栈桥及码头设计计算书

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1、栈桥及码头设计计算书1贝雷梁桥几何特性及桁架容许内力1.1、桁架单元杆件性能1.2、几何特性1.3、桁架容许内力表 2施工栈桥设计2.1、设计荷栽2.1.1、50t轨道车 因现在不知道轨道车的具体结构及所运构件的长度，按偏安全考虑一个轨道车荷载按一个集中力计算： G1=500KN2.1.2、30t重型汽车2.1.3、贝雷片自重 单片贝雷片自重：G3=3KN，横断面排数8排 单跨长度：L=15m2.1.4、砼桥面板自重 砼桥面板厚度为20cm，桥面宽为5m 每延米桥面板自重： G=31.25kN/m2.1.5、制动力 轨道车：50KN 公路桥涵设计通用规范 第2.3.9条 汽车：30KN 公路桥

2、涵设计通用规范 第2.3.9条2.1.6、汽车荷载冲击系数 15/(37.5+L)=0.29 公路桥涵设计通用规范 第2.3.2条2.1.7、风荷载、横桥向风荷载 横桥向风压计算： W=K1*K2*K3*K4*W0 其中 W0=0.40 KN/m2 基本风压 K1=0.85 设计风速频率换算系数 K2=1.3 风载体形系数（桁架） 0.8 风载体形系数（钢管桩） K3=1.0 风压高度系数 K4=1.0 地形、地理条件系数 桁架风压：公路桥涵设计通用规范 第2.3.8条 W=K1*K2*K3*K4*W0 =0.44 KN/m2 作用在单跨上的横向风荷载 迎风面积： S=13.1m2 (桁架)

3、作用于桁架的风荷载： F=5.8KN (作用点位于桁架中心) 钢管桩风压： W=K1*K2*K3*K4*W0 =0.27KN/m2 作用于一个墩子上的风荷载： 迎风面积S=35.06m2 (钢管桩，按最低水位计算，同时考虑4根桩作用相同风载)作用于钢管桩的风荷载： F=9.54 KN 作用点离桩顶高度： H=6.95m、纵桥向风荷载 栈桥部分不考虑纵桥向风荷载2.1.8、水流力、低水位（江水未淹没桁架） 作用于钢管桩上的水流压力 FW=CWAV2/2水流力标准值其中 FW 水流力标准值 CW=0.90 水流阻力系数（后排桩）A=7.20 m2桥墩阻水面积，单根桩=1.00 t/m3(水密度)V

4、=2.13 m/S 水文计算综合成果图港口工程荷载规范 第13.0.1条FW=CWAV2/2=14.69 KN (单根桩) 冲刷线以上桩长： H=12.00m 作用点位于桩顶下： H/3=4.00m、水位达到最高水位、作用于桁架上的水流压力FW=CWAV2/2其中 FW 水流力标准值CW=7.38 水流阻力系数A=6.97m2桁架阻水面积=1.00t/m3(水密度)V=2.13m/S 水文计算综合成果图港口工程荷载规范 第13.0.1条FW=CWAV2/2=116.65KN(一跨)作用点位桁架中心 、作用在第一、第二片桁架的水流力 CW=2.16水流阻力系数 FW=CWAV2/2=34.11K

5、N (一跨) 2.2、桁架计算2.2.1、荷载组合 因50t轨道车与汽车不同时在栈桥上行使，栈桥荷载按只有轨道车和汽车两种情况进行组合，取两者对栈桥产生最不利荷载进行栈桥受力计算。 荷载组合1：只有轨道车作用在桥面上 (竖向荷载) a、均布荷载（恒载）：11.75kN/m b、集中荷载（活载）： 500.0KN（作用在两个轨道上） 荷载组合2：只有汽车作用在桥面上 （竖向荷载） a、均布荷载（恒载）： 11.75kN/m b、集中荷载（活载）： 154.8KN（中、后轴轴重） 60KN （前轴轴重） 荷载组合3：作用在桁架的最不利水平荷载 综上，作用在桁架的最不利荷载为江水淹没栈桥时，水流力对

6、桁架的作用均布荷载7.347kN/m。2.2.2、内力计算、 只作用50t轨道车，此时荷载由中间四排贝雷片上，偏安全考虑，不考虑桥面对轨道车荷载的横向分布影响。轨道车位于跨中、且轨道车为一台台车 集中力 MMAX=1875KN.m QMAX=125.0KN f=5/384*pL3/EI=0.696cm E=210000000KN/m2 均布荷载 MMAX =330.5 KN.m QMAX =88.1 KN M总= 2205.5 KN.m 3152.8 KN.m Q总=213.1 KN 490.5 KN 最大支座反力 N = 213.1 KN、只作用30t汽车，取汽车最不利荷载时为一个轮子正好压

7、在两片贝雷梁上，同时不考虑桥面板对车载的横向分布影响，则作用在贝雷梁上的荷载为：后轴轴力 120 KN 中轴轴力 120 KN 前轴轴力 60 KN 集中力 弯矩图 MMAX = 812.88 kN.m QMAX = 84 kN 均布力 MMAX= 330.5 kN.m QMAX = 88.1 kN M总= 1143.3KN.m 1576.4KN.m Q总=172.1 KN 490.5 KN 最大支座反力N=172.1KN2.2.3、贝雷梁局部承载力检算 作用于一片贝雷梁端部竖杆的轴力 NMAX = 106.5625 KN 206.63 KN.m，安全3栈桥桥墩计算3.1、桩顶分配梁检算 综上

8、，作用于栈桥的横向最不利荷载为江水淹没栈桥时的水流力，此时栈桥上不行车，则作用于栈桥上的纵向水平荷载不与横向水平荷载组合。3.1.1、作用于桩顶横向分配梁的竖向荷载 轨道车位于支座处时，横向分配梁受的竖向荷载最大集中力 QMAX = P=250KN均布力 QMAX = 88.1 KN N1 = 88.1 KN N2 = 338.1 KN N3 = 338.1 KN N4 = 88.1 KN MMAX =395.60625 KN.M QMAX=382.2 KN 悬臂端弯矩 MMAX= 9.91 KN.M QMAX= 44.1 KN 横向分配梁的截面特性 2I50b IX = 248560 cm4

9、WX =21940 cm3IX:SX = 42.4 cm =M/W=102.0MPa = QS/Ib = 31.1 Mpa 3.1.2、作用于桩顶横向分配梁的水平力 作用于桩顶横向分配梁的水平力（轨道车制动力N总=50KN）有8排桁架平均分配，则作用两排桁架上的水平力。 N = 12.5 KN MMAX = 14.625 KN.m = M/W = 50.09 MPa3.1.3、作用于桩顶纵向分配梁竖向荷载 N1 = 426.3 KN（集中活载作用处） N2 = 176.3 KN MMAX = 329.7 KN.m QMAX = 324.8KN = M/W = 85.0 MPa =QS/Ib =

10、 26.4 MPa 弯矩图 3.2、桩身检算 3.2.1、3#墩,桩长H=12m，混凝土预制桩采用直径R=600mm 作用于一根桩顶上的竖向荷载 N=324.8KN 作用于一根桩顶上的水平荷载(由桁架传递的水流力） N=29.2 KN 作用于桩身的水流力 N=14.7KN （单根桩)，作用点距桩顶距离h=4.00 PHC-600（130）B-C80混凝土预制桩承载力计算、 混凝土预制桩单肢强度计算把混凝土桩入土端按固结进行计算，几何长度：L=8m。横梁刚度：立柱刚度横梁与立柱刚度比：K1= 则有：=1.58立柱的计算长度：Lo=1.58L=12.6m=查表得1=0.685用SAP程序计算得混凝

11、土桩底的弯矩为216KN*m；竖向力为304.8KN216/(0.685*354.5)+304.8/(0.685*4100)=0.981 满足设计要求3.2.2、混凝土桩入土深度计算 基础按粉质粘土计算 极限摩阻力=30KN/m2 混凝土桩周长 S=1.884m2 桩自重G=153.6KN 混凝土桩竖向力 N=488.4KN 混凝土桩入土深度 L= =8.64m 混凝土桩实际的入土深度为15 m3.2.3、单桩承载力验算、桩基承载力验算公地基规范第4.3.2条Nh=N+ =565.2kN P=1/2(UiLii+AR)=706.5KNNh 2.5，故按弹性桩计算。3)、采用程序(桥梁博士)计算

12、结果 地表处桩身位移为0.0096m 最大桩侧土抗力 48.3kN/m2 190kPa 最大桩侧土抗力深度1.5m 桩身最大弯矩 273.4KN.m桩身最大剪力 83.4KN4、码头平台设计4.1、设计荷栽4.1.1、30t汽车4.1.2、堆放荷载：20KN/m24.1.3、贝雷片自重 单片贝雷片自重：G3=3KN，横断面排数20排 单跨长度：L=15m4.1.4、砼桥面板自重 砼桥面板厚度为25cm，桥面宽为14.2m 每延米桥面板自重： G4=88.75kN/m4.1.5、制动力 汽车：30KN 公路桥涵设计通用规范 第2.3.9条4.1.6、风荷载、沿平台横向风荷载 沿平台横向风压计算：

13、 W=K1*K2*K3*K4*W0 其中 W0=0.40 KN/m2 基本风压 K1=0.85 设计风速频率换算系数 K2=1.3 风载体形系数（桁架） 0.8 风载体形系数（钢管桩） K3=1.0 风压高度系数 K4=1.0 地形、地理条件系数 桁架风压：公路桥涵设计通用规范 第2.3.8条 W=K1*K2*K3*K4*W0 =0.44 KN/m2 作用在单跨上的横向风荷载 迎风面积： S=13.1m2 (桁架) 作用于桁架的风荷载： F=5.8KN (作用点位于桁架中心) 钢管桩风压： W=K1*K2*K3*K4*W0 =0.27KN/m2 作用于一个墩子上的风荷载： 迎风面积S=9.3m

14、2 作用于钢管桩的风荷载： F=2.51KN 作用点离桩顶高度： H=7.75m、沿平台纵向风荷载 平台部分不考虑纵向风荷载4.1.7、水流力、作用于钢管桩上的水流压力 FW= 水流力标准值其中 FW 水流力标准值 CW=0.90 水流阻力系数（后排桩）A=9.30 m2桥墩阻水面积，单根桩=1.00 t/m3(水密度)V=2.13 m/S 水文计算综合成果图港口工程荷载规范 第13.0.1条FW= =18.98 KN (单根桩) 冲刷线以上桩长： H=15.50m 作用点位于桩顶下： H/3=5.17m、作用于桁架上的水流压力在平台处不考虑。4.2、码头桁架计算4.2.1、荷载组合 因30t

15、汽车在码头平台上行驶时则不能有铺满的堆放荷载，码头平台荷载按只有汽车和堆放荷载两种情况进行组合，取两者对码头平台产生最不利荷载进行码头平台受力计算。 荷载组合1：只有汽车作用在码头平台上 (仅考虑横向1.5m范围的竖向荷载,30t汽车的轴距为1.8m,偏安全考虑不考虑桥面对汽车荷载的横向分布影响，此时汽车荷载必须由四排贝雷片承担，则两片贝雷片的荷载为：30t/2=15t)a、均布荷载（恒载）：11.38kN/mb、集中荷载（活载）： 150.0KN（汽车荷载） 荷载组合2：只有满铺荷载作用在平台上 （竖向荷载） a、均布荷载（恒载）： 11.38kN/m b、满铺荷载（活载）： 30KN/m

16、荷载组合3：作用在桁架的最不利水平荷载综上，作用在桁架的最利荷载为作用在混凝土预制桩上的水流压力和风荷载，荷载为21.49kN（单根桩）。4.2.2、内力计算、只作用30t汽车,汽车作用在码头平台的跨中时； 集中力 MMAX=562.5KN.m QMAX=75.0KN 均布荷载 MMAX =320.1 KN.m QMAX =85.4KN M总= 882.6KN.m 4492.8 KN.m Q总=160.4KN 490.5 KN 最大支座反力 N = 160.4 KN、只作用30t汽车,汽车作用在码头平台的支座处时QMAX=+N=235.35KN 最大支座反力 N = 235.35 KN、只作用

17、满铺荷载； 均布荷载 MMAX =1163.8KN.m QMAX =310.35KN M总= 1163.8KN.m 4492.8 KN.m Q总=310.35KN 490.5 KN 最大支座反力 N = 310.35KN4.2.3、贝雷梁局部承载力检算 作用于一片贝雷梁端部竖杆的轴力 NMAX = 155.18 KN 1 但考虑荷载组合内的容许应力提高1.45则结构还是满足设计要求。4.4.2、混凝土桩入土深度计算 基础按粉质粘土计算 极限摩阻力=30KN/m2 混凝土桩周长 S=1.884 m2 桩自重G=168KN混凝土桩竖向力 N=593.76KNP=N+G=761.76m 混凝土桩入土

18、深度 L= =13.5m 混凝土桩实际的入土深度为20 m4.4.3、单桩承载力验算、桩基承载力验算公地基规范第4.3.2条Nh=N+ =720kN P=1/2(UiLii+AR) =942KNNh 2.5，故按弹性桩计算。3)、采用桥梁博士计算计算类别: 单排弹性基础计算-输入数据:h=20.000 m, h1=0.000 m, h2 = 0.000 malfa = 0.592, m = 10000.000, n = 1.000, EI = 173454.880 m*4外力P = 600.000 KN, H = 0.000 KN, M外=169.000 KN-m外荷载q1 = 0.000,

19、q2 = 0.000, q3 = 0.000, q4 = 0.000 KN/m基底不嵌入岩石层-计算结果:地面处桩柱弯矩: Mo=169.0 KN-m, 剪力 Ho=0.0 KN桩柱顶弯矩: Ma = 169.0 KN-m地面处桩柱变位: 水平位移 = 0.0045 m, 转角 = -0.0029 弧度桩柱底弯矩: Mh = 0.0 KN-m桩柱顶水平位移: delta = 0.0045 m坐标位移弯矩剪力土应力0.000.0045169.00.0 0.0-1.000.0021162.2-17.821.1-2.000.0006131.9-40.912.8-3.00-0.000186.3 -47

20、.2-2.4-4.00-0.000343.1 -37.1-12.1-5.00-0.000314.3 -20.2-13.5-6.00-0.00012.0 -6.0-8.8-7.00-0.00000.0 0.0-3.0-8.00-0.00000.0 0.0-3.4-9.00-0.00000.0 0.0-3.8-10.00-0.00000.0 0.0-4.2-11.00-0.00000.0 0.0-4.6-12.00-0.00000.0 0.0-5.1-13.00-0.00000.0 0.0-5.5-14.00-0.00000.0 0.0-5.9-15.00-0.00000.0 0.0-6.3-16

21、.00-0.00000.0 0.0-6.8-17.00-0.00000.0 0.0-7.2-18.00-0.00000.0 0.0-7.6-19.00-0.00000.0 0.0-8.0-20.00-0.00000.0 0.0-8.45 栈桥及码头桥面板计算5.1设计荷载5.1.4、30t重型汽车设计参数5.2桥面板计算5.2.1、荷载作用范围计算整体的单向板时，车轮在板上的分布宽度按下列规定采用： 、平行板跨方向 （汽20级重荷载） b2中、后轮着地宽度H铺装层厚度、 垂直板跨方向 车轮在板的跨中时： 对一个轮子的荷载 所以应按边轮分布外缘计算当L=1.17时 取a=2.18m计算5.2.2

22、、荷载计算30t汽车后轴重24t则单位面积上的轮压 即：5.2.3、桥面板计算、内力计算桥面板板厚20cm；板宽取1m计算面板自重：g=0.20m1m25KN/m3=5.0KN/m汽车荷载P=74.38KN/m21m=74.38KN/m（因汽车在桥上速度很慢，不考虑汽车的冲击系数） 计算简图弯矩图 剪力图Mmax=9.61KN.mMmin=-8.39KN.mQmax=31.15KN、 配筋计算1） 正截面强度验算以1m板宽进行计算，受力钢筋的间距为15cm,所以在一米宽度至少有6根12的钢筋 AS=61.1304cm2 =6.7824 cm2RC=17.5Mpafy=240Mpab=1000mm所以 结构安全2） 裂缝控制计算C1考虑钢筋表面形状的系数，光面钢筋取C1=1.4C2考虑荷载作用的系数，取C2=1.0C3与构件形式有关的系数，当为板式受弯构件时C3=1.15d=12mm (纵向受力筋的直径)含筋率，按下式计算；=0.00370.006 取=0.006g受拉钢筋在使用荷载作用下的应力，按下式进行计算：所以： 满足设计要求 22