1、钢便桥计算书钢便桥设计与验算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（ 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316m。空车重为 1
2、6.6T 混凝土重 16*2.4=38.4T 。总重 =16.6+38.4=55.0T 。316m罐车车辆轴重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屈服极容许弯曲拉提高后容许弯容许剪应提高后容许参考(MP)限(MP)应力 (MP)曲应力 (MP)力 (MP)剪应力 (MP)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 ，临时性结构容许应力按提高 30-40%后使用，
3、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4.1.2 边跨计算简图21.0m 简支梁4.2 荷载4.2.1 恒载中跨上部结构采用装配式公路钢桥贝雷双排双层。横梁为 I28a 。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：序号构件名称单件重（ KN）每节（ KN）纵桥向（ KN/m）1贝雷主梁2.721.67.22横梁2
4、.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3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最大剪力发生在支座处。4.3.1 恒载内力M跨中 =（q/8 ）l 2=17.3*36 2/8=2802 KN-mQ支座 =ql/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 活载内力分析绘制跨中点弯矩影
5、响线 （长度单位 m）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 m）Q=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 （ 5TG D60-2004）补充说明 4.3.2选用简
6、支梁的基数 f 1 = /2l2E Ic / m c式中： I C- 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*10 11N/m22 2mc- 结构跨中处延米结构重力 mc=17.3KN=1730kg/mc=1730NS/mL- 结构的计算跨径 l=36.0m将上述数据代入式中：f 1=3.1416/ （ 2*36 2 ） 2.1* 1011 * 0.02149 /1730 =3.1416*1615/ （ 2*36 2 ）=1.957HZ根据（ JTG D60-2004）第 4.3.2.5当 1.5
7、HZ 1.957 14HZ 时：u=0.1767lnf-0.0157=0.1186-0.0157=0.1029 0.1034.4 荷载组合跨中弯矩： M=M恒+（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
8、：4.5.3 加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M=q/8*l2=2.133*36 2/8=345.5 KNm增加的剪力Q= q/2*l=2.133*36/2=38.4 KN4.5.4 最终强度计算M=13500 KNm （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3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 I
9、28a 每节桁架（ 3.0m）配置 3 根横梁。查表的 I=7115cm 4；Wx=508.2cm3；43.47kg/m ；S=292.7cm35.1 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5.2.1 横梁上的恒载面板及横梁： 2*6m重 1.8Tq1=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 1+q2=2.25+0.435=2.685KN/m恒载最大弯矩 M恒 =q*l 2/8=1/8*2.685*4.5 2 =6.796 KN-m恒载支剪力 Q恒=
10、1/2ql=1/2*2.685*4.5=6.041 KN5.2.2 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）RA=RB=173.3/2=86.65 KN活载的最大弯矩MC=MO=86.65*1.35=117 KN m5.3 活载冲击系数 1+u计算的方法同前，计算简支梁的基频f 1=/2l 2 E.Ic / m =3.1416/ （2*4.5 2 ）* 2.1* 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=1.455.4 横梁上的内力
11、组合跨中弯矩 MMAX=6.8+1.45*117=176.45 KN m支点剪力 QMAX=6.041+1.45*86.65=131.68 KN5.5 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。5.6 横梁更改的应力验算现将横梁改选为 I32a I=11080cm 4；WX=692.5cm3 ；S=400.5cm3弯曲应力 =176.45*10 4/692.5=2548 kg/cm 2剪应力 =Q*S/I
12、*b式中： Q-截面的剪力 Q=131.68 KNS-截面的净面矩 S=400.5 cm 2I- 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 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
13、 F 1=1/2*36*19.43=349.7 KN边跨跨径 L=21.0m边跨延米重 q=14.3 KN/m边跨传给墩的反力F2=1/2*21*14.3=150.2 KN上部恒载传给墩的总反力F 恒 =F1+F2=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： 52
14、9 177kg/m=1.77KN/mG桩 =9*18*1.77=286.7KN桩顶连梁 I32b 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.
15、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 30m，地基承载力基本容许值fac=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 i l i zi =1/2* *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。8、关于横梁加强的补充计算将 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
16、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 钢总高 100mm。I28a ： I=7115cm4 F=55.37cm求重心：（14）（）2/ 2x55.37*101.1*8.7* 10-8.7/ 217*1.355.379.5722.1=16.05 16cmJ711555.37* 82139.57 *（8.7213* 171.32* 8.726）* 1.322.1*（16 -）12122=16955cm 4W16955770.7 cm 322弯曲应力176.45 * 10 42289kg / cm 27
17、70.72289kg / cm2 1.3* 21002730kg / cm2剪应力131.86102292.7638.2kg / cm2 1200kg / cm271150.85经验算，加强后的横梁能够满足 16m 3 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 lL 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
18、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，现在简便的计算。q 17.3 2.133 19.433 KN m 1.95T m 19.50 kg cmI 2 4596255 9192510cm4E 2.1 106 kg cm2l3600cm5ql 4519.53600 4fEI3842.1 1069.129 104跨中扰度：384519.51.67910142.22cm3.842.19.12910149.2.2 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 0.1717
19、 122 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pb 3l 24b2b 时f c当 a48 EI第 1 个集中力： p3.0Tb183.4 1.85 12.75m; a3b 12.7523.25130001275 336002412752f c482.110 69.12910631.27510 632.381060.135cm代入
20、得：48 2.1 9.129 1012第 2 个集中力： p17.33T17330kgb183.414.6m; a3614.621.4mfc2173301460 33600 24 1460 2482.19.1291012fc217.331.46 10630.35 1060.835cm代入得：48 2.1 9.129 1012第 3 个集中力： p17.33T17330kg; ab18.0mfc3pl 34817.331033600348EI2.110 69.1291060.879cm第 4 个集中力： p 17330 kg; b 181.3516.65m; a3616.6519.35mfc4 173301665 33600241665 2482.19.129101217.331.66527.791012482.19.129
