依据（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）公路桥涵钢结构与木结构设计规范（JTJ025-86）（4）装配式公路钢桥多用途使用手册（5）桥梁工程（合肥工业大学出版社）（6）南宁枢纽工程设计说明与图纸3.桥面系计算3.1桥面系基本材料 栈桥桥面板采用10mm花纹钢板，分配梁I14和横梁I28a。分配梁间距30cm，横梁间距75cm。桥面系构造见图1.图1.桥
6、面系构造3.2计算荷载桥面系的设计荷载为公路-I级，混凝土罐车，履带吊-50t.经过计算，公路-I级和履带吊-50t在桥面系分析中不起控制作用，故只考虑混凝土罐车车轮轮压。3.3计算模型 根据弹性理论，采用有限元法对桥面系进行应力分析。弹性模量取2.06*103，泊松比取0.3，容重为78.5kN/m3。桥面板按四轮荷载作用下连续板计算，考虑混凝土罐车最不利荷载为后轴P=147.5kN，轮压面积为0.6*0.2m2，为了方便计算，取轮压面积0.375*0.15m2，则压力荷载147.5/（2*0.375*0.15）=1306.7kN/m，每轴共两处，间距1.8m。图2.桥面系计算模型（混凝土罐
7、车）3.4计算结果桥面板和分配梁的计算通过midas建模计算，计算结果汇总于下表：工况10mm桥面钢板I14工字钢横梁桥面板挠度混凝土罐车轮压荷载131MPa83MPa1.4mm以上计算结果，桥面板最大应力131MPa，I14分配梁最大应力83MPa，都在容许应力145MPa的范围内。桥面板竖向位移为1.4mm，满足设计要求。图3.桥面板应力图图4. I14工字钢分配梁应力图图5.桥面板挠度图横梁的计算桥面系横梁最不利布置车轮是车轮刚好压在横梁上，最不利荷载情况下，横梁的应力图见下：图6.横梁组合应力图图7 横梁剪应力图图8.横梁竖向挠度图由上可得横梁弯曲应力最大值是43.9MPa，剪应力最大
8、值是39.1MPa，竖向位移0.40mm。Q235钢材容许弯曲应力值145MPa，容许剪应力值85MPa，容许挠度1500/400=3.75mm,满足要求！4.贝雷桁架计算4.1栈桥结构分析计算荷载为公路I级荷载，验算荷载为混凝土混凝土罐车车辆组、单辆50t履带吊。贝雷梁计算考虑的工况为：（1）计算荷载：恒载+公路一级（2）验算荷载工况一：横载+双列混凝土罐车车辆组（3）验算荷载工况二：恒载+单辆50t履带吊贝雷梁结构形式为4*12m一联的联系梁，其桥梁立面图见图9.图9.一联栈桥立面图4.2计算结果结构内力计算贝雷片主梁按整体单梁计算，结果如下：贝雷梁在恒载+两车道公路-I级作用下的弯矩、剪
9、力包络图见下图。图10.恒载+两车道公路一级作用下弯矩包络图图11.恒载+两车道公路一级作用下剪力包络图贝雷梁在恒载+两列混凝土混凝土罐车罐车的作用下的弯矩、剪力包络图见下。图12.恒载+两车道混凝土罐车荷载作用下弯矩包络图图13.恒载+两车道混凝土罐车荷载作用下剪力包络图贝雷梁在恒载+单辆50t的履带吊的作用下弯矩、剪力包络图见下图14.恒载+单辆50t履带吊荷载作用下弯矩包络图图15.恒载+单辆50t履带吊荷载作用下剪力包络图弯矩剪力计算结果汇总如下计算工况弯矩（kN.m）剪力（kN）最大值最小值最大值最小值1.恒载+公路I级170313148918812.恒载+混凝土罐车20521580
10、9989563.恒载+履带吊1170868593593挠度计算贝雷梁的位移分为弹性和非弹性变形，下面参考装配式公路钢桥多用途使用手册计算。A弹性变形计算单片不加强贝雷梁的截面抗弯惯性矩Ix=4*（198.3+702*12.74）=250497cm4，四组双排贝雷片抗弯惯性矩是20039776cm4，弹性模量2.06*105MPa，根据以上建模利用midas计算挠度值,得到在自重和混凝土罐车组合下，竖向挠度值最大，结果如下：图16.恒载+两车道混凝土罐车荷载作用下竖向挠度图B非弹性变形计按贝雷梁挠度计算经验公式：=3.556*42*/8=7.112mmC.挠度计算结果见下表工况恒载+公路I级恒载
11、+混凝土罐车恒载+履带吊挠度（mm）11.413.010.7结果验算A内力验算查阅装配式公路钢桥多用途使用手册，“321”贝雷桁架容许内力表：双排单层：容许弯矩1576.4kN*m 容许剪力490.5kN。本桥采用四组双排单层贝类桁架，取折减系数0.85，则：1576.4*4*0.85=5359.8kN*m2052kN*m490.5*4*0.85=1667.7kN998kN满足设计要求！B位移验算从上可得，贝雷梁的竖向位移最大值是13.0mm，与跨度比为1/923,小于1/400，因此栈桥的刚度能满足使用要求。5.桩顶横梁计算5.1桩顶横梁最不利受力主梁支撑点反力值见下表：工况恒载+公路I级恒
12、载+混凝土罐车恒载+履带吊反力kN11521206764桩顶横梁支撑贝雷片，其受到最不利集中力P=1206/8=150.75KN。5.2横梁结构计算桩顶横梁受到上部贝雷梁传递的荷载，其支撑点在钢管桩上，支撑点按铰点考虑，则桩顶横梁应力图如下所示图19.桩顶横梁弯曲应力图图20.桩顶横梁剪应力图由上知桩顶横梁弯曲应力最大值71MPa，剪应力最大值49.2MPa。Q235钢材容许弯曲应力值145MPa，容许剪应力值85MPa，满足要求！6.钢管桩自身强度的计算6.1计算荷载（1）竖向荷载。由上述计算的一排四个墩荷载最大值按平均计算，1206/4=301.5kN。（2）流水压力.桥址处百年一遇流水速
13、度是2.1m/s。河道在丰水期水深达20m，此时钢管桩入水深度20m，则流水压力计算如下： =0.8*0.63*3.14/2*20*10*2.12/2/9.81 =35.6kN作用位置在水面以下0.3倍水深处。（3）汽车制动力。单车道一联制动力值按照公路级车道荷载计算，一联长度48m，则：F=10.5*48*0.1=50.4KN，但是对于公路级汽车荷载制动力不小于165kN，公路级汽车荷载的制动力不小于90kN。然而施工栈桥道路等级较低，设计速度仅是10km/h，其产生的制动力较小，且栈桥又是临时结构，因此单车道制动力按照F=60kN计算。又在栈桥上禁止车辆超车，则一联的桥梁制动力是F=60k
14、N。下面计算桥墩抗推刚度。单排墩：I=3.7445*10-3m4i=li3/（3EI）=203/（3*2.06*105*0.0037445）=3.45则抗推刚度k=0.289双排墩：I=(3.7445*10-3+0.3152*1.9478*10-2*4)*2=0.0229i=li3/（3EI）=203/（3*2.06*105*0.0229）=0.565则抗推刚度k=1.769则制动力桥墩分布是，单排墩60*0.289/（0.289*3+1.769）=6.6kN双排墩60*1.769/（0.289*3+1.769）=40.2kN。制动力均作用于墩顶。6.2钢管桩结构检算荷载组合钻孔钢平台顶面高程
15、+68.28m，21#墩位河床标高+50.37m。因此钢管自由桩长17.91m，在考虑河床底2m覆盖层，桩的自由长度按20m计算。荷载按以下组合：组合一：竖向荷载+制动力组合二：竖向荷载+流水压力竖向力按301.5kN计算，双排墩每根钢管受到制动力40.2/8=8.04kN，作用于桩顶单排墩每根钢管桩受到制动力6.6/4=1.65kN，作用于桩顶外侧钢管受到水流压力35.6kN，作用点桩顶下6.7m。钢管桩竖向稳定性验算竖向力F=301.5KN，桩底弯矩Mmax=35.6*（20-6.7）=437.5KN*m压应力 =F/A+M/w=37.4MPa拉应力 =F/A-M/w=-6.4MPa剪应力 =3
