贝雷梁计算书1.19-426

青岛至荣城城际铁路工程

蒙 沙 河 施 工 便 桥 计 算 书

计算： 复核： 审核：

中铁一局青荣城际铁路工程项目经理部一分部

2010年12月

青荣项目跨蒙沙河施工便桥计算书

一、工程概况

青荣城际铁路五沽河特大桥位于即墨市境内，起讫里程为DK64+004.20～DK73+706.80，全长9702.6米。五沽河特大桥跨域五沽河和蒙沙河两条河流。蒙沙河系五沽河的支流，属季节性河流，平时流水量较小，最大流速约为1米/秒。

正桥桥址处河道宽132米，正常时节最大水深3～4m,两侧河堤比正常水位高1.5～2m,河两岸边地势平坦，均为耕地。

根据设计和图纸资料显示，桥位河床表面为0.5～1m厚的淤积层，下为2～3m厚的粉质粘土覆盖层;其次为泥质砂岩，强度在400KPa。

由于蒙沙河是一条季节性河流，为此充分考虑到雨季的防洪需求，在穿越此河时采用高架桥形式。为不缩窄行洪断面，设计桥长不小于现有两堤堤距，桥梁底高程不低于现有堤顶高程，采用贝雷梁组合的钢架梁结构形式（详见附图）。桥跨布置为“11-12m+1-9m”十跨贝雷梁组合的简支梁。基础采用υ426×10mm钢管桩，为加强基础整体性，每排桥墩的钢管均采用[16b号槽钢设置剪刀支撑连接成整体，每个墩采用双排钢管每排2根钢管，形成板凳桩，增加便桥的稳定性；墩顶横梁采用双Ⅰ40b工字作为钢支撑，钢支撑上横向布置4组贝雷片做纵梁，每组两片，横向每1.5m间距采用10号槽钢加工支撑架连成整体；贝雷梁上铺设Ⅰ20a工字钢分配梁，间距0.3m，桥面系铺10mm花纹防滑钢板，桥面净宽4.5m。

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根据现实需要，栈桥承载力满足： 50t履带吊吊重20t在桥面行走和40t混凝土搅拌运输车、60t满载施工车辆行走，按100t荷载检算。车辆通行时计算采用荷载冲击系数1.2及偏载系数1.2。钢管桩按承压桩和摩擦桩组合设计。计算采用跨度12m计算。

二.钢便桥设计验算

钢便桥长度141m,设置11孔-12m+1孔-9m，6孔一联，钢便桥总宽5.5m,桥面净宽4.5m，计算跨径为12m。钢便桥结构自下而上分别为：υ426×10mm钢管桩、双Ⅰ40b工字钢纵梁、横梁、贝雷梁、间隔铺设Ⅰ20a工字钢分配梁（间距0.3m），桥面铺装10mm压花钢板。υ48×3.5mm高度1.2m的钢管护栏，1.5m间距顺桥向布置，水平设置三道平杆。

(一)、荷载

1、满载料运输车（100t） 1000KN 2、10mm厚花纹钢板：（4.5m宽）：

4.5×0.008×1×7.85×10=3.54KN/m

3、贝雷梁横向联系（每1.5m一根［10槽钢）

(10.007×4.5×2)×10/3=0. 3KN/m

4、I20#工字钢 （长5.5m,41根/12m）：

（12/0.3 +1）×5.5×28×10/1000/12=5.26KN/m

5、I40b工字钢 (长5.5m，2根,；长4.5m，4根) ： (5.5×2+4.5×4)×73.8/1000×10=21.4KN

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6、贝雷架： 0.287×6×4×10/12=5.74KN/m 7、护栏：

（（12/1.5+1）×2×1.2+12×6）×3.33×10/1000/12=0.26 KN/m

净载合计 q=3.54+0.3+5.26+0.26+5.74=15.11KN/m

（二）桥面10mm厚花纹钢板检算：

小横梁上铺设δ10mm厚花纹钢板，宽4.5m，按铺最小长度1m的钢板计算，下面工字钢间距30cm，因为轮宽与分配梁净距接近，故车轮传递的荷载按均布荷载考虑，取q=333KN/m，按三等跨连续梁计算，自重均布荷载：q1=1×0.01×10×7.85=0.785KN/m

施工及人群荷载：不考虑与车辆同时作用 100t车辆轮压：200/0.6=333KN/m 计算见图如下：

30cm 30cm 30cm 333KN/m

钢板惯性矩：I=bh3 /12=1000×103/12=83333mm4 钢板截面抵抗矩：W=bh2/6=1000×102/6=16667mm3 最大弯矩：Mmax=Km*ql2=0.1×333×0.32=3KN.m 弯曲应力:

σmax=Mmax/W=3×106/16667=179.8MPa≤210MPa （可）

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(三)、分配梁I20a工字钢检算：

单边车轮作用在跨中时，纵向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力。

100KN

1.6m q=0.28+0.3*0.01*7.85*10KN/m （1）100t汽车荷载分析（计算宽度取0.3m）： 自重均布荷载：忽略不计

施工及人群荷载：不考虑与砼车同时作用 100t车辆轮压：200×0.3/0.6=100KN

惯性矩：I=2370cm4 截面抵抗矩：W=237cm3 最大弯矩：Mmax=Fl/

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/8=100×1.6/4+0.52×1.62/8

=40.17KN.m×1.2=48.2 KN.m

弯曲应力：σmax= Mmax/W=48.2×106/（237×103）

=203.4MPa ≤210MPa （可）

最大挠度：fmax= Fl3/(48EI)+5ql4/(384EI)

=100×103×16003/(48×2×105×2370×104)+5×0.52

×16004/(384×2×105×2370×104)

=1.81mm ≤λ/400=4.0mm

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(四)、贝雷架检算

由《路桥工程施工常用数据资料与计算速查手册》中查得：贝雷架几何特性和允许内力见下表：

几何特性 结构形式 W（cm3） I（cm4） 弯矩（KN·m） 剪力（t） 单排 不加强 3578.5 250497.2 单层 加强 7699.1 577434.4 788.2 1687.5 24.52 24.52 允许内力 贝雷架材料弹性模量E=2.05×105MPa，每片贝雷片重287kg（含支撑架、销子等）。

按简支梁跨度12m，布6排贝雷架计算（安全系数取1.2）最大弯矩：

Mmax=Fl/

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/8=1000×12/4+15.11×122/8

=3272KN.m×1.2=3926.4 KN.m

≤788.2×6=4729.2 KN.m （可） 弯曲应力：σmax= Mmax/W=3926.4×106/（3578.5×103×6）

=182.9MPa ≤210 MPa （可）

最大挠度：

fmax= Fl3/(48EI)+5ql4/(384EI)

=1000×103×120003/(48×2.05×105×250497.2×104×6)+5×15.11×120004/(384×2.05×105×250497.2×104×6) =13mm×1.2=15.6mm

≤λ/400=30mm （可）

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最大剪力：τmax=(F+ql)/(2×6)= (1000+15.11×12)/(2×6) =98.5KN×1.2=118.2KN≤180KN （可） (五)横梁I40b工字钢检算：

大横梁承受6排贝雷梁传递的荷载，当车辆行驶在桩顶时，为最不利受力情况，两侧贝雷梁布置在钢管桩上方，荷载直接传递到钢管桩上，中间四排贝雷梁作用到横梁上，力学模型简化如下：

集中荷载：P=（400×22.8+200×7）/12+15.11×12/2=968KN 则每排贝雷梁作用于横梁上的力F=968/6KN=161.3KN

2*161.3KN2*161.3KN

惯性矩：I=22780cm4 截面抵抗矩：W=1140cm3 最大弯矩：Mmax=2×161.3×0.7=225.8KN.m×1.2=271 KN.m

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弯曲应力：σmax= Mmax/W=271×106/（1140×103×2）

=118.8MPa ≤210 MPa （可）

最大挠度：

max= 6.81Pl3/(384EI)

=6.81×4×161.3×103×36003/(384×2.05×105×22780

×104×2)=5.7mm＜L/400=9mm （可）

(六)、桩顶纵梁I40b工字钢检算：

纵梁由4根40b工字钢承受2根大横梁传递的荷载，横梁布置在跨中位置，按简支梁计算如下：

集中荷载F=968KN

3.0m 1058KN

惯性矩：I=22780cm4 截面抵抗矩：W=1140cm3 最大弯矩：

Mmax=Fl/4 =968×3/4=726KN.m×1.2=871.2KN.m

弯曲应力：σmax= Mmax/W=871.2×106/（1140×103×4根） =191MPa ≤210 MPa （可） 最大挠度：

fmax= Fl3/(48EI) =968×103×30003/(48×2×105×22780×104

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×6)=2mm≤L/400=7.5mm （可） (七)、钢管桩计算： 1、竖向力计算

蒙沙河水深3-4m，河床沉积层为粉质粘土，沉积层以下为泥质粉砂岩，刚便桥的钢管桩穿过覆盖层坐于基岩上，图纸中给出粉砂岩的承载力为400Kp,查相关资料，桩的极限端阻力标准值按2100Kp考虑，桩的极限侧阻力为70Kpa，钢管桩伸出水面1.0m,按承载桩设计，当载重车辆作用在一侧钢管桩时，此时该钢管桩的竖向力力最大： N=968+21.4=989.4KN（共计4根桩，单桩承受247.3KN） 单桩承载力为F/4=247.3KN≤2100×0.213^2×3.14=299.2KN

钢管桩承载力满足要求。

桩入持力层深度计算，公式采用《建筑桩基技术规范》

QukQskQpkuqsiklipqpkAp

当hb/d<5时，p0.16hb/d

则：

247.3=3.14×1×70×h+×0.16×h/0.426×2100×3.14×0.2132

h=0.7米 取h=1.0米

2、钢管桩强度验算

由以上计算可知，当车辆作用在桩顶时为最不利情况，此时桩顶竖向荷载为N=247.3KN

最大弯矩W=1000/4×10%×6.6=165KN.m

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满载车辆制动力按荷载10%计，作用点假定在桥面，桥面距河床6.6m.

钢管桩截面特性：I=3.14 (42.6^4-40.6^4)/64=28272.91cm4

A=3.14×(42.6^2×-40.6^2)/4=130.624 cm2

W=3.14×(42.6^3-40.6^3)/32=1019.063 cm3 i= IA=14.71

λ=550/i=34，查表得υ=0.9

σ=247.3/(130.624×0.9)+165×10^3/1019.063

=164Mpa≤|σ|=170MPa （八）、钢管桩稳定性验算：

钢管桩稳定性验算按压杆稳定问题验算。钢管直径426mm,壁厚10mm，惯性矩I=28287.3cm4,面积A=130.7cm2， 则回转半径i=√（I/A）=14.71cm

长细比λ=μl/i=2×550/14.71=74.8，为保守起见μ取值按一端固定，一端自由杆件考虑，查《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》，轴向受压杆件纵向弯曲系数υ=0.715，钢管桩轴向受压应力 σ=KN/Aυ=(989.4/4)/(0.715×0.01307)=26.5Mp 取安全系数K=2，则2σ=2×26.5=53Mp

考虑最高施工洪水深4m，流水压力合力的着力点一般按水位线以下1/3水深处，即钢管桩顶下2.5m处。水流按1.0m/s计算，则查《公路桥涵设计规范》（1989）《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－

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89）（2.3.10）公式：P=KA

式中

(kN)

——水的容重（kN/m3）

V——设计流速（m/s）

A——桥墩阻水面积(m2)，一般算至一般冲刷线处，A=0.426×4=1.7 m2

g——重力加速度9.81(m/s2)

K——桥墩形状系数，对圆形钢管桩取0.8。

P =KA=0.81.7rv22g101229.8 =1.5KN

钢管桩在流水压力合力点固结点处的最大弯曲应力为：

σ=M/W

=(2/3) ×1.5×4×10-3/(0.0982×(0.4264-0.4064)/0.63) =1.5MPa

便桥荷载和流水压力组合工况下，钢管桩最大压应力为：

σ=1.5+53=54.5MPa≤[σ]=170MPa 满足强度和轴向稳定性要求。 （九）、便桥抗倾覆性验算：

按跨度12m检算，垂直于桥向为最不利位置，最大迎风面宽12m,高约2m,属于桁架折减，面积按40%折减，计算时未计入钢管桩对便桥稳定性的作用。风荷载按基本风压考虑，计0.8KPa,流水压力合力的着力点一般按水位线以下1/3水深处，即1.5KN，钢管桩长度按8.0m计。

倾覆稳定系数=M稳定力矩/ M倾覆力矩

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1、风荷载和水流荷载作用的情况下:

=(15.11×12+(5.5×2+4.5×4)×73.8/1000×10+102.6×4×8×10/1000)×1.5/(0.8×12×2×9×0.4+1.5×6.5×4)=3.3＞1.5 满足便桥抗倾覆性要求。

2、在制动力作用的情况下：满载车辆制动力按荷载10%计，作用点假定在桥面，

=989.4×1.5/(100×6.5)=2.3>1.5 满足便桥抗倾覆性要求。

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