226省道烧香河钢便桥设计及其验算

1 工程概况

本工程为烧香河大桥标前独立标, 带设计投标工程, 全长2.85公里, 包括两座钢便桥及土石方便道和排水工程, 位于连云港市开发区境内。烧香河钢便桥位于连云港市徐圩港区, 跨越烧香河, 桥梁中心线与河道中心线基本正交。

桥位两侧地面平坦, 属冲积海积平原地貌, 海拔高程一般2m~4m, 总体趋势是由东向西逐渐升高。根据地质资料分析, 本路段河床下2m主要为粘土层, 不良地段地质淤泥土为全线连续分布, 厚度由东向西逐渐减少 (9m~7m) , 下卧层为粘土。该地段地下水位高程0.95m~2.12m, 地震烈度7度。

2 设计标准及拟用结构形式

(1) 拟建便桥全长141m, 最大跨径18m, 烧香河无通航要求, 考虑烧香河洪水位, 设计控制上部结构底标高3.8m (1985年国家高程基准) 。

(2) 设计宽度:净宽3.7m。

(3) 设计荷载及车速:50t, 限速10km/h, 严禁在便桥范围内刹车。便桥设计单向通行, 在同一时间内只允许有一辆汽车位于便桥上。

(4) 上部结构:采用装配式双排单层 (4组) 加强型贝雷架。

(5) 桥面板、护轮木:钢板、松木或杉木。

(6) 下部结构:φ600mm×5mm的螺旋钢管桩, 钢管桩用5mmQ235热轧钢板卷制而成。热轧钢板卷制而成。

3 便桥结构布置[1]

3.1 贝雷架布置

贝雷架桁架采用加强型桁架, 在上下弦杆另加设弦杆。双排单层共4片。内排桁架中距4.2m, 外排与内排桁架中距为0.45m。

3.2 纵、横梁布置

以单根长度为6m的Ⅰ32工字钢分75cm/档作为便桥横梁, 贝雷片与横梁采用U形螺栓锁紧, 横梁挑出部分与上部贝雷片连接, 形成三角加固, 横梁上左右两侧纵向设置Ⅰ14工字钢分30cm/档作为便桥纵梁, 工字钢之间以钢筋焊接连成整体。

3.3 桥面

上部平铺1层厚10mm、宽120cm的钢板作为便桥桥面 (铺设于便桥两侧车辆轮迹处, 中间可用木方填充空隙) , 并焊接固定, 最上面焊接φ6mm分20cm间距的钢筋起防滑作用。枕木用玛钉钉成整体, 以保证施工机械的安全行走。

3.4 桥墩

便桥主墩采用φ600mm×5mm的螺旋钢管桩, 每墩设置钢管桩两排, 每排1根;钢管桩水上部分, 桩顶焊接钢板用I32联接, 每组贝雷间在靠管桩顶部处用Ⅰ12槽钢连接, 后铺设Ⅰ32工字钢, 工字钢与钢板满焊, 使整个平台连成整体, 提高稳定性。在排架桩上部搭设平台, 至设计要求的上部结构底标高。

3.5 桥台

便桥桥头开挖30cm, 用C25混凝土浇筑成基础, 上面砌筑台身 (地质情况较差, 则应用山场碎石换填以改善地基承载力) , 并浇筑30cm高C30台帽, 形成便桥桥台, 桥台后侧铺设10mm厚挡土钢板, 作为背墙使用。

4 便桥的受力验算[1]

贝雷架的受力分析及验算:

贝雷纵梁最大跨度为18m, 受力分析和验算按18m计算。

枕木:0.8×103kg/m3。

Ⅰ32a工字钢:52.7kg/m。

Ⅰ14工字钢:16.9kg/m。

贝雷架自重:300kg/片、每片3m长。

一跨贝雷架总重:300×4/3×18=7200kg。

Ⅰ32a工字钢横梁重量:25×6×52.7=7905kg。

Ⅰ14工字钢纵梁重量:15×18×16.9=4 5 6 3 k g。

桥面钢板:2.4*0.01*18*7850=3391.2kg。

枕木重量:0.15×3.7×18×750=7492.5kg。

每跨上部恒载:30552kg。

每延米恒载:30552/18=1698kg/m≈1 7 k N/m。

恒载跨中弯距:1/8q L2=1/8×1 7×1 8 2=6 8 8.5 k N.m。

恒载支点剪力:1/2qL=1/2×17×18=1 5 3 k N。

活载跨中弯距:1/4PL=0.25×500×18=2250kN.m (不计冲击系数) 。

活载支点剪力:1/2P=0.5×50 0=250kN。 (不计冲击系数) 。

活载横向分配系数:杠杆法-0.7。

一片贝雷架最大弯距:0.35*1.4*2250+1.1*688.5=1859kN.m<4[M]=3152.8kN.m。

一片贝雷架最大剪力:0.35*1.4*250+1.1*1 53=2 90.8 kN<4[N]=9 80k N。

经上述受力分析计算得贝雷架能承受施工时产生的荷载, 强度能达到要求。

5 桩的入土深度计算

5.1 土层计算参数表

5.2 钢管桩的入土深度计算

根据桥涵桩基础沉桩的容许承载力计算钢管桩的入土深度:

式中[P]为单桩轴向受压容许承载力 (kN) ;

U为桩的周长 (m) ;

Li为局部冲刷线以下各土层厚度 (m) ;

i为与Li对应的各土层的极限摩阻力 (kPa) ;αi、α分别为震动沉桩对各土层桩周摩阻力和桩底承压力的影响系数, 对于锤击沉桩其值均取为1.0, 在此均取1.0;бR为桩尖处土的极限承载力 (kPa) 。

以主桥8#墩位置的地质结构层进行推算, 根据《工程地质勘察报告》孔号Z3提供的各项指标如下:

U1=2×3.14×0.3=1.884m (φ600钢管桩周长) ;

αi、α均取1.0;

[P]=500KN由以上公式推算:

φ600钢管桩计算入土深度=10.5m, 取11m, 即桩底标高为1-1 1=-1 0。

为了考虑冲刷等不得因素的影响, 确定钢管桩沉埋的入土深度, 增加1m的富余量作为控制标高, 即有φ600钢管桩沉埋入土深度=12m, 即桩底标高为1-12=-11m。

钢管桩材料计划按验算结果进行备料, 实际打桩沉埋的深度以锤击的贯入度作为控制指标。

6 钢管桩承载力及稳定性分析[2]

6.1 强度

钢管桩用5mmQ235热轧钢板卷制而成。

钢管桩的截面积= (лR2-лr 2) /4=л (60 02-5 9 02) /4=9 3 4 2 mm 2。

钢管桩的极限承载强度=21 5×9342=2008422N=2008kN。

钢管桩顶所承受的荷载:305.2/4+500/4+500*0.1/1.2=242kN≤2008kN。强度满足要求。

6.2 稳定性分析

桩基固结点假定为冲刷线下3m, 计算长度L=11m。

长细比λ=11/0.6×1=18, b类截面, 稳定系数ψ=0.976;

ψAf=0.976×9342×215=1960kN>202.7 kN。

桩的强度校核:

φ600钢桩 (δ=5mm) A=π (6002-5902) /4=9.34×103mm2>A需, 故桩的强度足够。

桩的压杆稳定计算:

取u=2, L=11m, 则桩的长细比为λ=u L/iz=52.3。按b类截面查表得稳定折减系数=0.847N/A=50×104/ (0.847×9.34×103) =63.2MPa<[σ]=210MPa满足稳定要求。

λp=π√E/σz=100<λ=208, 适用欧拉公式, 其临界力为:λp=π2EIz/ (uL) 2=π22.06×105×4.1 3×1 0 8/ (2×1 1 0 0 0) 2=2 0.8 7×105N=173t>50t按动力及构造要求设置制动墩及桩间联系。

摘要：本文通过226省道烧香河钢便桥设计、验算, 较详细介绍公路工程施工中钢便桥设计及验算的步骤和方法, 对同类桥梁及临时设施的安全施工有借鉴作用。

关键词：钢便桥,设计,验算

参考文献

[1] 黄绍金, 刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].广州军区工程科研设计所.北京:人民交通出版社, 2002, 3.

[2] 魏明钟.钢结构[M].武汉:武汉工业大学出版社, 2002, 7.