桥梁受力计算

《桥梁受力计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥梁受力计算（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2.10.4水中箱梁钢管桩贝雷支架验算钢管桩贝雷支架以新环岛路互通主线道路桥第2联第2跨为例：（1）荷载及荷载组合情况 竖向荷载a. 模板、拱架、支架、脚手架等自重，分项系数：Yi =1.2 ；b. 新浇混凝土、钢筋混凝土或新砌体等自重，分项系数：Yi = L2 ；c. 施工人员及施工机具运输或堆放的荷载；，分项系数：Yi = L4d. 振捣混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：Yi = L4 ；e. 倾倒混凝土时产生的竖向荷载，分项系数：Yi = L4 ；f. 其它可能产生的竖向荷载； 水平荷载a. 新浇混凝土时对侧面模板产生的压力，分项系数：Yi = L2 ；b. 倾倒混凝土时产生的水平荷载，

2、分项系数：Yi = L4 ；c. 振捣混凝土时产生的水平荷载，分项系数：Yi = L4 ； 其它荷载a. 风荷载；b. 流水压力、流水压力或船只、漂浮物撞击力；由于在对支架进行计算时，水平荷载（可不考虑，因此力的组合考虑为+，只有在对高墩或高截面模板进行计算时，荷载才考虑作为控制力计 算。（2）钢管支架受力分析模板自重：1.0KN /m2 ；施工人员、施工料具运输、堆放荷载：L0KN / m2 ；振捣砼产生的荷载：2.0KN/m2 ；倾倒砼产生的冲击荷载：2.0 KN / m 2。取新环岛路互通主线道路桥第2联第2跨箱梁断面为例，箱梁的截面积As = 8.93 此箱梁混凝土自重：单幅每跨混凝土

3、重量为：g = &93x26 = 232.18KN/m ,g = 232.18 = 18.35KN / m 2桥面宽度为12.65m,则箱梁混凝土自重产生的荷载为12.65,贝g荷载组合后为：g = 1.2 x (1.0 +18.35) +1.4 x (1.0 + 2.0 + 2.0) = 30.22KN /m2 其主桥箱梁断面结构形式及受力分析模式参见图2.10-8。图2.10-8箱梁断面结构形式及受力分析模式承重结构物受力分析a.分配梁10型钢受力计算分析分配梁按纵桥向布置，间距暂定为35cm。按多跨连续梁受力考虑，其支点 位置为承重梁的位置，计算间距为1.50m,计算底板及腹板位置处的分

4、配梁受力， 参见图6-2：模板荷载：g 1 = 0.35 x 1.0KN / m2 = 0.35KN / m ；施工人员、施工料具运输、堆放荷载：g2 = 0.35XL0KN/m2 = 0.35KN/m ;振捣砼产生的荷载：g3 = 0.35 X 2.KN /m2 = 0.7KN /m ；倾倒砼产生的冲击荷载：g4 =0.35X2.0KN/m2 = 0.7KN/m ；箱梁混凝土 自重：g5 = J35 x 18-35K /m2 = 6-42K /m则荷载组合后为:g = 1.2 x (g + g ) +1.4 x (g + g + g ) 15234=1.2 x (0.35 + 6.42) +

5、1.4 x (0.35 + 0.7 + 0.7)=10.57 KN / m利用有限元计算软件，对该多跨连续梁模型进行计算可以得到最大弯矩及支点位置的最大反力。图2.10-9分配梁10型钢受力分析模式M= 2.51KN.m，c = max = 63.7Mpa 170MpamaxW 39.4 X 103，最大支反力为N = 16.15KN。b.承重梁(工16型钢)受力计算分析承重梁的受力为计算模型中工16钢的支点反力，其受力模型也可以简化为 多跨连续梁，计算间距为贝雷梁的间距，其受力模型参见图。P=16. 15EN图2.10-10承重梁工16钢受力分析模式Q = 37.95KN，M= 11.18K

6、Nm，c = M = 一8 X106 = 79.29Mpa 170MpamaxmaxW141 x 103I 1127S = 80.8cm3，I = 1127cm4，b = 88mm, = 13.9cm2 = 13.9 x 10-2m，S 80.8TmaxQ S _ 37.95 x 103 x 80.8 x 103I艾d1127 x 104 x 6=45.35Mpa 254.78KN.mQ = Qmax = 4905 = 245.25KN 144.34KN皿密22，从贝雷桁架纵梁结构受力上看这种跨径满足要求。勺 _ L 顷 _L 卜：.司 _L 削 _L 山 1-顺-图2.10-11贝雷梁受力分

7、析模式d. 桩顶横梁受力计算分析桩顶横梁中间部分受力为贝雷梁的支点反力，取半幅箱梁桥作为一个计算单 元，箱梁翼缘板处受力单独计算取集中荷载，计算如下。a).箱梁翼缘板处受力为均布荷载计算分配梁顺桥向间距考虑为100cm 一道，其受力荷载按均布荷载考虑，为方 便计算取100cm宽断面内的荷载作为计算荷载。模板加支架型钢荷载： = L0 x 4.0KN /m2 =4.0KN /m ；施工人员、施工料具运输、堆放荷载：幺2 = L00 X lKN ,m2 = L00KN , m ；振捣砼产生的荷载：g3 = 1.00x 20KN /m2 - 2.0KN /m ；倾倒砼产生的冲击荷载：g4 = 1.0

8、0 x 2KN / m2 = 2.00kn / m ；箱梁混凝土自重:g 5 = 1.0 x 16.96 KN / m 2 = 18.35 KN / m则荷载组合后为:g = 1.2 x (g + g ) +1.4 x (g + g + g ) 15234=1.2 x (4.0 +18.35) +1.4 x (1.0 + 2.0 + 2.0)=33.82KN / mI .计算分配梁：利用SAP2000有限元软件模拟分析，其在均布荷载作用下的计算简图参见图 6-5。f t 1 f t ! f t 1 f t 1 f t T，zn/J/Lni_ 95 _i_ 95 _一 90 _515.) / .

9、|, 95 _|23图2.10-12翼缘板处箱梁分配梁受力分析模式计算得到：最大弯矩肱max = ZW ,最大剪力乌疽35-03KW 2 二=2.93 x 106 = 17.235cm3综合考虑取工12.6钢做分配梁，考虑。170材料的自重影响计算后得到:Q = max = 2.93 x 106 = 37.9Mpa 170MpaW 77.4 x 103，最大支点反力为N = 3503KNII .计算承重梁承重梁的受力为计算模型中工12.6钢的支点反力，其受力模型也可以简化 为多跨连续梁，计算间距为支撑钢管桩之间的间距，其受力模型参见图6-6。图2.10-13翼缘板处箱梁承重梁受力分析模式计算得

10、到.最大弯矩M max = 204.71KN.m，最大支点反力N = 218.84 KN204.71 x 106170=1204.2cm 3综合考虑取工50a钢做分配梁，考虑=110.1Mpi 170Mpa，最大_ M_ 204.71 x 106材料的自重影响计算后得到：.厂1858.9 x 103支点反力为N = 218.84 KNb).桩顶荷载计算桩顶横梁中间部分受力为贝雷梁的支点反力N1 = 271.88kn ,取半幅箱梁桥 作为一个计算单元，箱梁翼缘板处受力单独计算取集中荷载N2 = 218.84KN，计算如下ii汕即将知k圳.制JI i!-j.4. J . LL jikliL-1,叫

11、.Liw一图2.10-14桩顶横梁受力分析模式计算得到.最大弯矩M max = 787.34KN .mMmax。787.34 x 106170=4631.41cm 3综合考虑取2H600钢做分配梁，考虑材料的自重影响计算后得到:。=M = 787.34 x 106 = 150.83Mpa 170Mpa最大支点反力为W 2 x 2610 x 103N = 1521.63KN 钢管桩计算钢管桩高度H10m的采用二 道剪刀撑结构。a.钢管桩入土深度计算河床标高：-6.0m；冲刷深度：按3m考虑，冲刷后河床标高按-9.0m考虑；单根桩所受最大轴向力P gKN ；因桩所受最大轴向力已求得，故可按CZK1

12、64钻孔位估算桩的入土深度：CZK164钻孔位的地质资料见表一。表2.10-3地质汇总表名称项目顶面标高（m）底面标高（m）土层厚度（m）极限摩阻力T ,i（KPa）桩端承载力bi （KPa）淤泥-6.92-10.323.40121淤泥质亚粘土-10.32-11.721.4020亚粘土-11.72-13.722.00452细砂-13.72-15.722.00451粗砾砂-15.72-16.320.6080弱风化花岗岩-16.32-18.522.20150残积砾质粘性土-18.52-28.5210.0065全风化花岗岩-28.52-35.026.5080强风化花岗岩（砂砾状）-35.02-43.

13、828.801206001强风化花岗岩（碎石状）-43.82-47.723.901501000弱风化花岗岩-47.72-48.120.403000微风化花岗岩-48.12-53.825.704500按CZK164钻孔孔位处资料考虑计算：根据计算，桩所受竖向力最大为1521.63KN，钢管桩的桩径采用0.8m。假定打入残积砾质粘性土层，残积砾质粘性土层的顶标高为-18.52m则：PL 0.5（7 a l t）1521.63 = 0.5 x 0.8 xkx 1521.63KN风荷载计算分析：a.横桥向风压计算z 一距地面或水面的高度，取14.635m；Y 空气重力密度，y = 0.01201&-0

14、.0001Z = 0.012KN/m3 ；匕一高度z处的设计基准风速，取匕=60m/；g 一重力加速度，g = 9.81m/ s2 ；k0设计风速重现期换算系数，取k0 =1.0 （考虑厦门为台风多发期地区）;k1 -风载阻力系数，取k1=1.3 ；k 3 地形、地理条件系数，取k 3 = 1.0；EY V 20.012 X 602 CCS,Wd 设计基准风压，AWh 一横向迎风面积W = 2 = 2981 = 2.2 KN / m 2Awh = 10.64 x 39.175 = 416.82m2.F = kkkW A = 1.0x 1.3x 1.0x2.2x416.82 = 1192.1KN

15、Wh 0 1 3 d Whb.纵桥向风压计算纵桥向风压为横桥向风压的40%，所以，风在纵桥向作用于平台上的力为气=1192.1 x 40% = 476.84KN 流水压力及波浪力计算a.单根钢管桩的水流压力（一般冲刷总深度至-9.0m）钢管桩的水流压力按倒三角形计算，则桩身应考虑群桩效应计算阻水面积，则:单根桩的计算宽度：七=KK 0.K .d式中：d -与外力H作用方向相垂直平面上桩的宽度（或直径）;Kf -形状换算系数，查表知：圆形截面桩取0.9；K0 -受力换算系数，查表知为1 +万；K -桩间的相互影响系数;当 % 0.6七时，K = 1.0当L0-6h1时1 - b,-Q.6-L h

16、1式中：L1-桩间净距;h1 -桩在地面或最大冲刷线下的计算深度，可按下式计算:30 + &，但不得大于桩入土深度。% = 3.8 - 0.8 = 3.0m;气=3（d +1）= 3 x（0.8 +1）= 5.40.6h = 0.6 x 5.4 = 3.24L1 = 3.00.6 七k=b,+上们. L 所以：0.6 h根据与外力作用方向平行的所验算的一排桩柱的桩数而定的系数，根据规范知：b，=0.45 1 = 0.45 + h11 - 0.45 3.0x0.65.4=0.96b = K .K .K.d = 0.9 x (1+ -L) x 0.96 x 0.8 = 1.55mi f 00.8气

17、=1.55 x （9 + 0.27） = 14.37m2根据公路桥涵设计通用规范JTJ D60-2004，第4.3.8条：Y V 210 x 0.772P = KA Y一 = 0.8 x 14.37 x = 3.47 KN2g2 x 9.81b.波浪力计算取50年一遇H 1%浪高3.10m计算，根据盖拉德经验公式计算浪长：L = 1733H （h 为浪高），取 L=20H=20X3.10 = 62.0m。对于圆形柱桩 当D/L（D/L=0.6/62=9.7X10-3）W0.2时为小尺寸桩柱（D为桩径）用下式计算波 浪力：2冗dP= 0.785KvY D2H tanh(-)4冗dP= 0.167

18、K2丫D H21+ )d4 兀 d、maxVL sinh(l )式中：PLmax-水平波压速度分力的最大值，出现在波峰位置处冬广0 ；PD max-水平波压惯性分力（由加速度引起）的最大值，出现在波峰和1/4波=270。D = 08 = 12.9 x 10-3 0.5 p=0.5 x 8.32 =4.16 KN，所以最大波压用下式计算:L maxPmax=pD max1 + 0.25(P )2pD max=13.47 x1 + 0.25 x(8.32 13.47 J=14.75KN4兀d4兀 x 5.88P= 0.167 K 27DH 2D maxV1+ 1/兀 d sinhL=0.167 x

19、 1.02 x 10 x 0.8 x 3.102 x1 +62_.k4kx 5.88 sinh62=13.47 KN 支架钢管桩计算通过用Sap2000建模计算可知，钢管桩的最大受力如下:最大轴力:Pmax = 1521.63K ；最大弯矩:M = 408.21KN m强度计算:1521.63KN408.21KN m+= 134.7 MPa f0.0248m 21.15 x 0.00484m 3整体稳定性计算:N中AN中AP JM_N气JP7 W 1 - 0.8I7 W (1 - 0.8I+门也+叩xyy中wby y、NNEy J式中：吃、七一一对强轴工-工和弱轴一 的轴心受压构件稳定系数，b

20、类 截面，取顼广时F 均匀弯曲的受弯构件整体稳定性系数,对闭口截面,cp =（p=1.0HX bx by ；Mx My所计算构件段范围内对强轴和弱轴的最大弯矩；N N会将 N=兀24/（.1 人2） N =兀2晚/（.1人2）Ex、 Ey 奔敏， Exx ， Ey! y ；%/8.7A =人=-o- =31.1x v i0.2793N =NEx Ey= 48312.2奶7i2EA _ 7i2 x2.1xl0ii x0.0248 1.1X21.1x31.12y 对强轴和弱轴的毛截面模量；K-等效弯矩系数，取疽T；、气等效弯矩系数，取七=L;L截面塑性发展系数，取y广七=115；门一一截面影响系数

21、，闭口截面门=，7,其他截面n = 1.0)y w 11 - 0.8 卫 N、408.21奶 m1EX )【u 八 ao a ，1 o 1521.63KN1.15 x 0.00484 x 1 - 0.8 x48312.2KN )1521.63KN + 0.931 x 0.0248=141.1MPa fN 。中A +门苛W1521.63KN 八-408.21KN m=+ 0.7 x 0.931 x 0.02481.0 x 0.00484=124.9MPa f通过以上计算可知：钢管桩的强度及稳定性均满足要求。(3)整体结构图经过以上计算可知，钢管桩贝雷支架在进行箱梁施工过程中是安全的，从而 解决了跨海主桥和池塘位置一些不能用移动模架和挂篮进行现浇箱梁施工的问题。.u-n_-.u-nu-.uI.IIU-nuulll.u图2.10-15钢管桩贝雷支架现浇箱梁施工布置图