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路桥华南工程有限公司 路桥华南工程有限公司

栈 桥 设 计 指 南

编制: 编制: 复核: 复核: 审核: 审核:

路桥华南工程有限公司技术研发部 二 OO 八年二月

第1章 第2章 2.1

前 言…… 1 钢栈桥设计…… 3 相关资料收集 …… 3

2.2、栈桥结构设计 …… 3 第3章 3.1 3.2 3.3 3.4 钢栈桥结构验算…… 8 设计荷载组合 …… 8 各类材料容许应力 …… 15 栈桥设计验算 …… 16 主要事项 …… 23

附录: 设计实例…… 25 ㈠、工程概况 …… 25 ㈡、结构设计 …… 25 ㈢、计算过程中采用的部分参数 …… 26 ㈣、设计技术参数及荷载的确定 …… 26 ㈤、主栈桥结构设计与验算 …… 27

栈桥设计指南

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第1章 前 言

1.1 编制目的

近年来,随着公司承建的项目越来越多,各类临时结构工程也越来越多,设计工 作量也越来越大。为了减少设计工作量、提高设计水平、提高临时结构通用性和提高 临时材料周转使用率,公司计划对一些常用临时结构,推行标准化设计。为此,由公 司技术研发部组织,将进行多项《设计指南》的编写。 《设计指南》由技术研发部编制,将作为全公司范围内各分项工程结构设计的依 据和参考,用于指导项目常规施工方案的设计,促进常规方案的标准化和模块化,从 而起到减少项目方案设计人员的设计强度的作用, 达到提高临时材料周转使用率的目 的。 栈桥作为一种施工通道,是为工程建设服务的一项大型临时结构,尤其在跨江、 跨河甚至跨海大型桥梁建设中,在船只无法靠近的情况下,通过栈桥完成施工作业成 为一项有效常用的工程措施。栈桥具有规模大、载荷重、结构复杂等特点,目前我公 司在建的项目,栈桥的临时工程量很大。栈桥设计有一定的难度,尤其国内缺乏这方 面的规范及参考书,为了给栈桥设计提供方便,减少困难,同时符合公司推行标准化 设计的要求,特编写此指南。 在指南编写过程中还参考了近几年来我公司一些项目使用过及正在使用的各类 栈桥,结合其各自的特点及其共同特征进行编写;指南编写本着通用性的原则,力求 适用于各种环境、地质情况,并结合项目自身情况,对其栈桥设计进行指导。 《设计指南》的编写,是一项系统的,庞大的工程,本指南在编写中力求内容完 善、实用、无误。但由于编者经验较少、水平有限,在指南中有不足甚至错误之处在 所难免,欢迎批评指正,并提出宝贵意见,将《设计指南》不断完善。

1.2 适用范围

本指南适用于普通江、河、水塘、浅海区域的临时钢栈桥结构的设计及计算。

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1.3 相关规范及参考资料

本指南编写过程中,主要参考以下规范及文件: a、 《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004); 》 b、 《铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-05); 》 c、 《钢结构设计规范(GB50017-2003); 》 d、 《装配式公路钢桥使用手册》 ; e、 《公路桥涵钢结构与木结构设计规范(JTJ 025-86); 》 f、 《结构力学》 ; g、 《路桥施工计算手册》 ; h、 《公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85); 》 i、 《海港水文规范(JTJ213-98); 》 j、 《港口工程荷载规范(JTJ215-98); 》 k、 《港口工程桩基规范(JTJ254-98); 》 l、 《内河航道与港口水文规范(JTJ 214-2000); 》 以及其它相关行业规范,设计图纸等资料。

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第 2 章 钢栈桥设计

2.1 相关资料收集

在展开进行钢栈桥结构设计前,需要收集以下资料: 1) 、工程项目设计图纸; 2) 、沿线各种地形断面图,地层断面图、地质报告; 3) 、气象、水文资料; 4) 、栈桥的功能和修建栈桥的目的; 5) 、通过栈桥各种机械资料,主要为机械规格、外形尺寸、性能及轮压; 6) 、通过栈桥其他最大和最重构件尺寸、重量。

2.2、栈桥结构设计 、栈桥结构设计 2.2.1 栈桥平面位置确定

栈桥平面位置的确定要结合主体工程施工方法进行全面分析,考虑因素有以下几 点: a、满足施工机械靠近施工现场,方便施工作业; b、确保施工通道畅通; c、尽量与钻孔平台相结合; d、尽量保证栈桥轴线与主桥轴线平行; e、栈桥布置应不影响水上通航,如需船舶配合作业,栈桥设置在上游侧; f、不能影响测量观测(桥梁轴线) ; 以上是栈桥平面布置确定时应注意的几个问题。事实上各方面因素是相互矛盾 的,都要照顾到比较困难,只能抓主要方面,照顾大局,使栈桥布置协调,方便施工。

2.2.2 栈桥净空确定

栈桥标高主要根据当地最大洪水水位(潮位)考虑,桥下净空应根据计算水位或 最高流冰水位加安全高度确定,并保证不会形成流冰、漂浮物阻塞;同时又要考虑施 工便道及施工平台标高,并尽量与其保持一致,尽量避免设计纵坡。在不通航的情况

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下,桥下净空不应小于表 2-1 规定。如考虑通航情况时,还需考虑满足桥下船只正 常通行。

非通航河流桥下最小净空 表 2- 1

栈桥跨度确定应从安全、经济、搭设方便、满足通航、满足泄洪要求等方面考虑。 从安全角度考虑必须保证在桥梁设计洪水位以内的各级洪水及流冰、 漂浮物等的安全 通过;栈桥跨度从设计及制造的角度考虑,跨度设计种类越少越好,以减少设计及制 造的工作量,且节约成本。

2.2.3 栈桥跨径选择

栈桥跨径的选择的影响因素较多,目前较常用的跨径有 9m、12m、15m、18m、 24m 及 36m 等不同等级,考虑因素主要如下: ⑴.通航因素影响,根据航道规划,预留通航孔; ⑵.所用材料影响,一般型钢栈桥 9~12m,贝雷栈桥 15~18m; ⑶.施工方式影响,如采用履带吊机悬臂施工方法,一般 12~18m,受履带吊机 起吊能力制约; ⑷.受基础形式影响,如地基较差、基础投入大,一般尽量将跨径加大,设计时 可对数种跨径经济性进行比较。

2.2.4 栈桥结构确定

㈠、基础选择 目前常用的临时栈桥基础可采用临时钢管桩基础或预应力管桩基础。预应力管桩 基础适用于陆地及浅水区施工,具有单桩承载力大,价格低廉,施工方便等优点,但 基础不能周转使用,需要采用柴油锤插打,需要大型设备(如打桩船) 。如采用预应 力混凝土管桩,可参考表 2-2(或相关标准)进行选取。 预应力混凝土管桩力学性能 表 2-2 -

4

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外径 (mm)

壁厚 (mm)

型号 A

预应力 钢筋

抗裂弯矩 (KN·m) 23 28 33 52 63 75 99 121 144 166 125 154 182 211 164 201 239 276 367 451 535 619 689 845 1003 1161

极限弯矩 竖向承载力 最大桩节 理论重量 (KN·m) 设计值(KN) 长度(m) (Kg/m) 34 45 59 77 104 135 148 200 258 332 188 254 328 422 246 332 430 552 550 743 962 1238 1030 1394 1805 2322 8900 15 924 6000 15 620 4250 4800 15 440 499 3550 4150 15 368 434 3150 3700 15 327 368 2250 12 249 1250 11 131

6φ7.1 6φ9.0 8φ10.7 10φ7.1 10φ9.0 12φ9.0 10φ9.0 10φ10.7 13φ10.7 13φ12.6 11φ9.0 11φ10.7 15φ10.7 15φ12.6 13φ9.0 13φ10.7 17φ10.7 17φ12.6 15φ10.7 15φ12.6 22φ12.6 27φ12.6 22φ10.7 22φ12.6 30φ12.6 40φ12.6

300

75

AB B A

400

95

AB B A

500

100 125

AB B C A

550

100 125

AB B C A

600

110 130

AB B C A AB B C A AB B C

800

110

1000

130

水上钢栈桥基础较多采用钢管桩,钢管桩具有重量轻、施工方便、抵抗弯矩能力 强,方便施工(可用振动锤插打)等特点,应用较为广泛。 钢管桩可通过焊接纵向、横向平联增加整体稳定性。为了统一规格,提高钢管桩 周转使用率,设计时应选择表 2-3 中所规定的标准材料。

基础材料选用表 部位 钢管桩 可选规格(mm) GB-SPWSP630×8 A (mm ) 15632

2

表 2- 3

4

Ix(mm ) 7.5612e+08

Wx(mm ) 2400392

3

单位重 (kg/m) 122.7

5

栈桥设计指南 GB-SPWSP711×10 GB-SPWSP820×10 GB-SPWSP820×12 GB-SPWSP1020×12 GB-SPWSP1020×14 GB-SPWSP1220×12 GB-SPWSP1220×14 GB-SPWSP273×6 GB-SPWSP325×6 桩间平 联 GB-SPWSP426×6 GB-SPWSP426×8 GB-SPWSP508×8 GB-SPWSP610×8 22011 25434 30445 37981 44224 45517 53016 5030 6010 7913 10500 12560 15122 1.353e+09 2.088e+09 2.487e+09 4.828e+09 5.600e+09 8.310e+09 9.657e+09 4.888e+07 7.653e+07 1.746e+08 2.296e+08 3.929e+08 6.857e+08

路桥华南工程有限公司 3806925 5092240 6065949 9467291 10980127 13622805 15815034 358113 470972 819935 1077878 1546853 2248163 172.8 199.7 239.0 298.2 347.2 357.3 416.2 39.5 47.2 62.1 82.4 98.6 118.7

㈡、纵、横分配梁、承重梁及桥面系选择 横分配梁、 选用型钢作为分配梁,选用型钢或贝雷作为承重梁;桥面采用钢板或倒扣槽钢, 钢板厚度为 10~12mm,密排倒扣槽钢采用[20~[25a。各类材料选用时,应该考虑通 用性要求,如采用型钢时选用表 2-4 中所列材料:

栈桥上部结构材料选用表 栈桥上部结构材料选用表 部位 可选规格(mm) A (mm ) I56a I45a 承 重 梁 I36a I32a H600×200 H500×200 H450×175 I45a 分 配 梁 I36a I32a I28a I25a H450×175 13538 10240 7644 6712 13520 11420 8341 10240 7644 6712 5537 4851 8341

2

表 2- 4 Wx(mm ) 2342000 1432933 877556 692500 2610000 1910000 1200000 1432933 877556 692500 508214 401360 1200000

3

Ix(mm ) 6.558e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.820e+08 4.780e+08 2.710e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.115e+07 5.017e+07 2.710e+08

4

Iy(mm ) 1.366e+070 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 2.28e+07 2.14e+07 7.93e+06 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 3.441e+06 2.804e+06 7.93e+06

4

Wy(mm ) 164554 114000 81603 70615 41400 43300 30800 114000 81603 70615 56410 48345 30800

3

单位重 (kg/m) 106.3 80.4 60.0 52.7 106.0 89.6 65.5 80.4 60.0 52.7 43.5 38.1 65.5 6

栈桥设计指南 [25a 面 板 [20 δ=10mm δ=12mm 3491 3283 3.359e+07 1.9143+07 1.759e+06 1.436e+06

路桥华南工程有限公司 268728 191370

2

61396 51748

27.4 25.8

重量 78.5Kg/m 重量 94.2Kg/m

2

承重梁选用贝雷桁架片时其力学性能如下表:

贝雷力学性能表 贝雷力学性能表 表 2- 5

贝雷允许内力表 贝雷允许内力表

表 2- 6

各项目可根据项目当地条件及项目具体情况对栈桥结构及用材进行选定。

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第 3 章 钢栈桥结构验算

3.1 设计荷载组合 3.1 3.1.1 荷载分类

作用在栈桥上的计算荷载,主要分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载 3 类。 永久荷载:经常作用在结构物上的力 可变荷载:出现几率较小的各种外力 偶然荷载:偶然发生的外力

3.1 3.1.2 荷载组合

进行栈桥结构设计时,应根据结构特性,按下表所列荷载就其可能发生最不利组 合情况进行计算。

栈桥计算荷载 荷载分类 序号 1 永久荷载 2 3 4 5 6 7 可变荷载 8 9 10 11 偶然荷载 12 汽车制动力 风荷载 流水压力 冰压力 船舶、漂浮物撞击力 不与 8、11 同时参与组合 不与 8、10 同时参与组合 不与 10、11 同时参与组合 荷载名称 结构自重 土侧压力 静水压力及浮力 车辆荷载 汽车冲击力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 备注 表 3- 1

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3.1 3.1.3 荷载分析

㈠、栈桥自重荷载:包括结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力;结构重力 栈桥自重荷载: 标准值按下表所列常用材料的重力密度计算。

常用材料的重力密度 表 3- 2

㈡、土侧压力:分为静土侧压力和主动土侧压力两种; 土侧压力: ⑴.静土压力的标准值可按下列公式计算 ej= ξγ h ξ=1-sinφ E j=

1 ξγ H 2

2

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P20 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》

2

4.2.3-1) 4.2.3-2) 4.2.3-3)

式中: ej——任一高度 h 处的静土压力强度(KN/m ) ; ξ——压实土的静土压力系数; γ——土的重力密度(KN/m ) ; φ——土的内摩擦角(°) ; h——填土顶面至任一点的高度(m) ; H——填土顶面至基底高度(m) ; Ej——高度 H 范围内单位宽度的静土压力标准值(KN/m) ;

3

在计算倾覆和滑动稳定时,墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压 力可按静土压力计算。 ⑵.主动土压力标准值可按下式计算: 当土层特性无变化但有汽车荷载作用时, 作用在桥台、 挡土墙后的主动土压力标 准值在β=0 时可按下式计算:

9

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E=

1 BμγH(H + 2h) 2

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 (P21

4.2.3-4) 4.2.3-5)

μ=

cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ?

2

式中: E——主动土压力标准值(KN) ; μ——主动土压力系数; γ——土的重力密度(KN/m ) ; B——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度(m) ; H——计算土层高度(m) ; β——填土表面与水平面夹角,这里β=0; α——桥台或挡土墙背与竖直面夹角; δ——台背或墙背与填土间的摩擦角,可取δ= φ——土的内摩擦角(°) ; h——汽车荷载的等代均布土层厚度(m) ;

3

φ

2

主动土压力的着力点自计算土层底面算起,C=

H H + 3h × 。 3 H + 2h

图 3-1 主动土侧压力图

⑶.作用在柱上的土侧压力计算宽度可按下列规定采用: Ⅰ、当 li ≤ D 时,作用在每根柱上的土压力计算宽度可按下式计算:

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《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P22 《公路桥涵设计通用规范》

4.2.3-8)

图 3-2 柱的土侧压力计算宽度 Ⅱ、当 li > D 时,应根据柱的直径或宽度来考虑柱间空隙的折减。

《公 ( 公路桥涵设计通用规范》P23 《 路桥涵设计通用规范》

4.2.3-10)

a、当土层特性有变化或受水位影响是,宜分层计算土的侧压力; b、土的重力密度和内摩擦角应根据调查或试验确定。

㈢、车辆荷载 车辆荷载 车辆荷载根据栈桥使用实际情况确定,如不能确定最大车辆荷载时采用表 7 汽车 荷载进行设计;如确定通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带吊车时,考虑履带 吊在栈桥作业时,按 50T 履带吊+最大吊重(或 80t)进行设计。 ⑴.车辆荷载的立面、平面尺寸见图 3-3、图 3-4,主要技术指标规定见表 3- 3。

车辆荷载主要技术指标 表 3- 3

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车道荷载的立面、 图 3-3 车道荷载的立面、平面尺寸

图 3-4 车辆荷载横向分布

a、履带—50 级荷载的立面、平面尺寸见图 5

履带— 级荷载的立面、 图 3-5 履带—50 级荷载的立面、侧面尺寸

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⑷、冲击荷载 汽车在栈桥行驶时限速最大 20Km/h,避免栈桥上出现跳车现象,汽车冲击荷载可 按汽车总重的 10%计算,即 1.1 倍系数考虑。 ⑸、汽车制动力 汽车在栈桥行驶时限速最大 20Km/h, 禁止在桥上急刹车, 汽车制动力可不予考虑。 ⑹、风荷载、流水压力 ①、风荷载 对于一般水上栈桥,可不予以考虑风荷载影响;对于位于台风多发地区桥梁,或 海上桥梁施工栈桥,由于其迎风面积较大,设计时应予以考虑风荷载影响。 风荷载 假定水平地垂直作用于各部分迎风面积的形心上,其标准值可按下式计算: Fwh = k0 k1k3Wd Awh Wd =

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P28 《公路桥涵设计通用规范》

4.3.7-1)

γVd 2

2g

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》

4.3.7-2)

W0 =

γV 10 2

2g

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》

4.3.7-3)

Vd = k 2k5V10

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》

4.3.7-4) 4.3.7-5)

γ = 0.012017e ?0.0001Z

式中: Fwh ——横桥向风荷载标准值(KN) ;

W0 ——基本风压(KN/m2) ; Wd ——设计基准风压(KN/m2) ; Awh ——横向迎风面积(m2) ,按结构各部分的实际尺寸计算; V10 ——桥梁所在地区的设计基本风速 (m / s ) ,系按平坦空旷地面,离地面 10m 高,

重现期为 100 年 10min 平均最大风速计算确定;

Vd ——高度 Z 处的设计基准风速 (m / s ) ;

Z ——距地面或水面的高度(m) ;

γ ——空气重力密度(KN/m3) ;

k0 ——设计风速重现期换算系数,对于平台结构可取 0.75,当桥梁位于台风多发地

区时,可根据实际情况适度提高 k0 值;

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k3 ——地形、地理条件系数,一般取 1.0; k5 ——阵风风速系数,对 A、B 类地表 k5 =1.38,对 C、D 类地表 k5 =1.70。A、B、

C、D 地表类别对应的地表状况见表 3-8; 地 表 分 类 表 3- 4

k 2 ——考虑地面粗糙度类别和剃度风的风速高度变化修正系数,按下表取用;

风速高度变化修正系数 K2 表 3- 5

k1 ——风载阻力系数,按下列规定确定:

式中: B ——宽度(m) ;

H ——高度(m) 。

②、流水压力 桥墩上流水压力标准值按下式计算:

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P33 《公路桥涵设计通用规范》

4.3.8)

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K——桥墩形状系数,见表 3-6 桥墩形状系数 表 3- 6

⑺、船舶或漂流物撞击力 栈桥设计时常与平台、 码头结合考虑, 在靠近码头或平台部位需要设置防撞装置, 如防撞桩等,栈桥本身结构可以不予以考虑船舶撞击力影响。漂流物横桥向撞击力标 准值按下式计算: F= WV gT

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P37 《公路桥涵设计通用规范》

4.4.2)

式中: W ——漂流物重力 (kN ) ,应根据河流中漂流物情况,按实际调查确定;

V ——水流速度 (m / s ) ;

T ——撞击时间 ( s ) ,应根据实际资料估计,在无实际资料时,可用 1s; g ——重力加速度 (m / s 2 ) 。

3.2 各类材料容许应力

根据《钢结构设计规范》 ,计算时 Q235、Q345 钢材的强度设计值取值如表 3-9。 根据《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》 ,栈桥结构设计采用容许应力法,容 如 对临 许应力值为极限应力值/1.5, Q235 钢的容许应力=极限应力 210/1.5=140Mpa, 时性结构,采用 1.3 容许应力提高系数;栈桥结构采用 Q235 钢材的容许应力值如下: 轴向应力[σ]=140×1.3≈180Mpa;[σw ]=145×1.3≈185Mpa; [τ]=85×1.3≈ 110Mpa。

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栈桥设计指南 设计用钢材强度值 钢材型号 钢材序 号 1 2 Q235 3 4 5 6 Q345 7 8 35~50 50~100 270 250 155 145 40~60 60~100 16 16~35 200 190 315 300 115 110 185 175 构件钢 号 厚度 mm 16 16~40 抗拉,压,弯 f MPa 215 205 抗剪 fv MPa 125 120

路桥华南工程有限公司 表 3-9 端面承压 fce MPa 320 320 320 320 410 410 410 410

栈桥设计还需对刚度进行验算,控制各构件挠度,满足结构刚度要求,并利于 材料周转使用。挠度的容许值一般为挠度与梁跨长的比值满足

f max 1 1 ≤ ~ 。 l 250 400

3.3 栈桥设计 栈桥设计验算

栈桥由基础及承重结构组成。基础分为桥头桥台及桩基础;承重结构自桩顶向上 分为,承重梁、分配梁及桥面附属结构。

基础设计计算(承载力、稳定性、入土深度) 3.3.1 基础设计计算(承载力、稳定性、入土深度)

栈桥基础设计时考虑桥头采用重力式混凝土桥台或重力式砌体结构, 也可采用支 撑桩桥台,水中部分采用钢管桩进行支撑。 ㈠、扩大基础设计计算 ㈠、扩大基础设计计算 扩大基础设计 桥头采用扩大基础设计时,需进行桥台抗倾覆验算和基底承载力计算。进行抗倾 覆验算时其荷载组合应为:台后有汽车荷载作用时产生的被动土压力。 ①、将汽车荷载换算成等代均布土层厚度:

h=

ΣG Blγ

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P27 《公路桥涵设计通用规范》

4.3.4-1)

式中:在破坏棱体长度范围内只能放一辆重车,因为栈桥为双车道,则 ΣG =2 × G;

16

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L 为破坏棱体长度,对于台背为竖直时,L=H tgθ ,H 为桥台高度,

tgθ = tgω + (ctgφ + tgω )(tgω ? tgα ) 而 ω = φ + δ + α ;

②、土压力:

1 Ej= BμγH(H + 2h) 2

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》

4.2.3-1)

其水平分力:Ejx= Ej cos(δ + α ) ,对基底形心水平弯矩 Mjx= Ejxc×C; 其竖向分力:Ejy= Ej sin(δ + α ) ,,对基底形心竖向弯矩 Mjy= Ejy×C; ③、基底应力: σ = ∑P ∑M + A W

式中: ∑ P 为桥台自重及土侧压力竖向分力 ;

∑ M 为桥台自重对形心产生弯矩及土侧压力产生弯矩 ;

A 为底面积;

Bh' 2 W= ,h’为填土高度; 6

④、稳定性验算: 抗倾覆稳定系数 K 0 =

y e0

式中:y——基底截面重心至压力最大一边的边缘的距离;

e0——外力合力偏心距, e0 =

∑ Pe + ∑ Th ,P 为各竖直分力,T 为各水平分力,e 为 ∑P

相应于 P 作用点至基底形心的距离,h 为相应于 T 作用点至基底的距离; K0——一般对主要荷载组合取 k 0 ≥ 1.5 ,各种附加荷载组合取 k 0 ≥ 1.1 ~ 1.3 ;

抗滑移稳定稳定系数: K c =

μ∑P

∑T

式中:μ——基础底面与地基土间的摩擦系数,如无实测资料时可参考表 3-10。 P——各竖直分力;

17

栈桥设计指南 T——各水平分力; Kc——一般取 k c ≥ 1.2 ~ 1.3 ; 摩擦系数μ 摩擦系数μ 地基土 分类 μ 粘 软 塑 土 硬 塑 0.3 亚粘土、亚砂 土、 半干硬粘土 0.3~0.4

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表 3- 10 岩 石 硬 质 碎石类土

砂类土

0.25

0.4

0.5

0.4~0.6

0.6~0.7

㈡、桩基础设计计算( 载力、稳定性、入土深度) ㈡、桩基础设计计算(承载力、稳定性、入土深度) 桩基础设计计算 基础采用钢管桩(或 PHC 桩)时,主要计算方式如下。 ⑴、管桩竖向容许承载力按下式计算

[P]=

1 U ∑ l iτ i 《基础工程》 ( 基础工程》 P82 (3-7)或参考 港口工程桩基规范》 工程桩基规范 P8 (4.2.4)) 《港口工程桩基规范》 1.55

式中: [P ]——单桩轴向受压容许承载力 (KN) 由于为临时结构, , 承载力进行提高为 1/1.55

U ——桩的周长(m) l i ——局部冲刷线以下各层土层厚度(m)

τ i ——与 li 对应的各土层与桩壁的极限摩阻力(kPa) ,如有地质资料,按地质资料取

值,如无详细地质资料,按下表 3-11 采用。 打入桩桩周土的极限摩阻力 打入桩桩周土的极限摩阻力 土 类 状 态

τi 值

表 3-11

极限摩阻力τi(kPa) 15~30 30~45 45~60 60~75 75~85 85~95

1.5≥IL≥1 1>IL≥0.75 粘 性 土 0.75>IL≥0.5 0.5>IL≥0.25 0.25>IL≥0 0>IL 稍 粉 细 砂 中 密 中 砂 中 松 密 实 密

20~35 35~65 65~80 55~75

18

栈桥设计指南 密 粗 砂 中 密 实 密 实

路桥华南工程有限公司 75~90 70~90 90~105

按上式计算出单桩轴向受压容许承载力应大于单桩实际竖向承载力, 满足受力要 求。 ⑵、钢管桩竖向容许承载力按下式计算

p j = λsUΣτili+λpAσR

当 hb/ds<5 时 当 hb/ds≥5 时

(《基础工程》P83 基础工程》

(3-8))

λp=0.16

hb λs ds

(《基础工程》P83

(3-9))

λp=0.8λs

(《基础工程》P83 (3-10))

式中:λp——桩底端闭塞效应系数,对于闭口桩λp=1,对于敞口桩按上式取值 λs——侧阻挤土效应系数,对于闭口桩λs=1,敞口桩按表 3-12 取值 hb——桩底端进入持力层深度 ds——钢管桩内直径

敞口钢管桩桩侧阻挤土效应系数λs 钢管桩内径(mm) λs <600 1.00 700 0.93 800 0.87 900 0.82 表 3- 12 1000 0.77

⑶、桩在水平力作用下的计算 对于一般栈桥,可以不予以考虑水平力作用的影响;对于海上栈桥设计,需考虑 在泊船通过时,由船舶的冲击引起的水平力和波浪力产生的水平力及力矩作用;以及 强涌潮影响,需考虑栈桥承受风和强涌潮等水平力作用。对于需考虑水平力或力矩作 用时,采用假想嵌固点法计算,采用 m 法,桩基础的入土深度 Lt≥4T,满足弹性长桩 条件,T 为桩的相对刚度系数(m),按下式计算确定:

T=

5

EpI p mb0

工程桩基规范 ( 港口工程桩基规范》P74 (C.2.2-3)) 《港口工程桩基规范》

式中

T ——桩的相对刚度系数(m)

EP ——桩材料的弹性模量(kN/m2),取 2.06×108

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I P ——桩截面惯性矩(m4), 对钢管桩 I P =

(D 64

π

4

d 4 ,D 为外壁直径,d 为内壁直径。

)

m ——桩侧地基土的水平抗力系数随深度增长的比例系数(kN/m4) 采用地面以下 1.8T ,m

深度范围内各土层 m 的加权平均值; 土 的 m 值 序号 1 地基土类别 淤泥、淤泥质土 流塑(IL>1)、软塑(0.75< 2 IL≤1) 状粘性土、 e>0.9 粉土、 4500~6000 松散粉细砂、松散填土 可塑(0.25<IL≤0.75)状粘性 3 土、e=0.7~0.9 粉土、稍密或 中密填土、稍密细纱 硬塑(0<IL ≤0.25)坚硬(IL 10000~ 4 ≤0)状粘性土、e<0.7 粉土、 22000 中密的中粗砂、密实老填土

注:当水平位移大于表列数值时,m 值应适当降低。

表 3- 13 相应单桩在地面处水平位移

4

m 值(kN/m ) (mm) 2000~4500 10

10

6000~10000

10

10

b0 ——桩的换算宽度(m) b0 取 2d,d 为桩受力面的桩宽或桩径。 , 钢管桩受弯嵌固点深度 t = η T 式中

工程桩基规范 ( 港口工程桩基规范》P14 (4.3.3)) 《港口工程桩基规范》

t——受弯嵌固点距泥面深度(m)

η ——系数,取 1.8~2.2.桩顶铰接或桩的自由长度较大时取较小值,桩顶嵌固

或桩的自由长度较小时取较大值 T——桩的相对刚度系数(m) *关于桩基础的详细计算方式详见《基础工程》《公路桥涵设计通用规范》等相关资料,根 、

据不同地层条件、桩长等参数,可能采取的算法不太一致。

3.3.2 上部结构设计计算

㈠、承重梁计算

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承重梁采用贝雷或型钢,设计时按简支梁进行计算,并根据计算结果进行材料型 号选择。承重梁规格 I36a~I56a 工钢、350 × 175~600 × 200H 钢或采用贝雷。 ⑴.承重梁材料选择型钢,则按简支梁(或连续梁法)进行计算,先通过荷载布 置绘出承重梁弯矩图,算出最大弯矩 Mmax;也可借助计算软件进行计算,钢栈桥设计 一般采用 4 跨一联~6 跨一联的连续结构。 简支梁的正应力强度公式为:

M max ≤ [σ] W

对工钢,其最大正应力发生在最大弯矩的横截面上距中性轴最远的各点处,且该 处的剪应力为零。 式中 M max ——最大弯据;

W ——抗弯截面系数;

[σ]——材料允许弯曲应力 剪应力强度公式为: τ max =

QS z ≤ [τ ] I zb

*

对工钢,其危险截面上的最大剪应力发生在中性轴处,且为纯剪应力状态。

式中:[ τ ]——材料允许剪应力;

Q ——为危险截面处剪力;

S z ——为危险截面上的最大剪应力发生处对其中性轴的静矩,对工钢为中性轴任一

边的半个横截面面积对中性轴的静矩;

*

I z ——为整个横截面对中性轴的惯性矩;

b ——矩形截面的宽度,对工钢 b 为腹板厚度。

⑵.采用贝雷可根据计算出的最大弯矩和剪力按下表检查贝雷是否满足受力要 求。

桁架的容许内力

表 17

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㈡、分配梁计算 ㈡、分配梁计算 分配梁 栈桥横、 纵向分配均采用型钢, 横向分配梁采用点焊 (型钢纵梁) U 型螺栓 或 (贝 雷纵梁)与承重梁梁连接,横向分配梁采用规格 I12.6~I45a 工钢。纵向分配梁位于 横向分配梁上方,纵向分配梁兼做桥面板使用,采用规格[20a 或[25a 槽钢倒扣在横 向分配梁上,纵向分配梁与横向分配梁点焊连接。 纵、横向分配梁可按简支梁(或连续梁法)进行计算,或采用结构计算软件建立 框架模型,主要验算其弯应力、剪应力、主应力等指标。 ㈢、横向联系计算 ㈢、横向联系计算 横向联系计算时,可将结构视为底端约束的刚架,横向联系视为刚架中的链杆, 只承受轴向力。按下式验算横向联系稳定性是否满足要求:

N ≤φ1[σ] A

式中: N ——计算轴力,为流水压力、波浪力及漂浮物撞击力等作用在钢架产生的内力;

A ——截面面积;

φ1——轴向受压构件的纵向弯曲系数,根据钢种、截面形式及弯曲方向等按表采用; [σ]——材料允许轴向应力。

㈣、钢护筒牛腿计算 ㈣、钢护筒牛腿计算 为使纵梁能在钢管桩上稳固放置, 需在钢护筒上焊接牛腿, 作为承重梁的支撑点。 在此种情况,需对牛腿焊缝按同时承受弯矩、剪力角焊缝强度作验算。 其计算公式为: τ A = τ M + τ V ≤[ τ f ]

2 2

式中: τ A ——焊缝在弯矩、剪力共同作用下的应力值;

τ M ——焊缝在弯矩作用下的应力值, M = τ

M , f 为焊缝抗弯截面面积; W Wf

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τ V ——焊缝在剪力作用下的应力值, τ V =

V , A f 为焊缝有效面积; Af

3.4 主要事项 主要材料防腐、 3.4.1 主要材料防腐、保护要求

栈桥主要构件:钢管桩基础、分配梁、承重梁、横向联系、面板等材料都要求多 次周转使用,使用前应按照公司相关周转材料管理文件要求,进行防腐涂装。 涂装时得环境温度和相对湿度应符合涂料产品说明书得要求,当产品说明书无要 求时,环境温度在 5~38℃之间,相对湿度不应大于 85%。涂装时构件表面不应有结 露;涂装后 4h 内应保护免受雨淋。 涂装前钢材表面应进行除锈等处理,除去钢材表面的焊渣、焊疤、灰尘、油污、 水和毛刺等。涂层宜均匀、无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。 对于钢管桩、型钢、钢板等不同类型,防腐涂装要求详见公司有关文件规定。

3.4.2 其它要求

⑴、附属结构如护栏、安全网等设施未在本设计指南中提及,应根据实际情况设 置安全防护装置; ⑵、在使用期间,如基础局部冲刷过大,应在基础周围抛片石砂袋等防止冲刷, 保证其使用安全; ⑶、另外在使用期间桥头两端应设置一些警示设置,并对过往车辆进行限速;栈 桥上间隔一定距离应设置一座路灯,防止夜间车辆不慎坠入桥下。

3.4.3 设计者应注意的事项

⑴.本指南中所列的验算方法来自于相关规范,但不一定全面;可作为正常条件 下,钢栈桥设计验算的参考,如遇特殊情况时,应查阅相关的规范、手册,选取合适 的方法。 ⑵.钢栈桥作为临时结构,施工期将受到洪水、台风、风暴潮等不良气候因素的 影响,设计时应该有一定的安全储备。 ⑶.钢栈桥材料用量较大,设计时应尽量减少对型材的焊接、切割和破坏,做好 防腐措施,控制设计变形量,方便材料周转使用。

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⑷.结构选材时尽量选择较为通用的型材,方便周转至其它部位使用。 ⑸.设计完成后,要对施工人员进行现场交底,对现场施工质量进行检验,保证 施工质量能够满足设计要求。

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附录: 设计实例

新造珠江特大桥 D4 合同段钢栈桥设计计算书

㈠、工程概况 ㈠、工程概况

新造珠江特大桥为广州新洲至化龙快速路上的控制性工程,全长 1980m。其中引 桥长 1222m,斜拉主桥长 758m,珠江大桥桥跨组合为 6×(3×41.3)m+2×41.3m+ (64+140+350+140+64)m+(2×48m+40)+2×(4×32.5)m。主线按双向六车道, 设计行车速度为 80km/h;主桥桥宽 31 米,引桥标准桥宽 28.5 米;本工程总工期 30 个月。 主桥为主跨为 350m 的双塔斜拉桥。22#、23#主墩以及 21#辅助墩为水中基础,需 搭设栈桥及平台进行施工。根据工程所处地区的地质环境条件,拟采用型钢在南、北 两岸搭设钢栈桥及钻孔施工平台。 桥位处于南亚热带海洋性季风气候区,雨量充沛,且为珠江水系入海口,河网发 育,为地下水渗入补给提供了充足水源。地下水由第四系孔隙水和基岩裂隙水组成。 以第四系孔隙水为主,砂层系主要含水层,由于其分布广,厚度较大,连通性较好, 透水性强,故水量丰富。地下水由于水里梯度小,水平排泄缓慢,水位一般埋深较浅, 水位埋深 0.2~0.5m。下伏基岩泥质粉砂岩、砂岩、混合岩(强风化、弱风化)裂隙 较发育,有地下水活动痕迹,故其基岩裂隙水具有一定的出水量。 新造水道最高通航水位+7.464m,最低通航水位+3.674m,平均高潮位+5.944m, 平均低潮位+4.344m,设计水位 7.68m。承台设计顶标高为-1.3m,底标高为-6.3m。

㈡、结构设计 ㈡、结构设计

钢栈桥采用型钢的组合结构形式,北岸钢栈桥采用 8.25×17+6.75m 跨径组合、 南岸钢栈桥采用 6.75+8.25+7.75×4+8m 跨径组合。钢栈桥采用Φ630×8mm 的钢管桩 作为基础,钢管桩横桥向中心距为 400cm,在钢管桩上面设置双肢 I45 型钢作为承重 梁,并设置牛腿与钢管桩进行连接。承重梁上面设置 I45 型钢作为第一层分配梁,上 面铺设[20a 型钢作为第二层分配梁,中心距为 25cm,形成栈桥。钢栈桥的两侧设置

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Φ48 钢管作为防护栏。桥台采用 7.5 号浆砌片、块石桥台(石料强度不小于 30 号), 为一长 7m、宽 3m、高 2m 的长方体。钢栈桥的布置图如下:

钢栈桥断面图(单位:m)

㈢、计算过程中采用的部分参数 ㈢、计算过程中采用的部分参数

Q235 钢材的允许应力: 【σ】=180MPa Q235 钢材的允许剪应力: 【τ】=110MPa Q235 钢材的弹性模量:E=2.1×105Mpa 16Mn 钢材的允许应力: 【σ】=237MPa 16Mn 钢材的允许剪应力: 【τ】=104MPa 16Mn 钢材的弹性模量:E=2.1×105Mpa

㈣、设计技术参数及荷载的确定 ㈣、设计技术参数及荷载的确定

1.根据实际情况,栈桥通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带吊车,则计算 荷载为 50T 履带吊及砼罐车。取最大荷载 50T 履带吊,自重约为 50T,其计算工况为 最重荷载在栈桥上行驶时对栈桥的影响, 考虑可能出现的履带吊停留在栈桥上吊装作 业时的情况,吊重按 20T 考虑,则考虑 1.1 的冲击系数最后取 77T 进行计算。

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2.结构自重按实际重量计入; 3.流水压力 因新造珠江特大桥施工图设计说明中未提供相关数据,出于安全考虑,施工区域 流水设计流速 300cm/s。根据《公路桥涵设计通用规范》 ,则流水压力为: Fw=kAγV /2g=0.8×0.63×10×3 /2×9.81=2.212KN/m 即钢管桩在水中的自由段承受 2.212KN/m 的水流压力。 4.风荷载 不考虑风荷载 5.桥台范围地基土的物理、力学性能指标见表 11 表 F- 1

取土 深度 (自 地面 算起) (m) 0 2.5 天然状态下土的物理指 标 含水 量 ω% 20.4 43.7 天然容 重γ (KN/m 3 ) 26.9 26.5

2 2

土工试验结果表

塑性界限 直剪试验 液性 指数 Ip 压缩系 数 α1-2 2 (mm /N)

标高

孔隙 比e

土粒密 度 ρ 3 (t/m )

液 塑 限 限 ωl ωp

塑 性 指 数 Ip

粘聚力 c 2 (KN/m )

内摩 擦角 Φ° 25.9 5.8

6.69 4.19

0.573 1.213

2.69 2.65

0.15 1.28

0.276 0.85

30.5 10.1

台后填土γ=17KN/m3,内摩擦角Φ=35°,粘聚力 c=0,基底土层承载力 150Kpa。 6.河道地质情况 表 F-2 地质情况表 编号 1 2 3 土层名称 淤泥 Qm4 粉砂 中粗砾砂 厚度(m) 3.9 5.1 4.6 极限摩阻力 (KPa) 10 40 75

㈤、主栈桥结构设计与验算 ㈤、主栈桥结构设计与验算

1.桥台计算 1.桥台计算 根据分析,在台后填土表面有汽车荷载时,桥台稳定性最不利,按最不利荷载进行

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计算。 土压力按台背竖直,α=0;填土内摩擦角Φ=35°,台背与填土间外摩擦角δ= =17.5°;台后填土为水平,β=0。 l=H tgθ =H×( tgω + (ctgφ + tgω )(tgω ? tgα ) )=2×0.583=1.166

1 Φ 2

μ=

cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ?

2

=0.247

由汽车荷载换算等代均布土层厚度为 h= ΣG 2 × 550 = =7.2m Blγ 7 × 1.166 × 17

1 E= BμγH(H + 2h) =482KN 2

水平分力 EX=E cos(α + δ ) =482× cos17.5 ° =459.7KN

Cx= 2 2 + 3 × 7 .2 H H + 3h × = C= × =0.96m 3 H + 2h 3 2 + 2 × 7 .2

水平力产生弯矩 MX=459.7×0.96=441KN·m 竖向分力 Ey=E sin(α + δ ) =482× sin 17.5 ° =145KN

Cy==1.5-0.96 ==0.54m

竖向力产生弯矩 My=145×0.54=78.3KN·m 则基底应力 σ = ∑ P ∑ M 7 × 3 × 2 × 25 + 145 441 ? 78.3 + + = =91.5Kpa ≤ 150 Kpa 1 A W 7×3 2 ×7×3 6 满足

要求! 抗倾覆稳定系数 K 0 = 2.钢管桩计算 2.钢管桩计算 采用Φ630×8mm 的钢管桩作为基础, 考虑最不利情况即 50T 履带吊在作业时, 荷 载由 2 根钢管桩承担,则单根钢管桩承受 P=770÷2=385KN; 钢管桩回转半径 i=220mm 钢管桩长度为 l0=20.9m

y 1.5 = 5 ≥ 1.5 = e0 0.3

满足要求!

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钢管桩截面面积 Am=15632mm2 长细比:λ=l0/i=95 查附表,稳定系数 Φ=0.588 钢管容许压力: [N]= Φ×Am×[σ]=0.588×15632×215=1976 KN ≥ 385KN φ630cm 钢管桩容许承载力计算: 满足要求!

[P] =

1 U ∑ l iτ i = 0.65 × π × 0.63 × (3.9 × 10 + 5.1 × 40 + 4.6 × 75) =756KN ≥ 385KN; 1.55

钢管桩承载力满足要求! 3.承重梁设计 3.承重梁设计 承重梁采用双肢 I45a 工字钢, 取承重梁最大跨径 400cm 计算,取最不利荷载即由 2 根承重梁承受履带吊重量,其受力如图所示:

履带吊机

栈桥荷载布置示意图

P=385KN P=385KN

75

250 400

75

承重梁受力简图

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最大弯矩 M = 296.6 KN ? m 最大剪力: Q = 392.8 KN 选 2I45a 作为承重梁 取 Q235 钢的弯曲应力: [σw ]=215Mpa,[τ]=125MPa I45a 的抵抗矩为 W = 1.43111× 10 6 mm 3 ,截面面积为: A = 10200mm 2 ,惯性矩 为 : I z = 3.22 × 10 8 mm 4 , 中 性 轴 任 一 边 的 半 个 横 截 面 面 积 对 中 性 轴 的 静 矩 :

S z = 829582 mm 3 ,腹板厚度 b = 11.5mm 。

*

最大弯曲正应力为 M max = 最大剪应力为 τ max

*

M max 148.3 × 10 6 = = 103MPa ≤ [σ] W 1.43111 × 10 6

QS z 392.8 × 829582 × 10 3 = = = 44 ≤ [ τ ],满足强度要求。 I zb 3.22 × 10 8 × 11.5 × 2

4.第一层分配梁设计 4.第一层分配梁设计 第一层分配梁采用 I45a 工字钢,间距 35cm,最大跨径 825cm;取最不利荷载即 在跨中由 6 根承重梁承受履带吊重量,则单根受力如图:

q=43KN/m

187.5

450 825

187.5

第一层分配梁受力简图 弯矩 M = 281.3KN ? m 剪力: Q = 72.3KN 选 I45a 作为承重梁 弯曲正应力为 M max 剪应力为 τ max =

M max 281.3 × 10 6 = = = 187 MPa W 1.43111 × 10 6

*

QS z 72.3 × 829582 × 10 3 = = 16.2 ≤ [ τ ],满足强度要求。 8 I zb 3.22 × 10 × 11.5

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5.第二层分配梁设计 5.第二层分配梁设计 第二层分配梁采用[20a 槽钢,间距 25cm,最大跨径 35cm;取最不利荷载即在跨 中由 10 根承重梁承受履带吊重量,则单根受力如图:

q=38.5KN/m

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第二层分配梁受力简图 由于槽钢反扣,普槽 20a 截面几何参数图:

图8 腹板总厚 TW =7 mm

普槽 20a 截面几何参数图

弯矩:M=qL2/8=38.5×0. 35/8=0.6×106 N·mm 弯曲正应力为 σmax=Mmax/W= 0.6 × 10 6 =9.2Mpa< [ σw ]=170 Mpa, 满足要求。 64642.5

剪力:Q= ql/2=38.5×0.35/2=6.7KN 剪应力为τ=

Q × S X 6700 × 26483 = =19.4Mpa<145Mpa,满足要求。 I X × TW 1317188.8 × 7

6.整体稳定性 栈桥整体稳定性需采用软件建模计算,在此不再赘述。

31

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栈 桥 设 计 指 南

编制: 编制: 复核: 复核: 审核: 审核:

路桥华南工程有限公司技术研发部 二 OO 八年二月

第1章 第2章 2.1

前 言…… 1 钢栈桥设计…… 3 相关资料收集 …… 3

2.2、栈桥结构设计 …… 3 第3章 3.1 3.2 3.3 3.4 钢栈桥结构验算…… 8 设计荷载组合 …… 8 各类材料容许应力 …… 15 栈桥设计验算 …… 16 主要事项 …… 23

附录: 设计实例…… 25 ㈠、工程概况 …… 25 ㈡、结构设计 …… 25 ㈢、计算过程中采用的部分参数 …… 26 ㈣、设计技术参数及荷载的确定 …… 26 ㈤、主栈桥结构设计与验算 …… 27

栈桥设计指南

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第1章 前 言

1.1 编制目的

近年来,随着公司承建的项目越来越多,各类临时结构工程也越来越多,设计工 作量也越来越大。为了减少设计工作量、提高设计水平、提高临时结构通用性和提高 临时材料周转使用率,公司计划对一些常用临时结构,推行标准化设计。为此,由公 司技术研发部组织,将进行多项《设计指南》的编写。 《设计指南》由技术研发部编制,将作为全公司范围内各分项工程结构设计的依 据和参考,用于指导项目常规施工方案的设计,促进常规方案的标准化和模块化,从 而起到减少项目方案设计人员的设计强度的作用, 达到提高临时材料周转使用率的目 的。 栈桥作为一种施工通道,是为工程建设服务的一项大型临时结构,尤其在跨江、 跨河甚至跨海大型桥梁建设中,在船只无法靠近的情况下,通过栈桥完成施工作业成 为一项有效常用的工程措施。栈桥具有规模大、载荷重、结构复杂等特点,目前我公 司在建的项目,栈桥的临时工程量很大。栈桥设计有一定的难度,尤其国内缺乏这方 面的规范及参考书,为了给栈桥设计提供方便,减少困难,同时符合公司推行标准化 设计的要求,特编写此指南。 在指南编写过程中还参考了近几年来我公司一些项目使用过及正在使用的各类 栈桥,结合其各自的特点及其共同特征进行编写;指南编写本着通用性的原则,力求 适用于各种环境、地质情况,并结合项目自身情况,对其栈桥设计进行指导。 《设计指南》的编写,是一项系统的,庞大的工程,本指南在编写中力求内容完 善、实用、无误。但由于编者经验较少、水平有限,在指南中有不足甚至错误之处在 所难免,欢迎批评指正,并提出宝贵意见,将《设计指南》不断完善。

1.2 适用范围

本指南适用于普通江、河、水塘、浅海区域的临时钢栈桥结构的设计及计算。

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1.3 相关规范及参考资料

本指南编写过程中,主要参考以下规范及文件: a、 《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004); 》 b、 《铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-05); 》 c、 《钢结构设计规范(GB50017-2003); 》 d、 《装配式公路钢桥使用手册》 ; e、 《公路桥涵钢结构与木结构设计规范(JTJ 025-86); 》 f、 《结构力学》 ; g、 《路桥施工计算手册》 ; h、 《公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85); 》 i、 《海港水文规范(JTJ213-98); 》 j、 《港口工程荷载规范(JTJ215-98); 》 k、 《港口工程桩基规范(JTJ254-98); 》 l、 《内河航道与港口水文规范(JTJ 214-2000); 》 以及其它相关行业规范,设计图纸等资料。

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第 2 章 钢栈桥设计

2.1 相关资料收集

在展开进行钢栈桥结构设计前,需要收集以下资料: 1) 、工程项目设计图纸; 2) 、沿线各种地形断面图,地层断面图、地质报告; 3) 、气象、水文资料; 4) 、栈桥的功能和修建栈桥的目的; 5) 、通过栈桥各种机械资料,主要为机械规格、外形尺寸、性能及轮压; 6) 、通过栈桥其他最大和最重构件尺寸、重量。

2.2、栈桥结构设计 、栈桥结构设计 2.2.1 栈桥平面位置确定

栈桥平面位置的确定要结合主体工程施工方法进行全面分析,考虑因素有以下几 点: a、满足施工机械靠近施工现场,方便施工作业; b、确保施工通道畅通; c、尽量与钻孔平台相结合; d、尽量保证栈桥轴线与主桥轴线平行; e、栈桥布置应不影响水上通航,如需船舶配合作业,栈桥设置在上游侧; f、不能影响测量观测(桥梁轴线) ; 以上是栈桥平面布置确定时应注意的几个问题。事实上各方面因素是相互矛盾 的,都要照顾到比较困难,只能抓主要方面,照顾大局,使栈桥布置协调,方便施工。

2.2.2 栈桥净空确定

栈桥标高主要根据当地最大洪水水位(潮位)考虑,桥下净空应根据计算水位或 最高流冰水位加安全高度确定,并保证不会形成流冰、漂浮物阻塞;同时又要考虑施 工便道及施工平台标高,并尽量与其保持一致,尽量避免设计纵坡。在不通航的情况

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下,桥下净空不应小于表 2-1 规定。如考虑通航情况时,还需考虑满足桥下船只正 常通行。

非通航河流桥下最小净空 表 2- 1

栈桥跨度确定应从安全、经济、搭设方便、满足通航、满足泄洪要求等方面考虑。 从安全角度考虑必须保证在桥梁设计洪水位以内的各级洪水及流冰、 漂浮物等的安全 通过;栈桥跨度从设计及制造的角度考虑,跨度设计种类越少越好,以减少设计及制 造的工作量,且节约成本。

2.2.3 栈桥跨径选择

栈桥跨径的选择的影响因素较多,目前较常用的跨径有 9m、12m、15m、18m、 24m 及 36m 等不同等级,考虑因素主要如下: ⑴.通航因素影响,根据航道规划,预留通航孔; ⑵.所用材料影响,一般型钢栈桥 9~12m,贝雷栈桥 15~18m; ⑶.施工方式影响,如采用履带吊机悬臂施工方法,一般 12~18m,受履带吊机 起吊能力制约; ⑷.受基础形式影响,如地基较差、基础投入大,一般尽量将跨径加大,设计时 可对数种跨径经济性进行比较。

2.2.4 栈桥结构确定

㈠、基础选择 目前常用的临时栈桥基础可采用临时钢管桩基础或预应力管桩基础。预应力管桩 基础适用于陆地及浅水区施工,具有单桩承载力大,价格低廉,施工方便等优点,但 基础不能周转使用,需要采用柴油锤插打,需要大型设备(如打桩船) 。如采用预应 力混凝土管桩,可参考表 2-2(或相关标准)进行选取。 预应力混凝土管桩力学性能 表 2-2 -

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外径 (mm)

壁厚 (mm)

型号 A

预应力 钢筋

抗裂弯矩 (KN·m) 23 28 33 52 63 75 99 121 144 166 125 154 182 211 164 201 239 276 367 451 535 619 689 845 1003 1161

极限弯矩 竖向承载力 最大桩节 理论重量 (KN·m) 设计值(KN) 长度(m) (Kg/m) 34 45 59 77 104 135 148 200 258 332 188 254 328 422 246 332 430 552 550 743 962 1238 1030 1394 1805 2322 8900 15 924 6000 15 620 4250 4800 15 440 499 3550 4150 15 368 434 3150 3700 15 327 368 2250 12 249 1250 11 131

6φ7.1 6φ9.0 8φ10.7 10φ7.1 10φ9.0 12φ9.0 10φ9.0 10φ10.7 13φ10.7 13φ12.6 11φ9.0 11φ10.7 15φ10.7 15φ12.6 13φ9.0 13φ10.7 17φ10.7 17φ12.6 15φ10.7 15φ12.6 22φ12.6 27φ12.6 22φ10.7 22φ12.6 30φ12.6 40φ12.6

300

75

AB B A

400

95

AB B A

500

100 125

AB B C A

550

100 125

AB B C A

600

110 130

AB B C A AB B C A AB B C

800

110

1000

130

水上钢栈桥基础较多采用钢管桩,钢管桩具有重量轻、施工方便、抵抗弯矩能力 强,方便施工(可用振动锤插打)等特点,应用较为广泛。 钢管桩可通过焊接纵向、横向平联增加整体稳定性。为了统一规格,提高钢管桩 周转使用率,设计时应选择表 2-3 中所规定的标准材料。

基础材料选用表 部位 钢管桩 可选规格(mm) GB-SPWSP630×8 A (mm ) 15632

2

表 2- 3

4

Ix(mm ) 7.5612e+08

Wx(mm ) 2400392

3

单位重 (kg/m) 122.7

5

栈桥设计指南 GB-SPWSP711×10 GB-SPWSP820×10 GB-SPWSP820×12 GB-SPWSP1020×12 GB-SPWSP1020×14 GB-SPWSP1220×12 GB-SPWSP1220×14 GB-SPWSP273×6 GB-SPWSP325×6 桩间平 联 GB-SPWSP426×6 GB-SPWSP426×8 GB-SPWSP508×8 GB-SPWSP610×8 22011 25434 30445 37981 44224 45517 53016 5030 6010 7913 10500 12560 15122 1.353e+09 2.088e+09 2.487e+09 4.828e+09 5.600e+09 8.310e+09 9.657e+09 4.888e+07 7.653e+07 1.746e+08 2.296e+08 3.929e+08 6.857e+08

路桥华南工程有限公司 3806925 5092240 6065949 9467291 10980127 13622805 15815034 358113 470972 819935 1077878 1546853 2248163 172.8 199.7 239.0 298.2 347.2 357.3 416.2 39.5 47.2 62.1 82.4 98.6 118.7

㈡、纵、横分配梁、承重梁及桥面系选择 横分配梁、 选用型钢作为分配梁,选用型钢或贝雷作为承重梁;桥面采用钢板或倒扣槽钢, 钢板厚度为 10~12mm,密排倒扣槽钢采用[20~[25a。各类材料选用时,应该考虑通 用性要求,如采用型钢时选用表 2-4 中所列材料:

栈桥上部结构材料选用表 栈桥上部结构材料选用表 部位 可选规格(mm) A (mm ) I56a I45a 承 重 梁 I36a I32a H600×200 H500×200 H450×175 I45a 分 配 梁 I36a I32a I28a I25a H450×175 13538 10240 7644 6712 13520 11420 8341 10240 7644 6712 5537 4851 8341

2

表 2- 4 Wx(mm ) 2342000 1432933 877556 692500 2610000 1910000 1200000 1432933 877556 692500 508214 401360 1200000

3

Ix(mm ) 6.558e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.820e+08 4.780e+08 2.710e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.115e+07 5.017e+07 2.710e+08

4

Iy(mm ) 1.366e+070 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 2.28e+07 2.14e+07 7.93e+06 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 3.441e+06 2.804e+06 7.93e+06

4

Wy(mm ) 164554 114000 81603 70615 41400 43300 30800 114000 81603 70615 56410 48345 30800

3

单位重 (kg/m) 106.3 80.4 60.0 52.7 106.0 89.6 65.5 80.4 60.0 52.7 43.5 38.1 65.5 6

栈桥设计指南 [25a 面 板 [20 δ=10mm δ=12mm 3491 3283 3.359e+07 1.9143+07 1.759e+06 1.436e+06

路桥华南工程有限公司 268728 191370

2

61396 51748

27.4 25.8

重量 78.5Kg/m 重量 94.2Kg/m

2

承重梁选用贝雷桁架片时其力学性能如下表:

贝雷力学性能表 贝雷力学性能表 表 2- 5

贝雷允许内力表 贝雷允许内力表

表 2- 6

各项目可根据项目当地条件及项目具体情况对栈桥结构及用材进行选定。

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第 3 章 钢栈桥结构验算

3.1 设计荷载组合 3.1 3.1.1 荷载分类

作用在栈桥上的计算荷载,主要分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载 3 类。 永久荷载:经常作用在结构物上的力 可变荷载:出现几率较小的各种外力 偶然荷载:偶然发生的外力

3.1 3.1.2 荷载组合

进行栈桥结构设计时,应根据结构特性,按下表所列荷载就其可能发生最不利组 合情况进行计算。

栈桥计算荷载 荷载分类 序号 1 永久荷载 2 3 4 5 6 7 可变荷载 8 9 10 11 偶然荷载 12 汽车制动力 风荷载 流水压力 冰压力 船舶、漂浮物撞击力 不与 8、11 同时参与组合 不与 8、10 同时参与组合 不与 10、11 同时参与组合 荷载名称 结构自重 土侧压力 静水压力及浮力 车辆荷载 汽车冲击力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 备注 表 3- 1

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3.1 3.1.3 荷载分析

㈠、栈桥自重荷载:包括结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力;结构重力 栈桥自重荷载: 标准值按下表所列常用材料的重力密度计算。

常用材料的重力密度 表 3- 2

㈡、土侧压力:分为静土侧压力和主动土侧压力两种; 土侧压力: ⑴.静土压力的标准值可按下列公式计算 ej= ξγ h ξ=1-sinφ E j=

1 ξγ H 2

2

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P20 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》

2

4.2.3-1) 4.2.3-2) 4.2.3-3)

式中: ej——任一高度 h 处的静土压力强度(KN/m ) ; ξ——压实土的静土压力系数; γ——土的重力密度(KN/m ) ; φ——土的内摩擦角(°) ; h——填土顶面至任一点的高度(m) ; H——填土顶面至基底高度(m) ; Ej——高度 H 范围内单位宽度的静土压力标准值(KN/m) ;

3

在计算倾覆和滑动稳定时,墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压 力可按静土压力计算。 ⑵.主动土压力标准值可按下式计算: 当土层特性无变化但有汽车荷载作用时, 作用在桥台、 挡土墙后的主动土压力标 准值在β=0 时可按下式计算:

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E=

1 BμγH(H + 2h) 2

《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 (P21

4.2.3-4) 4.2.3-5)

μ=

cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ?

2

式中: E——主动土压力标准值(KN) ; μ——主动土压力系数; γ——土的重力密度(KN/m ) ; B——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度(m) ; H——计算土层高度(m) ; β——填土表面与水平面夹角,这里β=0; α——桥台或挡土墙背与竖直面夹角; δ——台背或墙背与填土间的摩擦角,可取δ= φ——土的内摩擦角(°) ; h——汽车荷载的等代均布土层厚度(m) ;

3

φ

2

主动土压力的着力点自计算土层底面算起,C=

H H + 3h × 。 3 H + 2h

图 3-1 主动土侧压力图

⑶.作用在柱上的土侧压力计算宽度可按下列规定采用: Ⅰ、当 li ≤ D 时,作用在每根柱上的土压力计算宽度可按下式计算:

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《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P22 《公路桥涵设计通用规范》

4.2.3-8)

图 3-2 柱的土侧压力计算宽度 Ⅱ、当 li > D 时,应根据柱的直径或宽度来考虑柱间空隙的折减。

《公 ( 公路桥涵设计通用规范》P23 《 路桥涵设计通用规范》

4.2.3-10)

a、当土层特性有变化或受水位影响是,宜分层计算土的侧压力; b、土的重力密度和内摩擦角应根据调查或试验确定。

㈢、车辆荷载 车辆荷载 车辆荷载根据栈桥使用实际情况确定,如不能确定最大车辆荷载时采用表 7 汽车 荷载进行设计;如确定通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带吊车时,考虑履带 吊在栈桥作业时,按 50T 履带吊+最大吊重(或 80t)进行设计。 ⑴.车辆荷载的立面、平面尺寸见图 3-3、图 3-4,主要技术指标规定见表 3- 3。

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路桥华南工程有限公司 路桥华南工程有限公司 栈 桥 设 计 指 南 编制: 编制: 复核: 复核: 审核: 审核: 路桥华南工程有限公司技术研发部 二 OO 八年二月 目 第 1 章 第 2 章 2.1 录 前 言…… 1 钢栈桥设计…… 3 相关资料收集 …… 3 2.2、栈桥结构设计 …… 3 第 3 章 3.1 3.2 3.3 3.4 钢栈桥结构验算…… 8 设计荷载组 合 …… 8 各类材料容许应力 …… 15 栈桥设计验算 …… 16 主要事项 …… 23 附录: 设计实例…… 25 ㈠、工程概况 …… 25 ㈡、结构设计 …… 25 ㈢、计算过 程中采用的部分参数 …… 26 ㈣、 设计技术参数及荷载的确定 …… 26 ㈤、 主栈桥结构设 计与验算 …… 27 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 第1章 前 言 1.1 编制目的 近年来,随着公司承建的项目越来越多,各类临时结构工程也越来越多,设计工 作量 也越来越大。

为了减少设计工作量、提高设计水平、提高临时结构通用性和提高 临时材料 周转使用率,公司计划对一些常用临时结构,推行标准化设计。

为此,由公 司技术研发部 组织,将进行多项《设计指南》的编写。

《设计指南》由技术研发部编制,将作为全公司 范围内各分项工程结构设计的依 据和参考,用于指导项目常规施工方案的设计,促进常规 方案的标准化和模块化, 从 而起到减少项目方案设计人员的设计强度的作用, 达到提高临 时材料周转使用率的目 的。

栈桥作为一种施工通道, 是为工程建设服务的一项大型临时结 构,尤其在跨江、 跨河甚至跨海大型桥梁建设中,在船只无法靠近的情况下,通过栈桥完 成施工作业成 为一项有效常用的工程措施。

栈桥具有规模大、载荷重、结构复杂等特点, 目前我公 司在建的项目,栈桥的临时工程量很大。

栈桥设计有一定的难度,尤其国内缺乏 这方 面的规范及参考书, 为了给栈桥设计提供方便, 减少困难, 同时符合公司推行标准化 设 计的要求,特编写此指南。

在指南编写过程中还参考了近几年来我公司一些项目使用过及 正在使用的各类 栈桥,结合其各自的特点及其共同特征进行编写;指南编写本着通用性的 原则, 力求 适用于各种环境、 地质情况, 并结合项目自身情况, 对其栈桥设计进行指导。

《设 计指南》的编写,是一项系统的,庞大的工程,本指南在编写中力求内容完 善、实用、无 误。

但由于编者经验较少、水平有限,在指南中有不足甚至错误之处在 所难免,欢迎批评 指正,并提出宝贵意见,将《设计指南》不断完善。

1.2 适用范围 本指南适用于普通江、河、水塘、浅海区域的临时钢栈桥结构的设计及计算。

1 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 1.3 相关规范及参考资料 本指南编写过程中,主要参考以下规范及文件: a、 《公路桥涵设计通用规范(JTG

D60-2004) ; 》 b、 《铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-05) ; 》 c、 《钢结构设计规 范(GB50017-2003) ; 》 d、 《装配式公路钢桥使用手册》 ; e、 《公路桥涵钢结构与 木结构设计规范(JTJ 025-86) ; 》 f、 《结构力学》 ; g、 《路桥施工计算手册》 ; h、 《公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85) ; 》 i、 《海港水文规范(JTJ213-98) ; 》 j、 《港口工程荷载规范(JTJ215-98) ; 》 k、 《港口工程桩基规范(JTJ254-98) ; 》 l、 《内河航道与港口水文规范 (JTJ 214-2000) ; 》 以及其它相关行业规范, 设计图纸等资料。

2 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 第 2 章 钢栈桥设计 2.1 相关资料收集 在展开进行钢栈桥结构设计前,需要收集以下资料: 1) 、工程项目设计图纸; 2) 、 沿线各种地形断面图,地层断面图、地质报告; 3) 、气象、水文资料; 4) 、栈桥的功能 和修建栈桥的目的; 5) 、通过栈桥各种机械资料,主要为机械规格、外形尺寸、性能及轮 压; 6) 、通过栈桥其他最大和最重构件尺寸、重量。

2.2、栈桥结构设计 、栈桥结构设计 2.2.1 栈桥平面位置确定 栈桥平面位置的确定要结合主体工程施工方法进行全面分析,考虑因素有以下几 点: a、满足施工机械靠近施工现场,方便施工作业; b、确保施工通道畅通; c、尽量与钻孔 平台相结合; d、尽量保证栈桥轴线与主桥轴线平行; e、栈桥布置应不影响水上通航,如 需船舶配合作业,栈桥设置在上游侧; f、不能影响测量观测(桥梁轴线) ; 以上是栈桥 平面布置确定时应注意的几个问题。

事实上各方面因素是相互矛盾 的,都要照顾到比较困 难,只能抓主要方面,照顾大局,使栈桥布置协调,方便施工。

2.2.2 栈桥净空确定 栈桥标高主要根据当地最大洪水水位(潮位)考虑,桥下净空应根据计算水位或 最高 流冰水位加安全高度确定,并保证不会形成流冰、漂浮物阻塞;同时又要考虑施 工便道及 施工平台标高,并尽量与其保持一致,尽量避免设计纵坡。

在不通航的情况 3 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 下, 桥下净空不应小于表 2-1 规定。

如考虑通航情况时, 还需考虑满足桥下船只正 常 通行。

非通航河流桥下最小净空 表 2- 1 栈桥跨度确定应从安全、经济、搭设方便、满足通航、满足泄洪要求等方面考虑。

从 安全角度考虑必须保证在桥梁设计洪水位以内的各级洪水及流冰、 漂浮物等的安全 通过; 栈桥跨度从设计及制造的角度考虑, 跨度设计种类越少越好, 以减少设计及制 造的工作量, 且节约成本。

2.2.3 栈桥跨径选择 栈桥跨径的选择的影响因素较多, 目前较常用的跨径有 9m、 12m、 15m、 18m、 24m 及 36m 等不同等级,考虑因素主要如下: ⑴.通航因素影响,根据航道规划,预留通航孔; ⑵.所用材料影响,一般型钢栈桥 9~12m,贝雷栈桥 15~18m; ⑶.施工方式影响,如 采用履带吊机悬臂施工方法,一般 12~18m,受履带吊机 起吊能力制约; ⑷.受基础形 式影响,如地基较差、基础投入大,一般尽量将跨径加大,设计时 可对数种跨径经济性进 行比较。

2.2.4 栈桥结构确定

㈠、基础选择 目前常用的临时栈桥基础可采用临时钢管桩基础或预应力管桩基础。

预 应力管桩 基础适用于陆地及浅水区施工,具有单桩承载力大,价格低廉,施工方便等优点, 但 基础不能周转使用,需要采用柴油锤插打, 需要大型设备(如打桩船) 。

如采用预应 力 混凝土管桩,可参考表 2-2(或相关标准)进行选取。

预应力混凝土管桩力学性能 表 2 -2 - 4 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 外径 (mm) 壁厚 (mm) 型号 A 预应力 钢筋 抗裂弯矩 (KN·m) 23 28 33 52 63 75 99 121 144 166 125 154 182 211 164 201 239 276 367 451 535 619 689 845 1003 1161 极限弯矩 竖向承载力 最大桩节 理论重量 (KN· m) 设计值 (KN) 长度(m) (Kg/m) 34 45 59 77 104 135 148 200 258 332 188 254 328 422 246 332 430 552 550 743 962 1238 1030 1394 1805 2322 8900 15 924 6000 15 620 4250 4800 15 440 499 3550 4150 15 368 434 3150 3700 15 327 368 2250 12 249 1250 11 131 6φ7.1 6φ9.0 8φ10.7 10φ7.1 10φ9.0 12φ9.0 10φ9.0 10φ10.7 13φ10.7 13φ12.6 11φ9.0 11φ10.7 15φ10.7 15φ12.6 13φ9.0 13φ10.7 17φ10.7 17φ12.6 15φ10.7 15φ12.6 22φ12.6 27φ12.6 22φ10.7 22φ12.6 30φ12.6 40φ12.6 300 75 AB B A 400 95 AB B A 500 100 125 AB B C A 550 100 125 AB B C A 600 110 130 AB B C A AB B C A AB B C 800 110 1000 130 水上钢栈桥基础较多采用钢管桩,钢管桩具有重量轻、施工方便、抵抗弯矩能力 强, 方便施工(可用振动锤插打)等特点,应用较为广泛。

钢管桩可通过焊接纵向、横向平联 增加整体稳定性。

为了统一规格,提高钢管桩 周转使用率,设计时应选择表 2-3 中所规 定的标准材料。

基础材料选用表 部位 钢管桩 可选规格(mm) GB-SPWSP630×8 A (mm ) 15632 2 表 2- 3 4 Ix(mm ) 7.5612e+08 Wx(mm ) 2400392 3 单位重 (kg/m) 122.7 5 栈 桥 设 计 指 南 GB-SPWSP711 × 10 GB-SPWSP820 × 10 GB-SPWSP820 × 12 GB-SPWSP1020 × 12 GB-SPWSP1020 × 14 GB-SPWSP1220 × 12 GB-SPWSP1220 × 14 GB-SPWSP273 × 6 GB-SPWSP325 × 6 桩间平 联 GB-SPWSP426 × 6 GB-SPWSP426 × 8 GB-SPWSP508×8 GB-SPWSP610×8 22011 25434 30445 37981 44224 45517 53016 5030 6010 7913 10500 12560 15122 1.353e+09 2.088e+09 2.487e+09 4.828e+09 5.600e+09 8.310e+09 9.657e+09 4.888e+07 7.653e+07 1.746e+08 2.296e+08 3.929e+08 6.857e+08 路 桥 华 南 工 程 有 限 公 司 3806925 5092240 6065949 9467291 10980127 13622805 15815034 358113 470972 819935 1077878 1546853 2248163 172.8 199.7 239.0 298.2 347.2 357.3 416.2 39.5 47.2 62.1 82.4 98.6 118.7 ㈡、纵、横分配梁、承重梁及桥面系选择 横分配梁、 选用型钢作为分配梁,选用型钢 或贝雷作为承重梁;桥面采用钢板或倒扣槽钢, 钢板厚度为 10~12mm,密排倒扣槽钢采 用[20~[25a。

各类材料选用时,应该考虑通 用性要求,如采用型钢时选用表 2-4 中所列 材料: 栈桥上部结构材料选用表 栈桥上部结构材料选用表 部位 可选规格(mm) A (mm ) I56a I45a 承 重 梁 I36a I32a H600×200 H500×200 H450×175 I45a 分 配 梁 I36a I32a I28a I25a H450×175 13538 10240 7644 6712 13520 11420 8341 10240 7644 6712 5537 4851 8341 2 表 2- 4 Wx(mm ) 2342000 1432933 877556 692500 2610000 1910000 1200000 1432933 877556 692500 508214 401360 1200000 3 Ix(mm ) 6.558e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.820e+08 4.780e+08 2.710e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.115e+07 5.017e+07 2.710e+08 4 Iy(mm ) 1.366e+070 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 2.28e+07 2.14e+07 7.93e+06 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 3.441e+06 2.804e+06 7.93e+06 4 Wy(mm ) 164554 114000 81603 70615 41400 43300 30800 114000 81603 70615 56410 48345 30800 3 单位重 (kg/m) 106.3 80.4 60.0 52.7 106.0 89.6 65.5 80.4 60.0 52.7 43.5 38.1 65.5 6 栈桥设计指南 [25a 面 板 [20 δ =10mm δ =12mm 3491 3283 3.359e+07 1.9143+07 1.759e+06 1.436e+06 路桥华南工程有限公司 268728 191370 2

61396 51748 27.4 25.8 重量 78.5Kg/m 重量 94.2Kg/m 2 承重梁选用贝雷桁架片时其力学性能如下表: 贝雷力学性能表 贝雷力学性能表 表 2- 5 贝雷允许内力表 贝雷允许内力表 表 2- 6 各项目可根据项目当地条件及项目具体情况对栈桥结构及用材进行选定。

7 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 第 3 章 钢栈桥结构验算 3.1 设计荷载组合 3.1 3.1.1 荷载分类 作用在栈桥上的计算荷载, 主要分为永久荷载、 可变荷载和偶然荷载 3 类。

永久荷载: 经常作用在结构物上的力 可变荷载: 出现几率较小的各种外力 偶然荷载: 偶然发生的外力 3.1 3.1.2 荷载组合 进行栈桥结构设计时,应根据结构特性,按下表所列荷载就其可能发生最不利组 合情 况进行计算。

栈桥计算荷载 荷载分类 序号 1 永久荷载 2 3 4 5 6 7 可变荷载 8 9 10 11 偶然荷载 12 汽车制动力 风荷载 流水压力 冰压力 船舶、漂浮物撞击力 不与 8、11 同时参与组合 不与 8、 10 同时参与组合 不与 10、 11 同时参与组合 荷载名称 结构自重 土侧压力 静水 压力及浮力 车辆荷载 汽车冲击力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 备注 表 3- 1 8 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 3.1 3.1.3 荷载分析 ㈠、栈桥自重荷载:包括结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力;结构重力 栈桥 自重荷载: 标准值按下表所列常用材料的重力密度计算。

常用材料的重力密度 表 3- 2 ㈡、土侧压力:分为静土侧压力和主动土侧压力两种; 土侧压力: ⑴.静土压力的标 准值可按下列公式计算 ej= ξ γ h ξ =1-sinφ E j= 1 ξγ H 2 2 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P20 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》 P21 《公路桥涵设计通用规范》 《公 路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 2 4.2.3-1) 4.2.3-2) 4.2.3-3) 式中: ej——任一高度 h 处的静土压力强度(KN/m ) ; ξ ——压实土的静土压力 系数; γ ——土的重力密度(KN/m ) ; φ ——土的内摩擦角(°) ; h——填土顶面 至任一点的高度(m) ; H——填土顶面至基底高度(m) ; Ej——高度 H 范围内单位 宽度的静土压力标准值(KN/m) ; 3

在计算倾覆和滑动稳定时,墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压 力可 按静土压力计算。

⑵.主动土压力标准值可按下式计算: 当土层特性无变化但有汽车荷载 作用时, 作用在桥台、 挡土墙后的主动土压力标 准值在β =0 时可按下式计算: 9 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 E= 1 Bμ γ H(H + 2h) 2 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 (P21 4.2.3-4) 4.2.3-5) μ= cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ? 2 式中: E——主动土压力标准值(KN) ; μ ——主动土压力系数; γ ——土的重 力密度(KN/m ) ; B——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度(m) ; H——计算土 层高度(m) ; β ——填土表面与水平面夹角,这里β =0; α ——桥台或挡土墙背与竖 直面夹角; δ ——台背或墙背与填土间的摩擦角,可取δ = φ ——土的内摩擦角(°) ; h——汽车荷载的等代均布土层厚度(m) ; 3 φ 2 ; 主动土压力的着力点自计算土层底面算起,C= H H + 3h × 。

3 H + 2h 图 3-1 主动土侧压力图 ⑶.作用在柱上的土侧压力计算宽度可按下列规定采用: Ⅰ、当 li ≤ D 时,作用在 每根柱上的土压力计算宽度可按下式计算: 10 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P22 《公路桥涵设计通用规范》 4.2.3-8) 图 3-2 柱的土侧压力计算宽度 Ⅱ、当 li > D 时,应根据柱的直径或宽度来考虑柱 间空隙的折减。

《公 ( 公路桥涵设计通用规范》P23 《 路桥涵设计通用规范》 4.2.3-10) a、当土层特性有变化或受水位影响是,宜分层计算土的侧压力; b、土的重力密度和 内摩擦角应根据调查或试验确定。

㈢、 车辆荷载 车辆荷载 车辆荷载根据栈桥使用实际情况确定, 如不能确定最大车辆荷 载时采用表 7 汽车 荷载进行设计;如确定通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带 吊车时, 考虑履带 吊在栈桥作业时, 按 50T 履带吊+最大吊重 (或 80t) 进行设计。

⑴. 车 辆荷载的立面、平面尺寸见图 3-3、图 3-4,主要技术指标规定见表 3- 3。

车辆荷载主要技术指标 表 3- 3

11 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 车道荷载的立面、 图 3-3 车道荷载的立面、平面尺寸 图 3-4 车辆荷载横向分布 a、履带—50 级荷载的立面、平面尺寸见图 5 履带— 级荷载的立面、 图 3-5 履带—50 级荷载的立面、侧面尺寸 12 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 ⑷、冲击荷载 汽车在栈桥行驶时限速最大 20Km/h,避免栈桥上出现跳车现象,汽车 冲击荷载可 按汽车总重的 10%计算,即 1.1 倍系数考虑。

⑸、汽车制动力 汽车在栈桥 行驶时限速最大 20Km/h, 禁止在桥上急刹车, 汽车制动力可不予考虑。

⑹、风荷载、 流水压力 ①、风荷载 对于一般水上栈桥,可不予以考虑风荷载影响;对于位于台风多发地 区桥梁,或 海上桥梁施工栈桥,由于其迎风面积较大,设计时应予以考虑风荷载影响。

风 荷载 假定水平地垂直作用于各部分迎风面积的形心上,其标准值可按下式计算: Fwh = k0 k1k3Wd Awh Wd = 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P28 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-1) γVd 2 2g 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-2) W0 = γV 10 2 2g 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-3) Vd = k 2k5V10 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-4) 4.3.7-5) γ = 0.012017e ?0.0001Z 式中: Fwh ——横桥向风荷载标准值(KN) ; W0 ——基本风压(KN/m2) ; Wd ——设计基准风压(KN/m2) ; Awh ——横 向迎风面积(m2) ,按结构各部分的实际尺寸计算; V10 ——桥梁所在地区的设计基本 风速 (m / s ) ,系按平坦空旷地面,离地面 10m 高, 重现期为 100 年 10min 平均最大风速计算确定; Vd ——高度 Z 处的设计基准风速 (m / s ) ; Z ——距地面或水面的高度(m) ; γ ——空气重力密度(KN/m3) ; k0 ——设计风速重现期换算系数,对于平台结构可取 0.75,当桥梁位于台风多发地 区时,可根据实际情况适度提高 k0 值; 13

栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 k3 ——地形、地理条件系数,一般取 1.0; k5 ——阵风风速系数,对 A、B 类地表 k5 =1.38,对 C、D 类地表 k5 =1.70。

A、B、 C、D 地表类别对应的地表状况见表 3-8; 地 表 分 类 表 3- 4 k 2 ——考虑地面粗糙度类别和剃度风的风速高度变化修正系数,按下表取用; 风速高度变化修正系数 K2 表 3- 5 k1 ——风载阻力系数,按下列规定确定: 式中: B ——宽度(m) ; H ——高度(m) 。

②、流水压力 桥墩上流水压力标准值按下式计算: 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P33 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.8) 14 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 K——桥墩形状系数,见表 3-6 桥墩形状系数 表 3- 6 ⑺、船舶或漂流物撞击力 栈桥设计时常与平台、 码头结合考虑, 在靠近码头或平台 部位需要设置防撞装置, 如防撞桩等,栈桥本身结构可以不予以考虑船舶撞击力影响。

漂 流物横桥向撞击力标 准值按下式计算: F= WV gT 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P37 《公路桥涵设计通用规范》 4.4.2) 式中: W ——漂流物重力 (kN ) ,应根据河流中漂流物情况,按实际调查确定; V ——水流速度 (m / s ) ; T ——撞击时间 ( s ) ,应根据实际资料估计,在无实际资料时,可用 1s; g ——重 力加速度 (m / s 2 ) 。

3.2 各类材料容许应力 根据《钢结构设计规范》 ,计算时 Q235、Q345 钢材的强度设计值取值如表 3-9。

根 据《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》 ,栈桥结构设计采用容许应力法,容 如 对临 许 应力值为极限应力值/1.5, Q235 钢的容许应力=极限应力 210/1.5=140Mpa, 时性结构, 采用 1.3 容许应力提高系数;栈桥结构采用 Q235 钢材的容许应力值如下: 轴向应力 [σ ]=140×1.3≈180Mpa;[σ w ]=145×1.3≈185Mpa; [τ ]=85×1.3≈ 110Mpa。

15 栈桥设计指南 设计用钢材强度值 钢材型号 钢材序 号 1 2 Q235 3 4 5 6 Q345 7 8 35~50 50~100 270 250 155 145 40~60 60~100 16 16~35 200 190 315 300 115 110 185 175 构件 钢 号 厚度 mm 16 16~40 抗拉,压,弯 f MPa 215 205 抗剪 fv MPa 125 120 路桥华南工程有限公司 表 3-9 端面承压 fce MPa 320 320 320 320 410 410 410 410 栈桥设计还需对刚度进行验算,控制各构件挠度,满足结构刚度要求,并利于 材料周 转使用。

挠度的容许值一般为挠度与梁跨长的比值满足 f max 1 1 ≤ ~ 。

l 250 400 3.3 栈桥设计 栈桥设计验算 栈桥由基础及承重结构组成。

基础分为桥头桥台及桩基础; 承重结构自桩顶向上 分为, 承重梁、分配梁及桥面附属结构。

基础设计计算(承载力、稳定性、入土深度) 3.3.1 基础设计计算(承载力、稳定性、

入土深度) 栈桥基础设计时考虑桥头采用重力式混凝土桥台或重力式砌体结构, 也可采用支 撑桩 桥台,水中部分采用钢管桩进行支撑。

㈠、扩大基础设计计算 ㈠、扩大基础设计计算 扩 大基础设计 桥头采用扩大基础设计时,需进行桥台抗倾覆验算和基底承载力计算。

进行抗 倾 覆验算时其荷载组合应为:台后有汽车荷载作用时产生的被动土压力。

①、将汽车荷载 换算成等代均布土层厚度: h= ΣG Blγ 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P27 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.4-1) 式中:在破坏棱体长度范围内只能放一辆重车,因为栈桥为双车道,则 Σ G =2 × G; 16 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 L 为破坏棱体长度,对于台背为竖直时,L=H tgθ ,H 为桥台高度, tgθ = tgω + (ctgφ + tgω )(tgω ? tgα ) 而 ω = φ + δ + α ; ②、土压力: 1 Ej= Bμ γ H(H + 2h) 2 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 4.2.3-1) 其水平分力: Ejx= Ej cos(δ + α ) ,对基底形心水平弯矩 Mjx= Ejxc×C; 其竖向分力: Ejy= Ej sin(δ + α ) ,,对基底形心竖向弯矩 Mjy= Ejy×C; ③、基底应力: σ = ∑P ∑ M +AW 式中: ∑ P 为桥台自重及土侧压力竖向分力 ; ∑ M 为桥台自重对形心产生弯矩及土侧压力产生弯矩 ; A 为底面积; Bh' 2 W= ,h’为填土高度; 6 ④、稳定性验算: 抗倾覆稳定系数 K 0 = y e0 式中:y——基底截面重心至压力最大一边的边缘的距离; e0——外力合力偏心距, e0 = ∑ Pe + ∑ Th ,P 为各竖直分力,T 为各水平分力,e 为 ∑P 相应于 P 作用点至基底形心的距离,h 为相应于 T 作用点至基底的距离; K0——一 般对主要荷载组合取 k 0 ≥ 1.5 ,各种附加荷载组合取 k 0 ≥ 1.1 ~ 1.3 ; 抗滑移稳定稳定系数: K c = μ ∑P ∑T 式中:μ ——基础底面与地基土间的摩擦系数,如无实测资料时可参考表 3-10。

P ——各竖直分力; 17 栈桥设计指南 T——各水平分力; Kc——一般取 k c ≥ 1.2 ~ 1.3 ; 摩擦系数μ 摩 擦系数μ 地基土 分类 μ 粘 软 塑 土 硬 塑 0.3 亚粘土、 亚砂 土、 半干硬粘土 0.3~0.4 路桥华南工程有限公司 表 3- 10 岩 石 硬 质 碎石类土

砂类土 软 质 0.25 0.4 0.5 0.4~0.6 0.6~0.7 ㈡、桩基础设计计算( 载力、稳定性、入土深度) ㈡、桩基础设计计算(承载力、稳 定性、入土深度) 桩基础设计计算 基础采用钢管桩(或 PHC 桩)时,主要计算方式如下。

⑴、管桩竖向容许承载力按下式计算 [P]= 1 U ∑ l iτ i 《基础工程》 ( 基础工程》 P82 (3-7)或参考 港口工程桩基规范》 工 程桩基规范 P8 (4.2.4)) 《港口工程桩基规范》 1.55 式中: [P ]——单桩轴向受压容许承载力 (KN) 由于为临时结构, , 承载力进行 提高为 1/1.55 U ——桩的周长(m) l i ——局部冲刷线以下各层土层厚度(m) τ i ——与 li 对应的各土层与桩壁的极限摩阻力(kPa) ,如有地质资料,按地质资 料取 值,如无详细地质资料,按下表 3-11 采用。

打入桩桩周土的极限摩阻力 打入桩桩 周土的极限摩阻力 土 类 状 态 τ i 值 表 3-11 极限摩阻力τ i(kPa) 15~30 30~45 45~60 60~75 75~85 85~95 1.5≥IL≥1 1>IL≥0.75 粘 性 土 0.75>IL≥0.5 0.5>IL≥0.25 0.25>IL≥0 0>IL 稍 粉 细 砂 中 密 中 砂 中 松 密 实 密 20~35 35~65 65~80 55~75 18 栈桥设计指南 密 粗 砂 中 密 实 密 实 路桥华南工程有限公司 75~90 70~90 90~105 按上式计算出单桩轴向受压容许承载力应大于单桩实际竖向承载力, 满足受力要 求。

⑵、钢管桩竖向容许承载力按下式计算 p j = λsUΣτili+λpAσR 当 hb/ds<5 时 当 hb/ds≥5 时 (《基础工程》P83 基础工程》 (3-8)) λp=0.16 hb λs ds (《基础工程》P83 (3-9)) λp=0.8λs (《基础工程》P83 (3-10)) 式中:λ p——桩底端闭塞效应系数,对于闭口桩 λ p=1,对于敞口桩按上式取值 λ s ——侧阻挤土效应系数,对于闭口桩λ s=1,敞口桩按表 3-12 取值 hb——桩底端进入持

力层深度 ds——钢管桩内直径 敞口钢管桩桩侧阻挤土效应系数λ s 钢管桩内径(mm) λ s <600 1.00 700 0.93 800 0.87 900 0.82 表 3- 12 1000 0.77 ⑶、桩在水平力作用下的计算 对于一般栈桥,可以不予以考虑水平力作用的影响;对 于海上栈桥设计,需考虑 在泊船通过时,由船舶的冲击引起的水平力和波浪力产生的水平 力及力矩作用;以及 强涌潮影响,需考虑栈桥承受风和强涌潮等水平力作用。

对于需考虑 水平力或力矩作 用时,采用假想嵌固点法计算,采用 m 法,桩基础的入土深度 Lt≥4T, 满足弹性长桩 条件,T 为桩的相对刚度系数(m),按下式计算确定: T= 5 EpI p mb0 工程桩基规范 ( 港口工程桩基规范》P74 (C.2.2-3)) 《港口工程桩基规范》 式中 T ——桩的相对刚度系数(m) EP ——桩材料的弹性模量(kN/m2),取 2.06×108 19 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 I P ——桩截面惯性矩(m4), 对钢管桩 I P = (D 64 π 4 d 4 ,D 为外壁直径,d 为内壁直径。

) m ——桩侧地基土的水平抗力系数随深度增长的比例系数( kN/m4 ) 采用地面以下 1.8T ,m 深度范围内各土层 m 的加权平均值; 土 的 m 值 序号 1 地基土类别 淤泥、淤泥 质土 流塑(IL>1) 、软塑(0.75< 2 IL≤1) 状粘性土、 e>0.9 粉土、 4500~6000 松 散粉细砂、松散填土 可塑(0.25<IL≤0.75)状粘性 3 土、e=0.7~0.9 粉土、稍密或 中 密填土、稍密细纱 硬塑(0<IL ≤0.25)坚硬(IL 10000~ 4 ≤0)状粘性土、e<0.7 粉土、 22000 中密的中粗砂、密实老填土 注:当水平位移大于表列数值时,m 值应适当降低。

表 3- 13 相应单桩在地面处水平位移 4 m 值(kN/m ) (mm) 2000~4500 10 10 6000~10000 10 10 b0 ——桩的换算宽度(m) b0 取 2d,d 为桩受力面的桩宽或桩径。

, 钢管桩受弯 嵌固点深度 t = η T 式中 工程桩基规范 ( 港口工程桩基规范》P14 (4.3.3)) 《港口工程桩基规范》 t——受弯嵌固点距泥面深度(m) η ——系数,取 1.8~2.2.桩顶铰接或桩的自由长度较大时取较小值,桩顶嵌固

或桩的自由长度较小时取较大值 T——桩的相对刚度系数(m) *关于桩基础的详细计 算方式详见《基础工程》 《公路桥涵设计通用规范》等相关资料,根 、 据不同地层条件、桩长等参数,可能采取的算法不太一致。

3.3.2 上部结构设计计算 ㈠、承重梁计算 20 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 承重梁采用贝雷或型钢,设计时按简支梁进行计算,并根据计算结果进行材料型 号选 择。

承重梁规格 I36a~I56a 工钢、350 × 175~600 × 200H 钢或采用贝雷。

⑴.承重 梁材料选择型钢,则按简支梁(或连续梁法)进行计算,先通过荷载布 置绘出承重梁弯矩 图,算出最大弯矩 Mmax;也可借助计算软件进行计算,钢栈桥设计 一般采用 4 跨一联~ 6 跨一联的连续结构。

简支梁的正应力强度公式为: M max ≤ [σ ] W 对工钢,其最大正应力发生在最大弯矩的横截面上距中性轴最远的各点处,且该 处的 剪应力为零。

式中 M max ——最大弯据; W ——抗弯截面系数; [σ ]——材料允许弯曲应力 剪应力强度公式为: τ max = QS z ≤ [τ ] I zb * 对工钢,其危险截面上的最大剪应力发生在中性轴处,且为纯剪应力状态。

式中:[ τ ]——材料允许剪应力; Q ——为危险截面处剪力; S z ——为危险截面上的最大剪应力发生处对其中性轴的静矩,对工钢为中性轴任一 边的半个横截面面积对中性轴的静矩; * I z ——为整个横截面对中性轴的惯性矩; b ——矩形截面的宽度,对工钢 b 为腹板厚度。

⑵.采用贝雷可根据计算出的最大弯矩和剪力按下表检查贝雷是否满足受力要 求。

桁架的容许内力 表 17 21 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 ㈡、分配梁计算 ㈡、分配梁计算 分配梁 栈桥横、 纵向分配均采用型钢, 横向分配 梁采用点焊 (型钢纵梁) U 型螺栓 或 (贝 雷纵梁)与承重梁梁连接,横向分配梁采用 规格 I12.6~I45a 工钢。

纵向分配梁位于 横向分配梁上方,纵向分配梁兼做桥面板使用, 采用规格[20a 或[25a 槽钢倒扣在横 向分配梁上, 纵向分配梁与横向分配梁点焊连接。

纵、 横向分配梁可按简支梁(或连续梁法)进行计算,或采用结构计算软件建立 框架模型,主 要验算其弯应力、剪应力、主应力等指标。

㈢、横向联系计算 ㈢、横向联系计算 横向联 系计算时,可将结构视为底端约束的刚架,横向联系视为刚架中的链杆, 只承受轴向力。

按下式验算横向联系稳定性是否满足要求: N ≤φ 1[σ ] A 式中: N ——计算轴力,为流水压力、波浪力及漂浮物撞击力等作用在钢架产生的内

力; A ——截面面积; φ 1——轴向受压构件的纵向弯曲系数,根据钢种、截面形式及弯曲方向等按表采用; [σ ]——材料允许轴向应力。

㈣、钢护筒牛腿计算 ㈣、钢护筒牛腿计算 为使纵梁能在钢管桩上稳固放置, 需在钢 护筒上焊接牛腿, 作为承重梁的支撑点。

在此种情况,需对牛腿焊缝按同时承受弯矩、剪 力角焊缝强度作验算。

其计算公式为: τ A = τ M + τ V ≤[ τ f ] 22 式中: τ A ——焊缝在弯矩、剪力共同作用下的应力值; τ M ——焊缝在弯矩作用下的应力值, M = τ M , f 为焊缝抗弯截面面积; W Wf 22 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 τ V ——焊缝在剪力作用下的应力值, τ V = V , A f 为焊缝有效面积; Af 3.4 主要事项 主要材料防腐、 3.4.1 主要材料防腐、保护要求 栈桥主要构件:钢管桩基础、分配梁、承重梁、横向联系、面板等材料都要求多 次周 转使用,使用前应按照公司相关周转材料管理文件要求,进行防腐涂装。

涂装时得环境温 度和相对湿度应符合涂料产品说明书得要求, 当产品说明书无要 求时, 环境温度在 5~38℃ 之间,相对湿度不应大于 85%。

涂装时构件表面不应有结 露;涂装后 4h 内应保护免受雨 淋。

涂装前钢材表面应进行除锈等处理,除去钢材表面的焊渣、焊疤、灰尘、油污、 水和 毛刺等。

涂层宜均匀、无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。

对于钢管桩、型钢、钢板等不 同类型,防腐涂装要求详见公司有关文件规定。

3.4.2 其它要求 ⑴、附属结构如护栏、安全网等设施未在本设计指南中提及,应根据实际情况设 置安 全防护装置; ⑵、在使用期间,如基础局部冲刷过大,应在基础周围抛片石砂袋等防止冲 刷, 保证其使用安全; ⑶、另外在使用期间桥头两端应设置一些警示设置,并对过往车辆 进行限速;栈 桥上间隔一定距离应设置一座路灯,防止夜间车辆不慎坠入桥下。

3.4.3 设计者应注意的事项 ⑴.本指南中所列的验算方法来自于相关规范,但不一定全面;可作为正常条件 下, 钢栈桥设计验算的参考,如遇特殊情况时,应查阅相关的规范、手册,选取合适 的方法。

⑵.钢栈桥作为临时结构,施工期将受到洪水、台风、风暴潮等不良气候因素的 影响,设 计时应该有一定的安全储备。

⑶.钢栈桥材料用量较大,设计时应尽量减少对型材的焊接、 切割和破坏,做好 防腐措施,控制设计变形量,方便材料周转使用。

23 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 ⑷.结构选材时尽量选择较为通用的型材,方便周转至其它部位使用。

⑸.设计完成 后,要对施工人员进行现场交底,对现场施工质量进行检验,保证 施工质量能够满足设计 要求。

24 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司

附录: 设计实例 新造珠江特大桥 D4 合同段钢栈桥设计计算书 ㈠、工程概况 ㈠、工程概况 新造珠江特大桥为广州新洲至化龙快速路上的控制性工程,全长 1980m。

其中引 桥长 1222m , 斜 拉 主 桥 长 758m , 珠 江 大 桥 桥 跨 组 合 为 6 × ( 3 × 41.3 ) m + 2 × 41.3m + (64+140+350+140+64)m+(2×48m+40)+2×(4×32.5)m。

主线按双向六车道, 设计 行车速度为 80km/h; 主桥桥宽 31 米, 引桥标准桥宽 28.5 米; 本工程总工期 30 个月。

主 桥为主跨为 350m 的双塔斜拉桥。

22#、23#主墩以及 21#辅助墩为水中基础,需 搭设栈桥 及平台进行施工。

根据工程所处地区的地质环境条件,拟采用型钢在南、北 两岸搭设钢栈 桥及钻孔施工平台。

桥位处于南亚热带海洋性季风气候区,雨量充沛,且为珠江水系入海 口,河网发 育,为地下水渗入补给提供了充足水源。

地下水由第四系孔隙水和基岩裂隙水 组成。

以第四系孔隙水为主,砂层系主要含水层,由于其分布广,厚度较大,连通性较好, 透水性强,故水量丰富。

地下水由于水里梯度小,水平排泄缓慢,水位一般埋深较浅, 水 位埋深 0.2~0.5m。

下伏基岩泥质粉砂岩、砂岩、混合岩(强风化、弱风化)裂隙 较发育, 有地下水活动痕迹,故其基岩裂隙水具有一定的出水量。

新造水道最高通航水位+7.464m, 最低通航水位+3.674m,平均高潮位+5.944m, 平均低潮位+4.344m,设计水位 7.68m。

承 台设计顶标高为-1.3m,底标高为-6.3m。

㈡、结构设计 ㈡、结构设计 钢栈桥采用型钢的组合结构形式,北岸钢栈桥采用 8.25×17+6.75m 跨径组合、 南岸 钢栈桥采用 6.75+8.25+7.75×4+8m 跨径组合。

钢栈桥采用Φ 630×8mm 的钢管桩 作为基 础,钢管桩横桥向中心距为 400cm,在钢管桩上面设置双肢 I45 型钢作为承重 梁,并设 置牛腿与钢管桩进行连接。

承重梁上面设置 I45 型钢作为第一层分配梁, 上 面铺设[20a 型 钢作为第二层分配梁,中心距为 25cm,形成栈桥。

钢栈桥的两侧设置 25 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 Φ 48 钢管作为防护栏。

桥台采用 7.5 号浆砌片、 块石桥台(石料强度不小于 30 号), 为 一长 7m、宽 3m、高 2m 的长方体。

钢栈桥的布置图如下: 钢栈桥断面图(单位:m) ㈢、计算过程中采用的部分参数 ㈢、计算过程中采用的部分参数 Q235 钢材的允许应力: 【σ 】=180MPa Q235 钢材的允许剪应力: 【τ 】=110MPa Q235 钢材的弹性模量:E=2.1×105Mpa 16Mn 钢材的允许应力: 【σ 】=237MPa 16Mn 钢材的允许剪应力: 【τ 】=104MPa 16Mn 钢材的弹性模量:E=2.1×105Mpa ㈣、设计技术参数及荷载的确定 ㈣、设计技术参数及荷载的确定 1. 根据实际情况, 栈桥通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带吊车, 则计算 荷 载为 50T 履带吊及砼罐车。

取最大荷载 50T 履带吊,自重约为 50T,其计算工况为 最重 荷载在栈桥上行驶时对栈桥的影响, 考虑可能出现的履带吊停留在栈桥上吊装作 业时的情 况,吊重按 20T 考虑,则考虑 1.1 的冲击系数最后取 77T 进行计算。

26 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 2.结构自重按实际重量计入; 3.流水压力 因新造珠江特大桥施工图设计说明中未提 供相关数据,出于安全考虑,施工区域 流水设计流速 300cm/s。

根据《公路桥涵设计通用 规范》 ,则流水压力为: Fw=kAγ V /2g=0.8×0.63×10×3 /2×9.81=2.212KN/m 即钢管桩

在水中的自由段承受 2.212KN/m 的水流压力。

4.风荷载 不考虑风荷载 5.桥台范围地基 土的物理、力学性能指标见表 11 表 F- 1 取土 深度 (自 地面 算起) (m) 0 2.5 天然状态下土的物理指 标 含水 量 ω % 20.4 43.7 天然容 重γ (KN/m 3 ) 26.9 26.5 22 土工试验结果表 塑性界限 直剪试验 液性 指数 Ip 压缩系 数 α 1-2 2 (mm /N) 标高 孔隙 比 e 土粒密 度 ρ 3 (t/m ) 液 塑 限 限 ωl ωp 塑 性 指 数 Ip 粘聚力 c 2 (KN/m ) 内摩 擦角 Φ ° 25.9 5.8 6.69 4.19 0.573 1.213 2.69 2.65 0.15 1.28 0.276 0.85 30.5 10.1 台后填土γ =17KN/m3,内摩擦角Φ =35°,粘聚力 c=0,基底土层承载力 150Kpa。

6. 河道地质情况 表 F-2 地质情况表 编号 1 2 3 土层名称 淤泥 Qm4 粉砂 中粗砾砂 厚度 (m) 3.9 5.1 4.6 极限摩阻力 (KPa) 10 40 75 ㈤、主栈桥结构设计与验算 ㈤、主栈桥结构设计与验算 1.桥台计算 1.桥台计算 根据分析, 在台后填土表面有汽车荷载时, 桥台稳定性最不利, 按最不利荷载进行 27 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 计算。

土压力按台背竖直,α =0;填土内摩擦角Φ =35°,台背与填土间外摩擦角δ = =17.5°;台后填土为水平,β =0。

l=H tgθ =H×( tgω + (ctgφ + tgω )(tgω ? tgα ) ) =2×0.583=1.166 1Φ2 μ= cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ? 2 =0.247 由汽车荷载换算等代均布土层厚度为 h= Σ G 2 × 550 = =7.2m Blγ 7 × 1.166 × 17 1 E= Bμ γ H(H + 2h) =482KN 2 水平分力 EX=E cos(α + δ ) =482× cos17.5 ° =459.7KN Cx= 2 2 + 3 ×7 .2 H H + 3h ×= C= ×=0.96m 3 H + 2h 3 2 + 2 ×7 .2 水平力产生弯矩 MX=459.7×0.96=441KN·m 竖向分力 Ey=E sin(α + δ ) =482× sin 17.5 ° =145KN

Cy==1.5-0.96 ==0.54m 竖向力产生弯矩 My=145×0.54=78.3KN·m 则基底应力 σ = ∑ P ∑ M 7 × 3 × 2 × 25 + 145 441 ? 78.3 + + = =91.5Kpa ≤ 150 Kpa 1 A W 7×3 2 ×7×3 6 满足 要求! 抗倾覆稳定系数 K 0 = 2.钢管桩计算 2.钢管桩计算 采用Φ 630×8mm 的钢管 桩作为基础, 考虑最不利情况即 50T 履带吊在作业时, 荷 载由 2 根钢管桩承担,则单 根钢管桩承受 P=770÷2=385KN; 钢管桩回转半径 i=220mm 钢管桩长度为 l0=20.9m y 1.5 = 5 ≥ 1.5 = e0 0.3 满足要求! 28 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 钢管桩截面面积 Am=15632mm2 长细比:λ =l0/i=95 查附表,稳定系数 Φ =0.588 钢 管容许压力: [N]= Φ ×Am×[σ ]=0.588×15632×215=1976 KN ≥ 385KN φ 630cm 钢管 桩容许承载力计算: 满足要求! [P] = 1 U ∑ l iτ i = 0.65 × π × 0.63 × (3.9 × 10 + 5.1 × 40 + 4.6 × 75) =756KN ≥ 385KN; 1.55 钢管桩承载力满足要求! 3.承重梁设计 3.承重梁设计 承重梁采用双肢 I45a 工字钢, 取承重梁最大跨径 400cm 计算,取最不利荷载即由 2 根承重梁承受履带吊重量,其受力如 图所示: 履带吊机 栈桥荷载布置示意图 P=385KN P=385KN 75 250 400 75 承重梁受力简图 29 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 最大弯矩 M = 296.6 KN ? m 最大剪力: Q = 392.8 KN 选 2I45a 作为承重梁 取 Q235 钢的弯曲应力: [σ w ]=215Mpa,[τ ]=125MPa I45a 的抵抗矩为 W = 1.43111× 10 6 mm 3 , 截面面积为: A = 10200mm 2 , 惯性矩 为 : I z = 3.22 × 10 8 mm 4 , 中 性 轴 任 一 边 的 半 个 横 截 面 面 积 对 中 性 轴 的 静 矩 : S z = 829582 mm 3 ,腹板厚度 b = 11.5mm 。

* 最大弯曲正应力为 M max = 最大剪应力为 τ max * M max 148.3 × 10 6 = = 103MPa ≤ [σ ] W 1.43111 × 10 6 QS z 392.8 × 829582 × 10 3 = = = 44 ≤ [ τ ],满足强度要求。

I zb 3.22 × 10 8 × 11.5 × 2 4. 第一层分配梁设计 4. 第一层分配梁设计 第一层分配梁采用 I45a 工字钢,间距 35cm,最大跨径 825cm;取最不利荷载即 在跨中由 6 根承重梁承受履带吊重量,则单根 受力如图:

q=43KN/m 187.5 450 825 187.5 第一层分配梁受力简图 弯矩 M = 281.3KN ? m 剪力: Q = 72.3KN 选 I45a 作为承重 梁 弯曲正应力为 M max 剪应力为 τ max = M max 281.3 × 10 6 = = = 187 MPa W 1.43111 × 10 6 * QS z 72.3 × 829582 × 10 3 = = 16.2 ≤ [ τ ], 满足强度要求。

8 I zb 3.22 × 10 × 11.5 30 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 5.第二层分配梁设计 5.第二层分配梁设计 第二层分配梁采用[20a 槽钢,间距 25cm, 最大跨径 35cm;取最不利荷载即在跨 中由 10 根承重梁承受履带吊重量,则单根受力如 图: q=38.5KN/m 35 第二层分配梁受力简图 由于槽钢反扣,普槽 20a 截面几何参数图: 图 8 腹板总厚 TW =7 mm 普槽 20a 截面几何参数图 弯矩:M=qL2/8=38.5×0. 35/8=0.6×106 N·mm 弯曲正应力为 σ max=Mmax/W= 0.6 × 10 6 =9.2Mpa< [ σ w ]=170 Mpa, 满足要求。

64642.5 剪力:Q= ql/2=38.5×0.35/2=6.7KN 剪应力为τ = Q × S X 6700 × 26483 = =19.4Mpa<145Mpa,满足要求。

I X × TW 1317188.8 × 7 6.整体稳定性 栈桥整体稳定性需采用软件建模计算,在此不再赘述。

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路桥华南工程有限公司 路桥华南工程有限公司 栈 桥 设 计 指 南 编制: 编制: 复核: 复核: 审核: 审核: 路桥华南工程有限公司技术研发部 二 OO 八年二月 目 第 1 章 第 2 章 2.1 录 前 言…… 1 钢栈桥设计…… 3 相关资料收集 …… 3 2.2、栈桥结构设计 …… 3 第 3 章 3.1 3.2 3.3 3.4 钢栈桥结构验算…… 8 设计荷载组 合 …… 8 各类材料容许应力 …… 15 栈桥设计验算 …… 16 主要事项 …… 23 附录: 设计实例…… 25 ㈠、工程概况 …… 25 ㈡、结构设计 …… 25 ㈢、计算过 程中采用的部分参数 …… 26 ㈣、 设计技术参数及荷载的确定 …… 26 ㈤、 主栈桥结构设 计与验算 …… 27

栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 第1章 前 言 1.1 编制目的 近年来,随着公司承建的项目越来越多,各类临时结构工程也越来越多,设计工 作量 也越来越大。

为了减少设计工作量、提高设计水平、提高临时结构通用性和提高 临时材料 周转使用率,公司计划对一些常用临时结构,推行标准化设计。

为此,由公 司技术研发部 组织,将进行多项《设计指南》的编写。

《设计指南》由技术研发部编制,将作为全公司 范围内各分项工程结构设计的依 据和参考,用于指导项目常规施工方案的设计,促进常规 方案的标准化和模块化, 从 而起到减少项目方案设计人员的设计强度的作用, 达到提高临 时材料周转使用率的目 的。

栈桥作为一种施工通道, 是为工程建设服务的一项大型临时结 构,尤其在跨江、 跨河甚至跨海大型桥梁建设中,在船只无法靠近的情况下,通过栈桥完 成施工作业成 为一项有效常用的工程措施。

栈桥具有规模大、载荷重、结构复杂等特点, 目前我公 司在建的项目,栈桥的临时工程量很大。

栈桥设计有一定的难度,尤其国内缺乏 这方 面的规范及参考书, 为了给栈桥设计提供方便, 减少困难, 同时符合公司推行标准化 设 计的要求,特编写此指南。

在指南编写过程中还参考了近几年来我公司一些项目使用过及 正在使用的各类 栈桥,结合其各自的特点及其共同特征进行编写;指南编写本着通用性的 原则, 力求 适用于各种环境、 地质情况, 并结合项目自身情况, 对其栈桥设计进行指导。

《设 计指南》的编写,是一项系统的,庞大的工程,本指南在编写中力求内容完 善、实用、无 误。

但由于编者经验较少、水平有限,在指南中有不足甚至错误之处在 所难免,欢迎批评 指正,并提出宝贵意见,将《设计指南》不断完善。

1.2 适用范围 本指南适用于普通江、河、水塘、浅海区域的临时钢栈桥结构的设计及计算。

1 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 1.3 相关规范及参考资料 本指南编写过程中,主要参考以下规范及文件: a、 《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) ; 》 b、 《铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-05) ; 》 c、 《钢结构设计规 范(GB50017-2003) ; 》 d、 《装配式公路钢桥使用手册》 ; e、 《公路桥涵钢结构与 木结构设计规范(JTJ 025-86) ; 》 f、 《结构力学》 ; g、 《路桥施工计算手册》 ; h、 《公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85) ; 》 i、 《海港水文规范(JTJ213-98) ; 》 j、 《港口工程荷载规范(JTJ215-98) ; 》 k、 《港口工程桩基规范(JTJ254-98) ; 》 l、 《内河航道与港口水文规范 (JTJ 214-2000) ; 》 以及其它相关行业规范, 设计图纸等资料。

2 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 第 2 章 钢栈桥设计 2.1 相关资料收集 在展开进行钢栈桥结构设计前,需要收集以下资料: 1) 、工程项目设计图纸; 2) 、 沿线各种地形断面图,地层断面图、地质报告; 3) 、气象、水文资料; 4) 、栈桥的功能 和修建栈桥的目的; 5) 、通过栈桥各种机械资料,主要为机械规格、外形尺寸、性能及轮 压; 6) 、通过栈桥其他最大和最重构件尺寸、重量。

2.2、栈桥结构设计 、栈桥结构设计 2.2.1 栈桥平面位置确定

栈桥平面位置的确定要结合主体工程施工方法进行全面分析,考虑因素有以下几 点: a、满足施工机械靠近施工现场,方便施工作业; b、确保施工通道畅通; c、尽量与钻孔 平台相结合; d、尽量保证栈桥轴线与主桥轴线平行; e、栈桥布置应不影响水上通航,如 需船舶配合作业,栈桥设置在上游侧; f、不能影响测量观测(桥梁轴线) ; 以上是栈桥 平面布置确定时应注意的几个问题。

事实上各方面因素是相互矛盾 的,都要照顾到比较困 难,只能抓主要方面,照顾大局,使栈桥布置协调,方便施工。

2.2.2 栈桥净空确定 栈桥标高主要根据当地最大洪水水位(潮位)考虑,桥下净空应根据计算水位或 最高 流冰水位加安全高度确定,并保证不会形成流冰、漂浮物阻塞;同时又要考虑施 工便道及 施工平台标高,并尽量与其保持一致,尽量避免设计纵坡。

在不通航的情况 3 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 下, 桥下净空不应小于表 2-1 规定。

如考虑通航情况时, 还需考虑满足桥下船只正 常 通行。

非通航河流桥下最小净空 表 2- 1 栈桥跨度确定应从安全、经济、搭设方便、满足通航、满足泄洪要求等方面考虑。

从 安全角度考虑必须保证在桥梁设计洪水位以内的各级洪水及流冰、 漂浮物等的安全 通过; 栈桥跨度从设计及制造的角度考虑, 跨度设计种类越少越好, 以减少设计及制 造的工作量, 且节约成本。

2.2.3 栈桥跨径选择 栈桥跨径的选择的影响因素较多, 目前较常用的跨径有 9m、 12m、 15m、 18m、 24m 及 36m 等不同等级,考虑因素主要如下: ⑴.通航因素影响,根据航道规划,预留通航孔; ⑵.所用材料影响,一般型钢栈桥 9~12m,贝雷栈桥 15~18m; ⑶.施工方式影响,如 采用履带吊机悬臂施工方法,一般 12~18m,受履带吊机 起吊能力制约; ⑷.受基础形 式影响,如地基较差、基础投入大,一般尽量将跨径加大,设计时 可对数种跨径经济性进 行比较。

2.2.4 栈桥结构确定 ㈠、基础选择 目前常用的临时栈桥基础可采用临时钢管桩基础或预应力管桩基础。

预 应力管桩 基础适用于陆地及浅水区施工,具有单桩承载力大,价格低廉,施工方便等优点, 但 基础不能周转使用,需要采用柴油锤插打, 需要大型设备(如打桩船) 。

如采用预应 力 混凝土管桩,可参考表 2-2(或相关标准)进行选取。

预应力混凝土管桩力学性能 表 2 -2 - 4 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 外径 (mm) 壁厚 (mm) 型号 A 预应力 钢筋 抗裂弯矩 (KN·m) 23 28 33 52 63 75 99 121 144 166 125 154 182 211 164 201 239 276 367 451 535 619 689 845 1003 1161 极限弯矩 竖向承载力 最大桩节 理论重量 (KN· m) 设计值 (KN) 长度(m) (Kg/m) 34 45 59 77 104 135 148 200 258 332 188 254 328 422 246 332 430 552 550 743 962 1238 1030

1394 1805 2322 8900 15 924 6000 15 620 4250 4800 15 440 499 3550 4150 15 368 434 3150 3700 15 327 368 2250 12 249 1250 11 131 6φ7.1 6φ9.0 8φ10.7 10φ7.1 10φ9.0 12φ9.0 10φ9.0 10φ10.7 13φ10.7 13φ12.6 11φ9.0 11φ10.7 15φ10.7 15φ12.6 13φ9.0 13φ10.7 17φ10.7 17φ12.6 15φ10.7 15φ12.6 22φ12.6 27φ12.6 22φ10.7 22φ12.6 30φ12.6 40φ12.6 300 75 AB B A 400 95 AB B A 500 100 125 AB B C A 550 100 125 AB B C A 600 110 130 AB B C A AB B C A AB B C 800 110 1000 130 水上钢栈桥基础较多采用钢管桩,钢管桩具有重量轻、施工方便、抵抗弯矩能力 强, 方便施工(可用振动锤插打)等特点,应用较为广泛。

钢管桩可通过焊接纵向、横向平联 增加整体稳定性。

为了统一规格,提高钢管桩 周转使用率,设计时应选择表 2-3 中所规 定的标准材料。

基础材料选用表 部位 钢管桩 可选规格(mm) GB-SPWSP630×8 A (mm ) 15632 2 表 2- 3 4 Ix(mm ) 7.5612e+08 Wx(mm ) 2400392 3 单位重 (kg/m) 122.7 5 栈 桥 设 计 指 南 GB-SPWSP711 × 10 GB-SPWSP820 × 10 GB-SPWSP820 × 12 GB-SPWSP1020 × 12 GB-SPWSP1020 × 14 GB-SPWSP1220 × 12 GB-SPWSP1220 × 14 GB-SPWSP273 × 6 GB-SPWSP325 × 6 桩间平 联 GB-SPWSP426 × 6 GB-SPWSP426 × 8 GB-SPWSP508×8 GB-SPWSP610×8 22011 25434 30445 37981 44224 45517 53016 5030 6010 7913 10500 12560 15122 1.353e+09 2.088e+09 2.487e+09 4.828e+09 5.600e+09 8.310e+09 9.657e+09 4.888e+07 7.653e+07 1.746e+08 2.296e+08 3.929e+08 6.857e+08 路 桥 华 南 工 程 有 限 公 司 3806925 5092240 6065949 9467291 10980127 13622805

15815034 358113 470972 819935 1077878 1546853 2248163 172.8 199.7 239.0 298.2 347.2 357.3 416.2 39.5 47.2 62.1 82.4 98.6 118.7 ㈡、纵、横分配梁、承重梁及桥面系选择 横分配梁、 选用型钢作为分配梁,选用型钢 或贝雷作为承重梁;桥面采用钢板或倒扣槽钢, 钢板厚度为 10~12mm,密排倒扣槽钢采 用[20~[25a。

各类材料选用时,应该考虑通 用性要求,如采用型钢时选用表 2-4 中所列 材料: 栈桥上部结构材料选用表 栈桥上部结构材料选用表 部位 可选规格(mm) A (mm ) I56a I45a 承 重 梁 I36a I32a H600×200 H500×200 H450×175 I45a 分 配 梁 I36a I32a I28a I25a H450×175 13538 10240 7644 6712 13520 11420 8341 10240 7644 6712 5537 4851 8341 2 表 2- 4 Wx(mm ) 2342000 1432933 877556 692500 2610000 1910000 1200000 1432933 877556 692500 508214 401360 1200000 3 Ix(mm ) 6.558e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.820e+08 4.780e+08 2.710e+08 3.224e+08 1.580e+08 1.108e+08 7.115e+07 5.017e+07 2.710e+08 4 Iy(mm ) 1.366e+070 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 2.28e+07 2.14e+07 7.93e+06 8.550e+06 5.549e+06 4.590e+06 3.441e+06 2.804e+06 7.93e+06 4 Wy(mm ) 164554 114000 81603 70615 41400 43300 30800 114000 81603 70615 56410 48345 30800 3 单位重 (kg/m) 106.3 80.4 60.0 52.7 106.0 89.6 65.5 80.4 60.0 52.7 43.5 38.1 65.5 6 栈桥设计指南 [25a 面 板 [20 δ =10mm δ =12mm 3491 3283 3.359e+07 1.9143+07 1.759e+06 1.436e+06 路桥华南工程有限公司 268728 191370 2 61396 51748 27.4 25.8 重量 78.5Kg/m 重量 94.2Kg/m 2 承重梁选用贝雷桁架片时其力学性能如下表: 贝雷力学性能表 贝雷力学性能表 表 2- 5 贝雷允许内力表 贝雷允许内力表 表 2- 6 各项目可根据项目当地条件及项目具体情况对栈桥结构及用材进行选定。

7 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 第 3 章 钢栈桥结构验算 3.1 设计荷载组合 3.1 3.1.1 荷载分类 作用在栈桥上的计算荷载, 主要分为永久荷载、 可变荷载和偶然荷载 3 类。

永久荷载: 经常作用在结构物上的力 可变荷载: 出现几率较小的各种外力 偶然荷载: 偶然发生的外力

3.1 3.1.2 荷载组合 进行栈桥结构设计时,应根据结构特性,按下表所列荷载就其可能发生最不利组 合情 况进行计算。

栈桥计算荷载 荷载分类 序号 1 永久荷载 2 3 4 5 6 7 可变荷载 8 9 10 11 偶然荷载 12 汽车制动力 风荷载 流水压力 冰压力 船舶、漂浮物撞击力 不与 8、11 同时参与组合 不与 8、 10 同时参与组合 不与 10、 11 同时参与组合 荷载名称 结构自重 土侧压力 静水 压力及浮力 车辆荷载 汽车冲击力 汽车引起的土侧压力 人群荷载 备注 表 3- 1 8 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 3.1 3.1.3 荷载分析 ㈠、栈桥自重荷载:包括结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力;结构重力 栈桥 自重荷载: 标准值按下表所列常用材料的重力密度计算。

常用材料的重力密度 表 3- 2 ㈡、土侧压力:分为静土侧压力和主动土侧压力两种; 土侧压力: ⑴.静土压力的标 准值可按下列公式计算 ej= ξ γ h ξ =1-sinφ E j= 1 ξγ H 2 2 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P20 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》 P21 《公路桥涵设计通用规范》 《公 路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 2 4.2.3-1) 4.2.3-2) 4.2.3-3) 式中: ej——任一高度 h 处的静土压力强度(KN/m ) ; ξ ——压实土的静土压力 系数; γ ——土的重力密度(KN/m ) ; φ ——土的内摩擦角(°) ; h——填土顶面 至任一点的高度(m) ; H——填土顶面至基底高度(m) ; Ej——高度 H 范围内单位 宽度的静土压力标准值(KN/m) ; 3 在计算倾覆和滑动稳定时,墩、台、挡土墙前侧地面以下不受冲刷部分土的侧压 力可 按静土压力计算。

⑵.主动土压力标准值可按下式计算: 当土层特性无变化但有汽车荷载 作用时, 作用在桥台、 挡土墙后的主动土压力标 准值在β =0 时可按下式计算: 9 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 E= 1 Bμ γ H(H + 2h) 2 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 (P21 4.2.3-4) 4.2.3-5) μ= cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ? 2 式中: E——主动土压力标准值(KN) ; μ ——主动土压力系数; γ ——土的重 力密度(KN/m ) ; B——桥台的计算宽度或挡土墙的计算长度(m) ; H——计算土

层高度(m) ; β ——填土表面与水平面夹角,这里β =0; α ——桥台或挡土墙背与竖 直面夹角; δ ——台背或墙背与填土间的摩擦角,可取δ = φ ——土的内摩擦角(°) ; h——汽车荷载的等代均布土层厚度(m) ; 3 φ 2 ; 主动土压力的着力点自计算土层底面算起,C= H H + 3h × 。

3 H + 2h 图 3-1 主动土侧压力图 ⑶.作用在柱上的土侧压力计算宽度可按下列规定采用: Ⅰ、当 li ≤ D 时,作用在 每根柱上的土压力计算宽度可按下式计算: 10 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P22 《公路桥涵设计通用规范》 4.2.3-8) 图 3-2 柱的土侧压力计算宽度 Ⅱ、当 li > D 时,应根据柱的直径或宽度来考虑柱 间空隙的折减。

《公 ( 公路桥涵设计通用规范》P23 《 路桥涵设计通用规范》 4.2.3-10) a、当土层特性有变化或受水位影响是,宜分层计算土的侧压力; b、土的重力密度和 内摩擦角应根据调查或试验确定。

㈢、 车辆荷载 车辆荷载 车辆荷载根据栈桥使用实际情况确定, 如不能确定最大车辆荷 载时采用表 7 汽车 荷载进行设计;如确定通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带 吊车时, 考虑履带 吊在栈桥作业时, 按 50T 履带吊+最大吊重 (或 80t) 进行设计。

⑴. 车 辆荷载的立面、平面尺寸见图 3-3、图 3-4,主要技术指标规定见表 3- 3。

车辆荷载主要技术指标 表 3- 3 11 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 车道荷载的立面、 图 3-3 车道荷载的立面、平面尺寸 图 3-4 车辆荷载横向分布 a、履带—50 级荷载的立面、平面尺寸见图 5 履带— 级荷载的立面、 图 3-5 履带—50 级荷载的立面、侧面尺寸 12 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 ⑷、冲击荷载 汽车在栈桥行驶时限速最大 20Km/h,避免栈桥上出现跳车现象,汽车 冲击荷载可 按汽车总重的 10%计算,即 1.1 倍系数考虑。

⑸、汽车制动力 汽车在栈桥 行驶时限速最大 20Km/h, 禁止在桥上急刹车, 汽车制动力可不予考虑。

⑹、风荷载、 流水压力 ①、风荷载 对于一般水上栈桥,可不予以考虑风荷载影响;对于位于台风多发地 区桥梁,或 海上桥梁施工栈桥,由于其迎风面积较大,设计时应予以考虑风荷载影响。

风 荷载 假定水平地垂直作用于各部分迎风面积的形心上,其标准值可按下式计算: Fwh = k0

k1k3Wd Awh Wd = 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P28 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-1) γVd 2 2g 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-2) W0 = γV 10 2 2g 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-3) Vd = k 2k5V10 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P29 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.7-4) 4.3.7-5) γ = 0.012017e ?0.0001Z 式中: Fwh ——横桥向风荷载标准值(KN) ; W0 ——基本风压(KN/m2) ; Wd ——设计基准风压(KN/m2) ; Awh ——横 向迎风面积(m2) ,按结构各部分的实际尺寸计算; V10 ——桥梁所在地区的设计基本 风速 (m / s ) ,系按平坦空旷地面,离地面 10m 高, 重现期为 100 年 10min 平均最大风速计算确定; Vd ——高度 Z 处的设计基准风速 (m / s ) ; Z ——距地面或水面的高度(m) ; γ ——空气重力密度(KN/m3) ; k0 ——设计风速重现期换算系数,对于平台结构可取 0.75,当桥梁位于台风多发地 区时,可根据实际情况适度提高 k0 值; 13 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 k3 ——地形、地理条件系数,一般取 1.0; k5 ——阵风风速系数,对 A、B 类地表 k5 =1.38,对 C、D 类地表 k5 =1.70。

A、B、 C、D 地表类别对应的地表状况见表 3-8; 地 表 分 类 表 3- 4 k 2 ——考虑地面粗糙度类别和剃度风的风速高度变化修正系数,按下表取用; 风速高度变化修正系数 K2 表 3- 5 k1 ——风载阻力系数,按下列规定确定: 式中: B ——宽度(m) ; H ——高度(m) 。

②、流水压力 桥墩上流水压力标准值按下式计算: 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P33 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.8) 14 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司

K——桥墩形状系数,见表 3-6 桥墩形状系数 表 3- 6 ⑺、船舶或漂流物撞击力 栈桥设计时常与平台、 码头结合考虑, 在靠近码头或平台 部位需要设置防撞装置, 如防撞桩等,栈桥本身结构可以不予以考虑船舶撞击力影响。

漂 流物横桥向撞击力标 准值按下式计算: F= WV gT 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P37 《公路桥涵设计通用规范》 4.4.2) 式中: W ——漂流物重力 (kN ) ,应根据河流中漂流物情况,按实际调查确定; V ——水流速度 (m / s ) ; T ——撞击时间 ( s ) ,应根据实际资料估计,在无实际资料时,可用 1s; g ——重 力加速度 (m / s 2 ) 。

3.2 各类材料容许应力 根据《钢结构设计规范》 ,计算时 Q235、Q345 钢材的强度设计值取值如表 3-9。

根 据《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》 ,栈桥结构设计采用容许应力法,容 如 对临 许 应力值为极限应力值/1.5, Q235 钢的容许应力=极限应力 210/1.5=140Mpa, 时性结构, 采用 1.3 容许应力提高系数;栈桥结构采用 Q235 钢材的容许应力值如下: 轴向应力 [σ ]=140×1.3≈180Mpa;[σ w ]=145×1.3≈185Mpa; [τ ]=85×1.3≈ 110Mpa。

15 栈桥设计指南 设计用钢材强度值 钢材型号 钢材序 号 1 2 Q235 3 4 5 6 Q345 7 8 35~50 50~100 270 250 155 145 40~60 60~100 16 16~35 200 190 315 300 115 110 185 175 构件 钢 号 厚度 mm 16 16~40 抗拉,压,弯 f MPa 215 205 抗剪 fv MPa 125 120 路桥华南工程有限公司 表 3-9 端面承压 fce MPa 320 320 320 320 410 410 410 410 栈桥设计还需对刚度进行验算,控制各构件挠度,满足结构刚度要求,并利于 材料周 转使用。

挠度的容许值一般为挠度与梁跨长的比值满足 f max 1 1 ≤ ~ 。

l 250 400 3.3 栈桥设计 栈桥设计验算 栈桥由基础及承重结构组成。

基础分为桥头桥台及桩基础; 承重结构自桩顶向上 分为, 承重梁、分配梁及桥面附属结构。

基础设计计算(承载力、稳定性、入土深度) 3.3.1 基础设计计算(承载力、稳定性、 入土深度) 栈桥基础设计时考虑桥头采用重力式混凝土桥台或重力式砌体结构, 也可采用支 撑桩 桥台,水中部分采用钢管桩进行支撑。

㈠、扩大基础设计计算 ㈠、扩大基础设计计算 扩 大基础设计 桥头采用扩大基础设计时,需进行桥台抗倾覆验算和基底承载力计算。

进行抗 倾 覆验算时其荷载组合应为:台后有汽车荷载作用时产生的被动土压力。

①、将汽车荷载 换算成等代均布土层厚度: h= ΣG Blγ 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P27 《公路桥涵设计通用规范》 4.3.4-1) 式中:在破坏棱体长度范围内只能放一辆重车,因为栈桥为双车道,则 Σ G =2 × G; 16 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 L 为破坏棱体长度,对于台背为竖直时,L=H tgθ ,H 为桥台高度, tgθ = tgω + (ctgφ + tgω )(tgω ? tgα ) 而 ω = φ + δ + α ;

②、土压力: 1 Ej= Bμ γ H(H + 2h) 2 《公路桥涵设计通用规范 ( 公路桥涵设计通用规范》P21 《公路桥涵设计通用规范》 4.2.3-1) 其水平分力: Ejx= Ej cos(δ + α ) ,对基底形心水平弯矩 Mjx= Ejxc×C; 其竖向分力: Ejy= Ej sin(δ + α ) ,,对基底形心竖向弯矩 Mjy= Ejy×C; ③、基底应力: σ = ∑P ∑ M +AW 式中: ∑ P 为桥台自重及土侧压力竖向分力 ; ∑ M 为桥台自重对形心产生弯矩及土侧压力产生弯矩 ; A 为底面积; Bh' 2 W= ,h’为填土高度; 6 ④、稳定性验算: 抗倾覆稳定系数 K 0 = y e0 式中:y——基底截面重心至压力最大一边的边缘的距离; e0——外力合力偏心距, e0 = ∑ Pe + ∑ Th ,P 为各竖直分力,T 为各水平分力,e 为 ∑P 相应于 P 作用点至基底形心的距离,h 为相应于 T 作用点至基底的距离; K0——一 般对主要荷载组合取 k 0 ≥ 1.5 ,各种附加荷载组合取 k 0 ≥ 1.1 ~ 1.3 ; 抗滑移稳定稳定系数: K c = μ ∑P ∑T 式中:μ ——基础底面与地基土间的摩擦系数,如无实测资料时可参考表 3-10。

P ——各竖直分力; 17 栈桥设计指南 T——各水平分力; Kc——一般取 k c ≥ 1.2 ~ 1.3 ; 摩擦系数μ 摩 擦系数μ 地基土 分类 μ 粘 软 塑 土 硬 塑 0.3 亚粘土、 亚砂 土、 半干硬粘土 0.3~0.4 路桥华南工程有限公司 表 3- 10 岩 石 硬 质 碎石类土 砂类土 软 质 0.25 0.4 0.5 0.4~0.6 0.6~0.7 ㈡、桩基础设计计算( 载力、稳定性、入土深度) ㈡、桩基础设计计算(承载力、稳 定性、入土深度) 桩基础设计计算 基础采用钢管桩(或 PHC 桩)时,主要计算方式如下。

⑴、管桩竖向容许承载力按下式计算 [P]= 1 U ∑ l iτ i 《基础工程》 ( 基础工程》 P82 (3-7)或参考 港口工程桩基规范》 工 程桩基规范 P8 (4.2.4)) 《港口工程桩基规范》 1.55 式中: [P ]——单桩轴向受压容许承载力 (KN) 由于为临时结构, , 承载力进行 提高为 1/1.55

U ——桩的周长(m) l i ——局部冲刷线以下各层土层厚度(m) τ i ——与 li 对应的各土层与桩壁的极限摩阻力(kPa) ,如有地质资料,按地质资 料取 值,如无详细地质资料,按下表 3-11 采用。

打入桩桩周土的极限摩阻力 打入桩桩 周土的极限摩阻力 土 类 状 态 τ i 值 表 3-11 极限摩阻力τ i(kPa) 15~30 30~45 45~60 60~75 75~85 85~95 1.5≥IL≥1 1>IL≥0.75 粘 性 土 0.75>IL≥0.5 0.5>IL≥0.25 0.25>IL≥0 0>IL 稍 粉 细 砂 中 密 中 砂 中 松 密 实 密 20~35 35~65 65~80 55~75 18 栈桥设计指南 密 粗 砂 中 密 实 密 实 路桥华南工程有限公司 75~90 70~90 90~105 按上式计算出单桩轴向受压容许承载力应大于单桩实际竖向承载力, 满足受力要 求。

⑵、钢管桩竖向容许承载力按下式计算 p j = λsUΣτili+λpAσR 当 hb/ds<5 时 当 hb/ds≥5 时 (《基础工程》P83 基础工程》 (3-8)) λp=0.16 hb λs ds (《基础工程》P83 (3-9)) λp=0.8λs (《基础工程》P83 (3-10)) 式中:λ p——桩底端闭塞效应系数,对于闭口桩 λ p=1,对于敞口桩按上式取值 λ s ——侧阻挤土效应系数,对于闭口桩λ s=1,敞口桩按表 3-12 取值 hb——桩底端进入持 力层深度 ds——钢管桩内直径 敞口钢管桩桩侧阻挤土效应系数λ s 钢管桩内径(mm) λ s <600 1.00 700 0.93 800 0.87 900 0.82 表 3- 12 1000 0.77 ⑶、桩在水平力作用下的计算 对于一般栈桥,可以不予以考虑水平力作用的影响;对 于海上栈桥设计,需考虑 在泊船通过时,由船舶的冲击引起的水平力和波浪力产生的水平 力及力矩作用;以及 强涌潮影响,需考虑栈桥承受风和强涌潮等水平力作用。

对于需考虑 水平力或力矩作 用时,采用假想嵌固点法计算,采用 m 法,桩基础的入土深度 Lt≥4T, 满足弹性长桩 条件,T 为桩的相对刚度系数(m),按下式计算确定: T= 5 EpI p mb0 工程桩基规范 ( 港口工程桩基规范》P74 (C.2.2-3)) 《港口工程桩基规范》 式中 T ——桩的相对刚度系数(m) EP ——桩材料的弹性模量(kN/m2),取 2.06×108 19

栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 I P ——桩截面惯性矩(m4), 对钢管桩 I P = (D 64 π 4 d 4 ,D 为外壁直径,d 为内壁直径。

) m ——桩侧地基土的水平抗力系数随深度增长的比例系数( kN/m4 ) 采用地面以下 1.8T ,m 深度范围内各土层 m 的加权平均值; 土 的 m 值 序号 1 地基土类别 淤泥、淤泥 质土 流塑(IL>1) 、软塑(0.75< 2 IL≤1) 状粘性土、 e>0.9 粉土、 4500~6000 松 散粉细砂、松散填土 可塑(0.25<IL≤0.75)状粘性 3 土、e=0.7~0.9 粉土、稍密或 中 密填土、稍密细纱 硬塑(0<IL ≤0.25)坚硬(IL 10000~ 4 ≤0)状粘性土、e<0.7 粉土、 22000 中密的中粗砂、密实老填土 注:当水平位移大于表列数值时,m 值应适当降低。

表 3- 13 相应单桩在地面处水平位移 4 m 值(kN/m ) (mm) 2000~4500 10 10 6000~10000 10 10 b0 ——桩的换算宽度(m) b0 取 2d,d 为桩受力面的桩宽或桩径。

, 钢管桩受弯 嵌固点深度 t = η T 式中 工程桩基规范 ( 港口工程桩基规范》P14 (4.3.3)) 《港口工程桩基规范》 t——受弯嵌固点距泥面深度(m) η ——系数,取 1.8~2.2.桩顶铰接或桩的自由长度较大时取较小值,桩顶嵌固 或桩的自由长度较小时取较大值 T——桩的相对刚度系数(m) *关于桩基础的详细计 算方式详见《基础工程》 《公路桥涵设计通用规范》等相关资料,根 、 据不同地层条件、桩长等参数,可能采取的算法不太一致。

3.3.2 上部结构设计计算 ㈠、承重梁计算 20 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 承重梁采用贝雷或型钢,设计时按简支梁进行计算,并根据计算结果进行材料型 号选 择。

承重梁规格 I36a~I56a 工钢、350 × 175~600 × 200H 钢或采用贝雷。

⑴.承重 梁材料选择型钢,则按简支梁(或连续梁法)进行计算,先通过荷载布 置绘出承重梁弯矩 图,算出最大弯矩 Mmax;也可借助计算软件进行计算,钢栈桥设计 一般采用 4 跨一联~ 6 跨一联的连续结构。

简支梁的正应力强度公式为: M max ≤ [σ ] W 对工钢,其最大正应力发生在最大弯矩的横截面上距中性轴最远的各点处,且该 处的 剪应力为零。

式中 M max ——最大弯据;

W ——抗弯截面系数; [σ ]——材料允许弯曲应力 剪应力强度公式为: τ max = QS z ≤ [τ ] I zb * 对工钢,其危险截面上的最大剪应力发生在中性轴处,且为纯剪应力状态。

式中:[ τ ]——材料允许剪应力; Q ——为危险截面处剪力; S z ——为危险截面上的最大剪应力发生处对其中性轴的静矩,对工钢为中性轴任一 边的半个横截面面积对中性轴的静矩; * I z ——为整个横截面对中性轴的惯性矩; b ——矩形截面的宽度,对工钢 b 为腹板厚度。

⑵.采用贝雷可根据计算出的最大弯矩和剪力按下表检查贝雷是否满足受力要 求。

桁架的容许内力 表 17 21 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 ㈡、分配梁计算 ㈡、分配梁计算 分配梁 栈桥横、 纵向分配均采用型钢, 横向分配 梁采用点焊 (型钢纵梁) U 型螺栓 或 (贝 雷纵梁)与承重梁梁连接,横向分配梁采用 规格 I12.6~I45a 工钢。

纵向分配梁位于 横向分配梁上方,纵向分配梁兼做桥面板使用, 采用规格[20a 或[25a 槽钢倒扣在横 向分配梁上, 纵向分配梁与横向分配梁点焊连接。

纵、 横向分配梁可按简支梁(或连续梁法)进行计算,或采用结构计算软件建立 框架模型,主 要验算其弯应力、剪应力、主应力等指标。

㈢、横向联系计算 ㈢、横向联系计算 横向联 系计算时,可将结构视为底端约束的刚架,横向联系视为刚架中的链杆, 只承受轴向力。

按下式验算横向联系稳定性是否满足要求: N ≤φ 1[σ ] A 式中: N ——计算轴力,为流水压力、波浪力及漂浮物撞击力等作用在钢架产生的内 力; A ——截面面积; φ 1——轴向受压构件的纵向弯曲系数,根据钢种、截面形式及弯曲方向等按表采用; [σ ]——材料允许轴向应力。

㈣、钢护筒牛腿计算 ㈣、钢护筒牛腿计算 为使纵梁能在钢管桩上稳固放置, 需在钢 护筒上焊接牛腿, 作为承重梁的支撑点。

在此种情况,需对牛腿焊缝按同时承受弯矩、剪 力角焊缝强度作验算。

其计算公式为: τ A = τ M + τ V ≤[ τ f ] 22 式中: τ A ——焊缝在弯矩、剪力共同作用下的应力值; τ M ——焊缝在弯矩作用下的应力值, M = τ M , f 为焊缝抗弯截面面积; W Wf 22 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 τ V ——焊缝在剪力作用下的应力值, τ V = V , A f 为焊缝有效面积; Af

3.4 主要事项 主要材料防腐、 3.4.1 主要材料防腐、保护要求 栈桥主要构件:钢管桩基础、分配梁、承重梁、横向联系、面板等材料都要求多 次周 转使用,使用前应按照公司相关周转材料管理文件要求,进行防腐涂装。

涂装时得环境温 度和相对湿度应符合涂料产品说明书得要求, 当产品说明书无要 求时, 环境温度在 5~38℃ 之间,相对湿度不应大于 85%。

涂装时构件表面不应有结 露;涂装后 4h 内应保护免受雨 淋。

涂装前钢材表面应进行除锈等处理,除去钢材表面的焊渣、焊疤、灰尘、油污、 水和 毛刺等。

涂层宜均匀、无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。

对于钢管桩、型钢、钢板等不 同类型,防腐涂装要求详见公司有关文件规定。

3.4.2 其它要求 ⑴、附属结构如护栏、安全网等设施未在本设计指南中提及,应根据实际情况设 置安 全防护装置; ⑵、在使用期间,如基础局部冲刷过大,应在基础周围抛片石砂袋等防止冲 刷, 保证其使用安全; ⑶、另外在使用期间桥头两端应设置一些警示设置,并对过往车辆 进行限速;栈 桥上间隔一定距离应设置一座路灯,防止夜间车辆不慎坠入桥下。

3.4.3 设计者应注意的事项 ⑴.本指南中所列的验算方法来自于相关规范,但不一定全面;可作为正常条件 下, 钢栈桥设计验算的参考,如遇特殊情况时,应查阅相关的规范、手册,选取合适 的方法。

⑵.钢栈桥作为临时结构,施工期将受到洪水、台风、风暴潮等不良气候因素的 影响,设 计时应该有一定的安全储备。

⑶.钢栈桥材料用量较大,设计时应尽量减少对型材的焊接、 切割和破坏,做好 防腐措施,控制设计变形量,方便材料周转使用。

23 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 ⑷.结构选材时尽量选择较为通用的型材,方便周转至其它部位使用。

⑸.设计完成 后,要对施工人员进行现场交底,对现场施工质量进行检验,保证 施工质量能够满足设计 要求。

24 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 附录: 设计实例 新造珠江特大桥 D4 合同段钢栈桥设计计算书 ㈠、工程概况 ㈠、工程概况 新造珠江特大桥为广州新洲至化龙快速路上的控制性工程,全长 1980m。

其中引 桥长 1222m , 斜 拉 主 桥 长 758m , 珠 江 大 桥 桥 跨 组 合 为 6 × ( 3 × 41.3 ) m + 2 × 41.3m + (64+140+350+140+64)m+(2×48m+40)+2×(4×32.5)m。

主线按双向六车道, 设计 行车速度为 80km/h; 主桥桥宽 31 米, 引桥标准桥宽 28.5 米; 本工程总工期 30 个月。

主 桥为主跨为 350m 的双塔斜拉桥。

22#、23#主墩以及 21#辅助墩为水中基础,需 搭设栈桥 及平台进行施工。

根据工程所处地区的地质环境条件,拟采用型钢在南、北 两岸搭设钢栈 桥及钻孔施工平台。

桥位处于南亚热带海洋性季风气候区,雨量充沛,且为珠江水系入海 口,河网发 育,为地下水渗入补给提供了充足水源。

地下水由第四系孔隙水和基岩裂隙水 组成。

以第四系孔隙水为主,砂层系主要含水层,由于其分布广,厚度较大,连通性较好, 透水性强,故水量丰富。

地下水由于水里梯度小,水平排泄缓慢,水位一般埋深较浅, 水 位埋深 0.2~0.5m。

下伏基岩泥质粉砂岩、砂岩、混合岩(强风化、弱风化)裂隙 较发育, 有地下水活动痕迹,故其基岩裂隙水具有一定的出水量。

新造水道最高通航水位+7.464m, 最低通航水位+3.674m,平均高潮位+5.944m, 平均低潮位+4.344m,设计水位 7.68m。

台设计顶标高为-1.3m,底标高为-6.3m。

㈡、结构设计 ㈡、结构设计 钢栈桥采用型钢的组合结构形式,北岸钢栈桥采用 8.25×17+6.75m 跨径组合、 南岸 钢栈桥采用 6.75+8.25+7.75×4+8m 跨径组合。

钢栈桥采用Φ 630×8mm 的钢管桩 作为基 础,钢管桩横桥向中心距为 400cm,在钢管桩上面设置双肢 I45 型钢作为承重 梁,并设 置牛腿与钢管桩进行连接。

承重梁上面设置 I45 型钢作为第一层分配梁, 上 面铺设[20a 型 钢作为第二层分配梁,中心距为 25cm,形成栈桥。

钢栈桥的两侧设置 25 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 Φ 48 钢管作为防护栏。

桥台采用 7.5 号浆砌片、 块石桥台(石料强度不小于 30 号), 为 一长 7m、宽 3m、高 2m 的长方体。

钢栈桥的布置图如下: 钢栈桥断面图(单位:m) ㈢、计算过程中采用的部分参数 ㈢、计算过程中采用的部分参数 Q235 钢材的允许应力: 【σ 】=180MPa Q235 钢材的允许剪应力: 【τ 】=110MPa Q235 钢材的弹性模量:E=2.1×105Mpa 16Mn 钢材的允许应力: 【σ 】=237MPa 16Mn 钢材的允许剪应力: 【τ 】=104MPa 16Mn 钢材的弹性模量:E=2.1×105Mpa ㈣、设计技术参数及荷载的确定 ㈣、设计技术参数及荷载的确定 1. 根据实际情况, 栈桥通过最重车辆为 6m3 混凝土罐车和 50T 履带吊车, 则计算 荷 载为 50T 履带吊及砼罐车。

取最大荷载 50T 履带吊,自重约为 50T,其计算工况为 最重 荷载在栈桥上行驶时对栈桥的影响, 考虑可能出现的履带吊停留在栈桥上吊装作 业时的情 况,吊重按 20T 考虑,则考虑 1.1 的冲击系数最后取 77T 进行计算。

26 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 2.结构自重按实际重量计入; 3.流水压力 因新造珠江特大桥施工图设计说明中未提 供相关数据,出于安全考虑,施工区域 流水设计流速 300cm/s。

根据《公路桥涵设计通用 规范》 ,则流水压力为: Fw=kAγ V /2g=0.8×0.63×10×3 /2×9.81=2.212KN/m 即钢管桩 在水中的自由段承受 2.212KN/m 的水流压力。

4.风荷载 不考虑风荷载 5.桥台范围地基 土的物理、力学性能指标见表 11 表 F- 1 取土 深度 (自 地面 算起) (m) 0 2.5 天然状态下土的物理指 标 含水 量 ω % 20.4 43.7 天然容 重γ (KN/m 3 ) 26.9 26.5 22 土工试验结果表 塑性界限 直剪试验 液性 指数 Ip 压缩系 数 α 1-2 2 (mm /N) 标高 孔隙 比 e 土粒密 度 ρ 3 (t/m ) 液 塑 限 限 ωl ωp 塑 性 指 数 Ip 粘聚力 c 2 (KN/m ) 内摩 擦角 Φ ° 25.9 5.8 6.69 4.19 0.573 1.213

2.69 2.65 0.15 1.28 0.276 0.85 30.5 10.1 台后填土γ =17KN/m3,内摩擦角Φ =35°,粘聚力 c=0,基底土层承载力 150Kpa。

6. 河道地质情况 表 F-2 地质情况表 编号 1 2 3 土层名称 淤泥 Qm4 粉砂 中粗砾砂 厚度 (m) 3.9 5.1 4.6 极限摩阻力 (KPa) 10 40 75 ㈤、主栈桥结构设计与验算 ㈤、主栈桥结构设计与验算 1.桥台计算 1.桥台计算 根据分析, 在台后填土表面有汽车荷载时, 桥台稳定性最不利, 按最不利荷载进行 27 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 计算。

土压力按台背竖直,α =0;填土内摩擦角Φ =35°,台背与填土间外摩擦角δ = =17.5°;台后填土为水平,β =0。

l=H tgθ =H×( tgω + (ctgφ + tgω )(tgω ? tgα ) ) =2×0.583=1.166 1Φ2 μ= cos 2 (? ? α ) ? sin(? + δ ) sin(? ? β ) ? cos 2α ? cos(α + δ ) ?1 + ? cos(α + δ ) cos(α ? β ) ? ? 2 =0.247 由汽车荷载换算等代均布土层厚度为 h= Σ G 2 × 550 = =7.2m Blγ 7 × 1.166 × 17 1 E= Bμ γ H(H + 2h) =482KN 2 水平分力 EX=E cos(α + δ ) =482× cos17.5 ° =459.7KN Cx= 2 2 + 3 ×7 .2 H H + 3h ×= C= ×=0.96m 3 H + 2h 3 2 + 2 ×7 .2 水平力产生弯矩 MX=459.7×0.96=441KN·m 竖向分力 Ey=E sin(α + δ ) =482× sin 17.5 ° =145KN Cy==1.5-0.96 ==0.54m 竖向力产生弯矩 My=145×0.54=78.3KN·m 则基底应力 σ = ∑ P ∑ M 7 × 3 × 2 × 25 + 145 441 ? 78.3 + + = =91.5Kpa ≤ 150 Kpa 1 A W 7×3 2 ×7×3 6 满足 要求! 抗倾覆稳定系数 K 0 = 2.钢管桩计算 2.钢管桩计算 采用Φ 630×8mm 的钢管 桩作为基础, 考虑最不利情况即 50T 履带吊在作业时, 荷 载由 2 根钢管桩承担,则单 根钢管桩承受 P=770÷2=385KN; 钢管桩回转半径 i=220mm 钢管桩长度为 l0=20.9m y 1.5 = 5 ≥ 1.5 = e0 0.3 满足要求! 28 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 钢管桩截面面积 Am=15632mm2 长细比:λ =l0/i=95 查附表,稳定系数 Φ =0.588 钢 管容许压力: [N]= Φ ×Am×[σ ]=0.588×15632×215=1976 KN ≥ 385KN φ 630cm 钢管 桩容许承载力计算: 满足要求! [P] = 1 U ∑ l iτ i = 0.65 × π × 0.63 × (3.9 × 10 + 5.1 × 40 + 4.6 × 75) =756KN

≥ 385KN; 1.55 钢管桩承载力满足要求! 3.承重梁设计 3.承重梁设计 承重梁采用双肢 I45a 工字钢, 取承重梁最大跨径 400cm 计算,取最不利荷载即由 2 根承重梁承受履带吊重量,其受力如 图所示: 履带吊机 栈桥荷载布置示意图 P=385KN P=385KN 75 250 400 75 承重梁受力简图 29 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 最大弯矩 M = 296.6 KN ? m 最大剪力: Q = 392.8 KN 选 2I45a 作为承重梁 取 Q235 钢的弯曲应力: [σ w ]=215Mpa,[τ ]=125MPa I45a 的抵抗矩为 W = 1.43111× 10 6 mm 3 , 截面面积为: A = 10200mm 2 , 惯性矩 为 : I z = 3.22 × 10 8 mm 4 , 中 性 轴 任 一 边 的 半 个 横 截 面 面 积 对 中 性 轴 的 静 矩 : S z = 829582 mm 3 ,腹板厚度 b = 11.5mm 。

* 最大弯曲正应力为 M max = 最大剪应力为 τ max * M max 148.3 × 10 6 = = 103MPa ≤ [σ ] W 1.43111 × 10 6 QS z 392.8 × 829582 × 10 3 = = = 44 ≤ [ τ ],满足强度要求。

I zb 3.22 × 10 8 × 11.5 × 2 4. 第一层分配梁设计 4. 第一层分配梁设计 第一层分配梁采用 I45a 工字钢,间距 35cm,最大跨径 825cm;取最不利荷载即 在跨中由 6 根承重梁承受履带吊重量,则单根 受力如图: q=43KN/m 187.5 450 825 187.5 第一层分配梁受力简图 弯矩 M = 281.3KN ? m 剪力: Q = 72.3KN 选 I45a 作为承重 梁 弯曲正应力为 M max 剪应力为 τ max = M max 281.3 × 10 6 = = = 187 MPa W 1.43111 × 10 6 * QS z 72.3 × 829582 × 10 3 = = 16.2 ≤ [ τ ], 满足强度要求。

8 I zb 3.22 × 10 × 11.5 30 栈桥设计指南 路桥华南工程有限公司 5.第二层分配梁设计 5.第二层分配梁设计 第二层分配梁采用[20a 槽钢,间距 25cm, 最大跨径 35cm;取最不利荷载即在跨 中由 10 根承重梁承受履带吊重量,则单根受力如 图:

q=38.5KN/m 35 第二层分配梁受力简图 由于槽钢反扣,普槽 20a 截面几何参数图: 图 8 腹板总厚 TW =7 mm 普槽 20a 截面几何参数图 弯矩:M=qL2/8=38.5×0. 35/8=0.6×106 N·mm 弯曲正应力为 σ max=Mmax/W= 0.6 × 10 6 =9.2Mpa< [ σ w ]=170 Mpa, 满足要求。

64642.5 剪力:Q= ql/2=38.5×0.35/2=6.7KN 剪应力为τ = Q × S X 6700 × 26483 = =19.4Mpa<145Mpa,满足要求。

I X × TW 1317188.8 × 7 6.整体稳定性 栈桥整体稳定性需采用软件建模计算,在此不再赘述。

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