济鱼高速便桥受力检算.doc

中铁二十三局集团有限公司济鱼高速LQSG-5标段项目经理部 钢便桥专项方案1 便桥形式、设计依据及技术标准1.1 便桥结构形式根据我公司现有可调用的钢便桥材料，便桥结构形式及采用材料为：桥台采用钢筋混凝土基础，桥墩采用钢管桩基础，上承式贝雷片承重体系；便桥宽度采用4.5m；单跨跨度12m；在桥台位置设宽度为10cm的伸缩缝详见附图4⑴、承重梁便桥采用4排单层贝雷桁架，使用1350型标准贝雷花架进行横向联结；⑵、桥面系桥面板采用I12.6工字钢和δ=8mm防滑钢板焊接而成的定型组合结构；I22a桥面横向分配梁间距100cm；⑶、桩基础便桥标准钢管桩基础采用单排2根φ630×8mm钢管桩，横向中心间距2.35m；为加强基础的整体稳定性，每排钢管桩间均采用[20号槽钢连接成整体，墩顶横梁采用双拼I32a工字钢；⑷、护栏护栏采用I10工字钢做为立柱，立柱上打孔纵向布置Φ48钢管做为栏杆，高度1.1m，立柱间距2m1.2 技术标准1）设计桥面标高为＋36.5m，水面标高+33.5m，河床标高+30- +30.5m；2）设计桥面宽度4.5m；3）设计行车速度10km/h；4）便桥位置位于线路前进方向左侧，内边线位于现浇梁正投影线外侧5m；5）设计控制荷载：①、便桥施工期间，施工工艺利用50t履带吊车采用“钓鱼法”施工，50t履带吊自重50t+吊重15t,计算时考虑履带吊自重、车辆冲击系数及偏载影响，取用1.3冲击系数，荷载取85T。

②、便桥运营期间：施工重车荷载主要表现在8m3混凝土罐车和后八轮运输车辆，其中：砼罐车自重15t+砼重20t，后八轮运输车自重+额定载重25T，运营过程考虑超载等现象，按限重50T控制，取用1.3冲击系数，荷载取65T钢便桥计算书A 荷载确定1、恒载⑴、钢便桥面层：8mm厚钢板，单位面积重62.8kg，则4.08kN/m；⑵、面板加劲肋工12.6,单位重14.21kg/m，则0.14kN/m； ⑶、上承式面层横向分配梁：I22，单位重33.05kg/m，则0.33kN/m ⑷、桥面系（含I22分配梁）：（2×1767+0.008×0.55×6×7850+4×4.5×33.05）/6=7.23kN/m ⑸、贝雷桁梁：横向4排321型贝雷梁，4.44kN/m⑹、护栏、风、水、电等按0.2t/m计2、活载后八轮运输车：50t(限重)×1.3(冲击系数)=65t；50t履带吊机：50t（自重）+15t（吊重）×1.3（冲击系数）=85t3、施工荷载施工荷载及人群荷载按4kN/m2计B 荷载检算⑴、桥面板检算桥面系面板为8mm厚度的花纹板，骨架为9根I12.6工字钢，焊接成框架结构，其结构稳定可靠，在此不再对面板进行计算，仅对面板主加强肋I12.6进行验算。

I12.6断面内间距为24cm，横向分配梁间距为1.0m，其受力计算按照跨径为1.0m的连续梁进行验算其荷载分析如下：1）自重均布荷载：P1面板=62.8kg*0.24=0.151KN/m2）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用；3）汽车轮压：车轮接地尺寸为0.5m×0.2m，考虑桥面板的整体作用，每组车轮荷载由在3根I12.6工字钢承担，则单根I12.6承受的荷载按照集中力计算为250 kN÷2÷3=41.7kN4）单侧履带压：履带宽0.76m，单侧履带压在4根I12.6梁上（间距0.24×3=0.72m＜0.76m），履带长4.7m，则单根I12.6受力按线性荷载计算为180.85 kN/m÷2÷4=22.6kN/m，此线性荷载在1.5m长的范围内换算成集中荷载的大小为22.6kN/m×1.5=33.9kN<41.7kN的汽车轮压取最大荷载41.7kN荷载计算，当车轮压在工字钢跨中时弯矩最大，按简支梁进行计算，计算模型如下：计算过程及结果（受力模型、弯矩、剪力、挠度） 选用I12.6,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：Wx=77.4cm3,A=18.1cm2,Ix/Sx=11cm(Ix=488cm4，Sx=44.4cm3)，b=0.5cmσ=M/W=10.44× /(77.4×103)=135MPa<1.3[σ] τ=QmaxSx/(Ixb)=20.9×44.4/(488×0.5)=38.03 MPa <1.3[τ]= 110.5Mpa（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：对于临时结构弯曲应力[σ]＝1.3×145＝188.5Mpa，剪应力[τ]＝1.3×85＝110.5Mpa）挠度fmax=0.89mm

计算中忽略了8mm厚面板及钢框架整体分配作用，为此上述计算中是偏安全的，该桥梁面系结构设计满足临时钢结构强度刚度规范要求⑵、桥面分配梁检算荷载分析：1）施工及人群荷载：不考虑与梁车同时作用；2）履带长4.7m，纵向可以同时压在4根I22横梁上（3×1.5m=4.5m＜4.7m)，单侧履带给予单根I22横梁的集中荷载 ：180.85kN/m×4.7m÷2÷4=106kN＜单组车轮压250kN÷2=125 kN，为此选择车轮荷载进行I22的结构验算3）恒载自重=17.66/6×1.5+0.33=4.75KN/m计算过程及结果（受力模型、弯矩、剪力、挠度） 选用I22a,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下：Wx=309.2cm3,A=42.1cm2,Ix=3406cm4，Sx=177.7cm3,b=0.82cmσ=M/W=31.56×106 /(309.2×103)=102MPa<1.3[σ] τ=QmaxSx/(Ixb)=62.57×177.7×106/(3406×0.82×105)=39.8 MPa <1.3[τ]= 110.5Mpa（根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范第1.2.10条有：对于临时结构弯曲应力[σ]＝1.3×145＝188.5Mpa，剪应力[τ]＝1.3×85＝110.5Mpa）挠度fmax=0.6mm

⑶、贝雷梁受力检算分析本栈桥结构形式，计算中选取一跨12m进行结构的强度、刚度及杆件稳定性的验算将12m跨栈桥简化成一简支梁模型进行分析，分析施工荷载作用情形，现对结构物的两种工况进行分析：工况一：当履带吊机位于12m跨中时贝雷梁承受最大弯矩工况二：当吊机位于钢管桩顶区域作业时，贝雷梁承受最大剪力具体的荷载布置情况见本计算书的“荷载分析布置图”，下面分别对工况一、工况二下纵梁内力情况进行建模分析恒载为均布荷载q=7.23+4.44+2=13.67KN/m工况一，当履带吊位于跨中时：计算过程及结果（受力模型、弯矩、剪力、挠度）工况二，当履带吊位于桩顶区域时： 计算过程及结果（受力模型、弯矩、剪力、挠度）经过上述分析知，履带吊施工过程中贝雷梁最大剪力Qmax2=784.94kN，最大弯矩Mmax2=2354.81kN.m本栈桥贝雷梁内力情况为： KQ=【245.2 kN×4片】/784.94kN=1.25安全)；KM=【788.2 kN.m×4片】/2354.81kN.m=1.33(安全)；因此，整体结构强度满足临时钢结构施工设计规范要求结合上述计算，单排贝雷梁内力为：Qmax=784.94kN/4=196 kN，Mmax=2354.81kN.m/4=588.7kN.m根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》第22页贝雷梁结构分析简图可知，贝雷梁的内力可分为受纯弯和纯剪叠加而成。

一）受纯弯时弦杆内力Sx=±M/h=±588.7/1.4=420.5KN，弦杆截面积25.48cm2，因此弦杆应力：σ=±Sx/A=±420.5×103/(25.48×102)=165MPa≤1.3×210=273 MPa满足强度要求弦杆的稳定性：ng=σcγ/σ=273/165=1.65＞nw，稳定性满足要求；二）受纯剪时查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页“桁架容许内力表”可知不加强的单排单层贝雷的容许剪力为245.2kN；斜杆内力：SF=±Q/2sinθ=±√2/2×196=±138.6KN端竖杆内力：SZ=±Q/2 =±1/2×196=±98KN，斜杆、竖杆采用I8，截面积为9.53cm2因此，斜杆、竖杆应力σ=±Sx/A=±138.6×103/(9.53×102)=145MPa≤1.3×210=273 MPa弦杆的稳定性：ng=σcγ/σ=273/145=1.88＞nw，稳定性满足要求；三）挠度检算桥梁总惯性矩I查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页表3-5可知，单排单层桁架J=250497.2cm4,纵向的桥面层I12.6工字钢的Ix=488cm4,4.5米宽桥沿桥梁方向共有4片桁架和27根I12.6桥面纵向梁。

因此，其总惯性矩为I=4×J+27×Ix=1015165 cm4=0.010152 m4①弹性挠度查《路桥施工计算手册》第764页附表2-9中的计算系数可知，均布荷载产生的挠度为：fq=0.677×ql4/(100EI),其中EI=2.1×105Mpa×0.010152 m4=0.21×1010N.m2.因此，fq=0.677×ql4/(100EI)= 0.677×197.75×124÷（100×0.21×1010）=1.3×10-5m=1.3×10-3cm=0.0013cm②非弹性挠度按照《装配式公路钢桥多用途使用手册》第39页贝雷桁架挠度计算经验公式，当桁架节数为偶数时，简支梁其跨中最大挠度为：fmax=dn2/8其中：n为桁架节数，d为常数；单层桁架d=0.3556cm,双层桁架d=0.1717cm；跨内共有4节桁架，且为单层桁架将上述数据代入公式得fmax=0.3556cm×42/8=0.711cm③总挠度由以上计算可得到桁架在自重及履带吊作用下产生的最大挠度为：f总=f非+f弹=0.0013cm+0.71cm=0.71cm按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86第1.1.5条“对于临时或特殊结构，其竖向挠度容许值可与有关部门协商确定”以及参考《装配式公路钢桥多用途使用手册》第49页计算示例，其竖向挠度容许值需满足f/L=1/250,即本桥12m跨的挠度容许值为f容=1200cm/250=4.8cm。

因此，上述计算得到的f总= 0.71cm＜f容=4.8cm，满足要求⑷、桩顶横梁检算I32a工字钢：A=67.12cm2，W=692.5cm3，I=11080 cm4 b=1.08cm，Sx=400.5cm3重量52.69kg/m恒载：13.67×12=164KN，活载：履带吊位于桩顶区域时，根据上节计算，桩顶横梁反力为784.94KN，4片贝雷片平均分配，每一片对工字钢的压力（双拼I32a工字钢）P=164/2/4+784.94/4=216.7KN 计算过程及结果（受力模型、弯矩、剪力、挠度）工字钢的最大弯矩：M=149.58KN.m，最大剪力：N=221.6KN最大应力：σ=M/W=149.58×103/(2×692.5×10-6)=108Mpa ＜1.3×〔σw〕＝188 Mpa 该结构安全最大剪应力：τ=QmaxSx/(Ixb)=221.6×400.5×106/(11080×1.08×105) 。