钢栈桥计算(终)
毛集特大桥钢栈桥受力计算书
、工程概况
毛集特大桥钢栈桥由两段组成，一段由 149号墩至 160 号墩，长为 409.2m；另一段由 195 号墩至 201号墩，长为 216.6m；两段栈桥总长为 625.8m。两段栈桥结构形式一致，5 跨一联设置一制动墩，标准跨径 12m，桥面宽 6m，钢管桩基础为Φ529×8mm 钢管，钢管桩上横梁为 2I40a 工字钢，工字钢上安放 3 组贝雷梁，两组贝雷梁中心距为2.05m，贝雷梁上间隔 0.375m 横向布置 I25a 工字钢作为分配梁，分配梁上纵向满铺
8mm 桥面钢板，φ48mm 钢管作为桥面栏杆。栈桥结构布置见图 1 所示：
图1 钢栈桥结构图
二、计算依据 1．《毛集特大桥钢栈桥结构图》 2．《钢结构设计规范》
(GB50017-2003) 3．《桥涵》 (下册 )
4.《建筑结构荷载规范》 (GB 50009-2001)
5.《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004)
6.《铁路桥涵地基与基础设计规范》（TB 10002.5-2005）
7.《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金等编著）人民交通出版社对
Q235钢取[σ]=215MPa, [τ]=125MPa。
对贝雷梁结构的容许轴力取弦杆 560kN，竖杆 210kN，斜杆 171.5kN。
三、计算荷载
1.恒载：结构自重
2.活载： 10m3混凝土罐车， 80t 履带吊荷载（自重 +吊装荷载）和 80t 旋挖钻机荷
载，详见图 2 所示
a. 旋挖转机结构尺寸图
b.50t 履带吊结构尺寸
c.10m3混凝土罐车结构尺寸图
图2 设计荷载尺寸图
3.流水压力
根据《公路桥涵设计通用规范》，作用在桥墩上的流水压力：
2
作用在桥墩上的流水压力：P KA (kN)
2g
K ——形状系数，圆形取 0.8；
——水的容重 10kN/m3；
g——重力加速度 9.81m/s2；
——平均水流速度 2m/s；
A ——阻水面积，取 6.0m 长度计算，则面积为 3.18m2；
2
施工区域流水流速 2m/s，代入公式则流水压力为： P KA ，求得 P=4.68kN
2g 水流力作用在设计水位以下 1/3 水深处，即为水深 2m 处。
4.风荷载
按《公路桥涵设计通用规范》第 4.3.7 条规定
F wh K0K1K3W d A wh
F wh——横桥向风荷载标准值( kN)；
K0——设计风速重现期换算系数，取 0.75；
W d——基准风压，查附录 A，取寿县地区 50 年一遇，基本风压值 0.35kpa计算；
K3——地形、地理条件系数，根据规范表 4.3.7-1，一般地区取 1.0；
K1——风载阻力系数，单片贝雷桁架净面积： A n =1.25m2，单跨栈桥上部结构贝雷桁架净面积： A n =1.25 4×=5m2，单跨栈桥上部结构横向分配梁 I25 迎风向净面积： A n
=12/0.375 0×.00535=0.171m2，8mm 钢板迎风面积 0.008×12=0.096m2，单跨栈桥上部结构迎风向轮廓面积： A =12×1.75=21m2，面积比：（ 5+0.171+0.096）/21=0.25，根据规范表 4.3.7-4，取 1.75。
A wh——单跨栈桥上部结构横桥向迎风面积， 12×1.75=21m2。单跨栈桥上部结构：
F wh 0.75 1.75 1.0 0.35 21 9.65kN 作用于栈桥梁部中心位置，简化为直接作用在钢管桩顶部，则每根钢管桩受到的风压力荷载为 3.21kN。
四、结构检算
分别以 80t 履带吊、 80t 旋挖钻机及 10m3混凝土罐车和荷载为计算荷载，计算不同工况下结构强度。
（一）工况一： 80t 履带吊荷载（自重 50t，吊重荷载 30t）作用在单跨栈桥跨中，利
用 MIDAS 整体建模进行栈桥结构受力检算。
1.计算荷载
⑴结构自重由软件自动计算。
⑵履带吊单边履带面荷载： 800/2/0.76/4.69=112.22kN/m2。
⑶恒载考虑 1.2 的分配系数，活载考虑 1.4 的分配系数。
2.整体模型（以两跨连续梁进行检算模型）见图3 所示
图3 工况一计算模型图
3.MIDAS 结构检算
⑴桥面钢板，δ=8mm。
图4 桥面钢板组合应力图( N/mm2)
钢板的最大组合应力为31.4Mpa<215Mpa
，满足强度要求。
⑵分配梁
I25a
图5 分配梁剪切应力图(N/mm2)
图6 分配梁组合应力图(N/mm2)
图7 分配梁变形位移图(mm)
分配梁的最大剪切应力
5.93Mpa<125Mpa，最大组合应力为 18.79Mpa<215Mpa，
结构满足强度要求。工字钢分配梁 I25a 最大变形 10.96mm ⑶贝雷梁 图8 贝雷梁剪切应力图(N/mm2) 2 图9 贝雷梁组合应力图(N/mm2) 图 12 桩顶垫梁剪切应力图 (N/mm 2) 图 10 贝雷梁变形位移图 (mm) 贝雷梁的最大剪切应力 87.06Mpa<208Mpa ，最大组合应力为 214.45Mpa<273Mpa ， 贝 雷 梁 抗 剪 及 组 合 应力 满 足 强度 要 求 。 贝 雷 梁最 大 变 形 10.77mm < l/400(=12000/400=30mm)，刚度符合要求。 ⑷贝雷梁间连接系槽钢 图 11 连接系槽钢组合应力图 (N/mm 2) 连接系槽钢的最大组合应力 49.90Mpa<215Mpa ，结构强度满足要求 ⑸桩顶垫梁 2I40a 图 15 桩顶垫梁组合应力图 (N/mm 2) 图 13 桩顶垫梁组合应力图 (N/mm 2) 图 15 桩顶垫梁组合应力图 (N/mm 2) 图 14 桩顶垫梁变形位移图 (mm) 23.77Mpa<125Mpa ，最大组合应力 30.61Mpa<215Mpa ， 结构受力满足强度要求。 桩顶垫梁最大变形 2.74mm ⑹桩间连接系 [20a 桩顶垫梁的最大剪切应力 图16 钢管桩间剪刀撑轴力图(kN) 桩间连接系最大组合应力为 10.86Mpa<215Mpa，结构受力满足强度要求。剪刀撑焊缝强度：剪刀撑的最大轴力 19.35 kN，采用 6mm 焊缝，焊缝强度取值 120MPa，计算焊缝长度如下： L=19.35×1000/(6×0.7×120)=38.40mm， [20a 槽钢与连接板间的满焊长度为 200mm，因此焊缝长度满足要求。 ⑺钢管桩检算(上部结构恒载、活载、动水压力及风荷载) 图17 钢管桩轴力图(N/mm2) 图 20 钢管桩竖向承载力图 (kN) 图 18 钢管桩组合应力图 (N/mm 2) (mm) 图 19 钢管桩位移变形图 ①钢管桩强度：履带吊在贝雷梁跨中，钢管桩受到分压力、动水压力的共同作用下，钢管桩的最大轴向应力 18.49Mpa<125Mpa，最大组合应力为 30.17Mpa<215Mpa，结构满足强度要求。单桩需提供的最大竖向承载力为 360.2kN。钢管桩最大水平变形为 2.64mm ②稳定性：直径 529mm，壁厚 8mm螺旋钢管回转半径 i=184.2mm，长细比 λ=l0/i=12 ×1000/184.2=65.15，查《钢结构设计规范》附表，得稳定系数φ=0.78。 σmax=N/(φA)=344.4 ×1000/(0.78×13087)=33.73Mpa<182MPa=(1.3 ×140MPa；其中， 1.3 为临时结构应力提高系数 )，故稳定性满足要求。 (二)工况二： 80t 履带吊机荷载作用在单跨栈桥墩顶，利用 MIDAS 整体建模进行栈桥结构受力检算。 1.计算荷载 ⑴结构自重由软件自动计算。 2 ⑵80t 履带吊机面荷载： 800/2/0.76/4.69=112.22kN/m2。 ⑶恒载考虑 1.2 的分配系数，活载考虑 1.4的分配系数 3.MIDAS 软件检算结果 ⑴桥面钢板，δ=8mm。 2.整体模型(以两跨连续梁进行检算模型)见图21 所示 图21 工况二计算模型图 毛集特大桥钢栈桥计算书 图22 桥面钢板组合应力图(N/mm2) 钢板的最大组合应力为 20.63Mpa<215Mpa，满足强度要求 ⑵分配梁 I25a 2 图23 分配梁剪切应力图(N/mm2) 图24 分配梁组合应力图(N/mm2) 图25 分配梁变形位移图(mm) 分配梁的最大剪切应力 5.61Mpa<125Mpa，最大组合应力为 15.24Mpa<215Mpa，结构满足强度要求。工字钢分配梁 I25a 最大变形 2.92mm ⑶贝雷梁 图26 贝雷梁剪切应力图(N/mm2) 图27 贝雷梁组合应力图(N/mm2) 图 30 桩顶垫梁剪切应力图 (N/mm 2) 图 28 贝雷梁变形位移图 (mm) 贝雷梁的最大剪切应力 94.41Mpa<208Mpa ，最大组合应力为 202.83Mpa<273Mpa ， 贝 雷 梁抗剪 及 组合 应 力满足 强 度要 求。 贝雷 梁 最大 变 形 3.37mm < l/400(=12000/400=30mm)，刚度符合要求。 ⑷贝雷梁间连接系槽钢 图 29 连接系槽钢组合应力图 (N/mm 2) 贝雷梁间连接系槽钢的最大组合应力为 54.72Mpa<215Mpa ，结构强度满足要求 ⑸桩顶垫梁 2I40a 图 30 桩顶垫梁剪切应力图 (N/mm 2) 图 33 桩顶垫梁组合应力图 (N/mm 2) 图 32 桩顶垫梁变形位移图 (mm) 桩顶垫梁的最大剪切应力 32.74Mpa<125Mpa ，最大组合应力 43.54Mpa<215Mpa ， 结构受力满足强度要求。 桩顶垫梁最大变形 2.06mm ⑹桩间连接系 [20a 2 图 31 桩顶垫梁组合应力图 (N/mm 2) 图 38 钢管桩竖向承载力图 (kN) 图 34 桩间剪刀撑轴力图 (kN) 桩间连接系最大组合应力为 14.90Mpa<215Mpa ，结构受力满足强度要求。 剪刀撑 焊缝强度：剪刀撑的最大轴力 41.49kN ，采用 6mm 焊缝，焊缝强度取值 120MPa ，计 算焊缝长度如下： L=41.49×1000/(6×0.7×120)=82.32mm ，［20a 槽钢与连接板间的满 焊长度为 200mm ，因此焊缝长度满足要求。 ⑺钢管桩检算(上部结构恒载、活载、动水压力及分荷载 ) 图 35 钢管桩轴向应力图 (N/mm 2) 毛集特大桥钢栈桥计算书 图36 钢管桩组合应力图(N/mm2) 图37 钢管桩位移变形图(mm)