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1、钢便桥设计与验算1、项目概况钢便桥拟采用18+36+21m全长共75m钢便桥采用下承式结构，车道净宽4.0m,主梁采用贝雷架双排双层，横梁为标准件16Mn材质I28a,桥面采用定型桥面板，下部结构为钢管桩(小529)群 桩基础。2、遵循的技术标准及规范2.1 遵循的技术规范公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)公路桥梁施工技术规范(JTG F50-2001)钢结构设计规范(GB S0017-2003)装配式公路钢桥使用手册路桥施工计算手册2.2 技术标准2.2.1 车辆荷载根据工程需要，该钢便桥只需通过混凝土罐车。目前市场上上最大罐车为16m3。空车重为 16.6T 混凝土重 16*
2、2.4=38.4T。总重=16.6+38.4=55.0T。16m罐车车辆轴重9T17.2SIL7.2STCI1J3四片iFiC11J斗tn力C3 d Wfi CDc精品资料2.2.2便桥断面2.2.3钢便桥限制速度5km/h3、主要材料及技术参数材料弹模(MP)屈服极限(MP)容许弯曲拉应力(MP)提图后咨许与曲应力(MP)容许剪应力(MP)提高后容许剪应力(MP)参资料Q2352.1E+5235145188.585110.5设计规范Q3452.1E+5345210273120156设计规范贝雷架2.1E+5345240-245N/肢-根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86 ,临
3、时性结构容许应力按提高30-40%后使用，本表提高1.3计4、设计计算(中跨桁架)4.1计算简图按照钢便桥两端跨度需有较大纵横坡的实际需要，故每跨断开，只能作为简支架计算，不能作为连续梁来计算。4.1.1中跨计算简图 36.0m简支梁36n4.1.2边跨计算简图21.0m 简支梁21n4.2荷载 4.2.1恒载128a 0中跨上部结构采用装配式公路钢桥一一贝雷双排双层。横梁为43.47kg/m。单根重5*43.47=217.4kg=2.17KN ;纵梁和桥面采用标准面板：宽 2.0m,长 6.0m,重 1.8T。恒载计算列表如下:在舁 厅P构件名称单件重（KNJ）每节（KN纵桥向（KN/n）1
4、贝雷主梁2.721.67.22横梁2.16.32.13桥面板181864销子0.030.720.245花架0.333.961.326其他0.447合计17.34.2.2活载如上所述采用16M的罐车，总重55.0T。因钢便桥净宽4.0M,罐车通过便桥时要求车辆居中行驶，故不考虑偏载的 不利影响。4.3 内力分析与计算 显然，最大净宽发生在跨度中,36m收N最大剪力发生在支座处4.3.1 恒载内力M跨中=(q/8 ) 12=17.3*36 2/8=2802 KN-mQ 支座q1/2=17.3*36/2=311.4 KN支座反力F支=Q支座=311.4 KN4.3.2 活载内力4.2.2.1活载内力
5、分析绘制跨中点弯矩影响线(长度单位mif 17.35T ITMT 17.MT跨中弯矩：M=173.3*9+173.3*9*(18-3.4)/18+30*9*(18-3.4-1.85)/18+173.3*9*(18-1.35)/18=1559.7+1265.1+191.2+1442.7=4458.7KN- m支点剪力(长度单位mmSTQ=173.3+173.3*(36-1.35)/36+173.3*(36-1.35-3.4)/36+30*(36-1.35-3.4-1.85)/36=173.3+166.8+150.4+24.5=515 KN4.3.2.2活载冲击系数1+u查公路桥涵设计通用规范(5
6、TG D60-2004)补充说明4.3.2选用简支梁的基数f尸九/2l 2 E?Ic/mc式中：Ic-结构跨中的截面惯矩I c=2148588 cm4=0.02149m4E-结构材料的弹性模数 E=2.1*10 6kg/cm2=2.1*1011N/m2mc-结构跨中处延米结构重力 m=17.3KN=1730kg/mc=1730Nm2L-结构的计算跨径l=36.0m将上述数据代入式中：f 1=3.1416/ ( 2*362) 2.1*1011*0.02149/1730 =3.1416*1615/ ( 2*362) =1.957HZ根据(JTG D60-2004)第 4.3.2.5当 1.5HZ
7、1.957 14HZ 时：u=0.1767lnf-0.0157=0.1186-0.0157=0.10290.1034.4 荷载组合跨中弯矩：M=M( + (1+u) M活=2802+1.103*4458.7=7719.9 KN-m4.5 强度验算4.5.1 查装配式公路钢便桥使用手册表 5-6双排双层M=2*3265.4=6530.8 KN-m 7719.9 KN-mQ=2*490.5=918 KN 879.4 KN推论：虽然加强的双排层比不加强的双排层的恒载跨中弯矩弯曲的支点剪力 均匀略有增加。但M和Q均比实际产生的有较大的富余，故选用加强的双排层 应该是安全的。补充计算如下：4.5.3 加
8、强杆增加的弯矩和剪力计算加强杆-根约80kg;每节需增加8根，则每m增加重量q=8*80/3=213.3kg/m增加的弯矩 AM=/q/8*l 2=2.133*36 2/8=345.5 KN - m增加的剪力 Q Q=Aq/2*l=2.133*36/2=38.4 KN4.5.4 最终强度计算M=13500 KN - m （7719.9+345.5 ） =8065 KN mQ=918 KN （841.1+38.4）=879.5 KN结论：通过上述演算，可见采用加强的双排双层贝雷横梁，其强度即可满足工程实施（便桥能通过16m混凝土罐车）的安全需求。5、横梁设计及验算横梁拟采用16Mn I28a 每
9、节桁架（3.0m）配置3根横梁。查表的 I=7115cm4; Wx=508.2cm3; 43.47kg/m ; S=292.7c宿5.1横梁计算简图如右下图所示（长度单位m:混凝土罐车过桥时，令其缓慢居中行驶，故不考虑活载的偏载影响。5.2荷载1.1 .1横梁上的恒载面板及横梁：2*6m重1.8Tqi=18/2/6*1.5=2.25 KN/m横梁自重q2=43.47kg/m=0.435 KN/m总恒载 q=q i+q2=2.25+0.435=2.685KN/m恒载最大弯矩 Me=q*l 2/8=1/8*2.685*4.5 2=6.796 KN-m恒载支剪力 Q恒=1/2ql=1/2*2.685
10、*4.5=6.041 KN1.2 .2横梁上的活载最大罐车的后轴重为17.33T=173.3 KN活载的支点反力(剪力)R=RB=173.3/2=86.65 KN活载的最大弯矩M=M=86.65*1.35=117 KN - m1.3 活载冲击系数1+u计算的方法同前，计算简支梁的基频fi=jt/2l 2VE.IC/m =3.1416/ (2*4.52) * 12.1*1011 * 7.115*10 5/43.5=3.1416*0.058*10 4/ (2*452) =44.99 HZ查表得：u=0.45; 1+u=1.451.4 横梁上的内力组合跨中弯矩 Mk=6.8+1.45*117=176
11、.45 KN - m支点剪力 CMax=6.041+1.45*86.65=131.68 KN1.5 横梁应力验算弯曲应力=M/W=1.76.45*104/508.2=3472 kg/cm 2 2730kg/cm 2可见，横梁的弯曲应力已远超材料的容许值1.3*2100=2730 kg/m 2是不安全的。故不得不另选工字钢规格。，1.6 横梁更改的应力验算现将横梁改选为 132a I=11080cm4; W=692.5cm3; S=400.5cn3弯曲应力=176.45*10 4/692.5=2548 kg/cm 2剪应力=Q*S/I*b式中：Q-截面的剪力 Q=131.68 KNS-截面的净面
12、矩 S=400.5 cm2I-截面的惯性矩I=11080 cm 4b-截面的腹板厚度b=0.95 cm代入得：剪应力=131.68*10 2*400.5/11080*0.95=501 kg/cm 2 3942 KN-mQ=2*490.5=981 KN 795.3 KN结论：边跨采用加强的双排单层贝雷桁架是安全的。7、下部结构验算中间墩采用小529的钢管群桩基础。桥墩主面和横断面见附图7.1 墩顶荷载7.1.1 恒载中跨跨径l=36.0m中跨延米重 q= (17.3+2.13) =19.43 KN/m中跨传给墩的反力 F 1=1/2*36*19.43=349.7 KN边跨跨径L=21.0m边跨延
13、米重q=14.3 KN/m边跨传给墩的反力F2=1/2*21*14.3=150.2 KN上部包载传给墩的总反力5恒=日+52=349.7+150.2=499.9=500 KN7.1.2 活载支座反力影响线活载反力F 活=173.3KN+173.3*(21-1.35)/21+173.3*(36-3.4)/36+30*(36-5.4-1.85)/36=173.3+162.2+156.9+25.6=518 KN7.1.3 墩顶荷载组合F=F 恒+F 活=500+518=1018 KN7.2 墩身荷载桩：小 529 177kg/m=1.77KN/mG 桩=9*18*1.77=286.7KN 桩顶连梁
14、132b 57.71kg/m=0.577 KN/mG 连梁=6*4*0.577=13.8 KN支点梁 I45b 87.45kg/m=6.875 KN/mG 支座梁=2*6.5*0.875=11.4 KN拉杆，剪刀撑估重2.0T=20 KNG 墩=286.7+13.8+11.4+20=331.9 KN7.3 荷载组合F= (500+331.9) +518=1350 KN7.3.1 单桩承载力该桩由9根桩组成，考虑到每根桩很难平均受力，故引入偏载系数 1.2,则 每根桩要求承载能力：N=1350/9*1.2=180 KN7.4 钢管桩承载力验算钢便桥水中位于2-2粉土层中，该土层厚达 30ml地基
15、承载力基本容许值 f ac=135kpa ; 土层的桩侧土摩擦阻力标准值 qik=35kpa。钢板桩的入土深度按 8.0m考虑。求得单桩承载力：P=1/2U 2 a il iZi=1/2* 兀 *0.529*8*35=232 KN7.5 钢管桩承载力验算P=232 KN N=180 KN结论：钢管桩入土 8.0m就能保证群桩基础安全。将I28a改为I32a的方案，虽然在设计计算中行的通，但经过多方努力，16Mn材质的I32a在市场上很难找到，而且其他配件匹配也有问题，所以只能采取对原横梁加强的方法。先对原横梁在中部3m范围的底部加焊“ T”型钢。其腹板为87*11mm翼板为176*13mm T
16、钢总高100mmI28a： I=7115cm4 F=55.37cm求重心:55.37*(14 10) 1.1*8.7*(10-8.7/2) 17*1.32/255.37 9.57 22.1=16.05 76cm13)22_21 _ 3 _8.7 _、21_3一，-J 7115 55.37*8*8.79.57*(6)*1.3 *17 22.1*(16-122124=16955cm1695522770.7 cm3弯曲应力-4176.45*10770.72289kg/cm22_22289kg/cm2 1.3* 2100 2730kg/cm2131.86 102 292.77115 0.85剪应力2_
17、2638.2kg / cm 1200kg/cm经验算，加强后的横梁能够满足16m罐车安全要求9、36.0m钢桁梁刚度验算9.1 钢桁梁的刚度是由“扰度”与跨度之比来表达的。对与钢便桥的扰度（容许）尚未在有关的规范中找到参照有关钢结构的资料及临时便桥的工程路点，其容许扰度暂以 f l八/350来衡量。9.2 钢便桥的扰度便桥的扰度应由以下扰度构成：自重扰度、贝雷桁架非弹性扰度（即轴间距产生的扰度）和活载扰度。9.2.1 自重扰度若以每根杆件（贝雷架各杆件）的自重构件内力、压缩变形来计算，将是较于繁琐的一项工作，现在简便的计q 17.3 2.133 19.433 KN m 1.95T m 19.5
18、0kg cm._ 4I 2 4596255 9192510cmE 2.1 106 kg cm2l 3600cm419.5 36004106 9.129 1042.22cm3T 3TJ33T IJ.33T L7.33TfqT 跨中扰度： 384 EI 384 21519.5 1.679 1014_ 143.84 2.1 9.129 109.2.2 贝雷梁非弹性扰度据贝雷桁架扰度计算经验公式当桁架节数是偶数时：f dn2 q式中：d-常数 对双层桁架d=01717cmn-节数此处n=12f 0.171 7 1 22 8 3.09cm此计算值为新国产贝雷，轴间隙为 0.05。实际间隙为工厂加工精度有
19、关,也与贝雷使用的程度有关。故这里引入1.5的增大系数f 1.5 3.09 4.635cm10.2.3 活载扰度分别以四个集中荷载（罐车轴重）求算跨中c点的扰度，最后叠加求出 活载扰度。从计算简图中得出跨中扰度fcpb 3l2 4b248 EIp第1个集中力：p 3.0Tb 18 3.4 1.85 12.75m;a 3b 12.75 23.253000 1275 3 36002 4 1275248 2.1 106 9.129 1060.135cm3 1.275 106 32.38 106代入得:48 2.1 9.129 1012第2 个集中力：P 17.33T 17330 kg b 18 3.
20、4 14.6m;a 36 14.6 21.4m 2_22 17330 1460 3 36004 1460fc二二 1248 2.1 9.129 102 17.33 1.46 106 30.35 106fc 0.835cm代人得.48 2.1 9.129 10第3个集中力：P 17.33T17330kg; a b 18.0mf3 1 cpl348EI483317.33 1036002.1 106 9.129 1060.879cm第4个集中力:p 17330kg;b 18 1.3516.65m;a 36 16.65 19.35m4 17330 16653 36002 4 166Hc_1248 2.
21、1 9.129 101217.33 1.665 27.79 1012 Z Z 12 48 2.1 9.129 10代入得：0.871cmffci 0.135 0.835 0.879 0.8712.72cm9.3钢桁架刚度验算钢桁架总扰度f 2.22 4.64 2.729.58cm7 1350; f 3600350 1029cm ,总 9.58cm结论：钢桁架刚度经验算通过。10、跨径l 21.0m钢桁架刚度验算10.1 钢便桥扰度计算10.1.1 自重扰度q 1.43T m 14.30kg cm; I2 1154858 2.31 106_4514.3 2100384 2.1 106 2.31
22、1060.747cm11.1.2非弹性扰度经验公式：f d n2 1 .0.3556 72 12.134cmf 1.5 2.134 3.201cm11.1.3活载扰度21八，3.421.85 5.25m;第1个集中力f,3000 525 3 21002 4 525248 2.1 106 2.31 1060.082cm2123.4 7.1m第2个集中力fc217330 710 3 21002 4 710248 2.1 106 2.31 1060.592cmf3c第3个集中力b a 212317330 2100 cqc120.689cm48 2.1 2.31 10b 122 1.35 9.15m_22第4个集中力4 17330 915 3 21004 915fcZ 1248 2.1 2.31 100.673cmfci 0.082 0.592 0.689 0.673 2.036cm c10.2钢桁架刚度验算钢桁梁总度f 总 0.747 3.201 2.0365.984cm7/350; f 2100350 6cm ,总 5.984m结论：钢桁梁刚度验算通过