12m跨鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書1工程概況1.1結(jié)構(gòu)功能與參數(shù)結(jié)構(gòu)用途：橋梁施工臨時(shí)運(yùn)輸通道，承擔(dān)100t運(yùn)梁車、50t罐車等設(shè)備通行，兼顧人員與管線運(yùn)輸跨度與尺寸：標(biāo)準(zhǔn)跨徑12m，橋面總寬6m（行車道4.5m+人行道1.5m），橋面標(biāo)高+9.964m，河床標(biāo)高+1.0m結(jié)構(gòu)體系：上部采用“鋼面板+分配梁+貝雷梁”組合體系，下部為鋼管樁格構(gòu)基礎(chǔ)，基礎(chǔ)采用C30混凝土硬化層+碎石換填層1.2地質(zhì)與環(huán)境條件地質(zhì)分層（自上而下）：粉土層（厚度3.07m）：天然容重γ=19kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=25°，黏聚力c=15kPa粉砂層（厚度7.9m）：天然容重γ=20kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=30°，黏聚力c=0kPa淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（厚度≥8.9m）：天然容重γ=18kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=18°，黏聚力c=20kPa環(huán)境參數(shù)：基本風(fēng)壓0.45kN/m2（50年重現(xiàn)期），設(shè)計(jì)水流速度1.2m/s，地基承載力特征值f_k=200kPa2計(jì)算依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017《港口工程樁基規(guī)范》JTS167-4-2012《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T3650-2020《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012本工程棧橋設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)勘察報(bào)告MidasCivil2023有限元分析軟件計(jì)算報(bào)告3核心計(jì)算參數(shù)3.1材料力學(xué)性能材料類型強(qiáng)度設(shè)計(jì)值彈性模量E備注Q235B鋼（δ≤16mm）抗拉/抗壓f=215MPa，抗剪f_v=125MPa206×103MPa用于鋼面板、分配梁、貝雷梁等Q235B鋼（δ>16mm）抗拉/抗壓f=205MPa，抗剪f_v=120MPa206×103MPa用于鋼管樁、橫撐C30混凝土軸心抗壓f_c=14.3MPa，抗拉f_t=1.43MPa3.0×10?MPa用于基礎(chǔ)硬化層碎石換填層壓實(shí)系數(shù)λ_c=0.95，承載力f=396kPa-用于地基承載力提升3.2構(gòu)件截面參數(shù)構(gòu)件名稱規(guī)格型號(hào)截面面積A截面模量W_x慣性矩I_x單位重量鋼面板10mm厚花紋鋼板78.5cm2/m--62.8kg/m2縱向分配梁I14工字鋼21.516cm2101.7cm3712cm?16.9kg/m橫向分配梁I28a工字鋼53.514cm2476.4cm36670cm?42.0kg/m主縱梁（貝雷梁）321型單排單層貝雷片2×17.8cm22×250.2cm32×3336cm?270kg/榀下橫撐雙拼I63a工字鋼2×154.658cm22×2120cm32×66558cm?2×121.4kg/m鋼管樁φ800×10mm鋼管251.3cm2628.3cm325133cm?198.7kg/m平聯(lián)/斜撐雙拼[25a槽鋼2×34.917cm22×233.8cm32×2921cm?2×27.5kg/m3.3結(jié)構(gòu)布置參數(shù)上部結(jié)構(gòu)：鋼面板：滿鋪，與縱向分配梁間斷焊（焊縫長(zhǎng)50mm，間距300mm）縱向分配梁：間距300mm，簡(jiǎn)支于橫向分配梁橫向分配梁：間距1500mm，簡(jiǎn)支于貝雷梁貝雷梁：間距900mm，共6榀，簡(jiǎn)支于下橫撐下部結(jié)構(gòu)：鋼管樁：橫向間距2.7m，縱向間距5.0m，入土深度20.8m（樁頂標(biāo)高+1.0m，樁底標(biāo)高-19.8m）平聯(lián)/斜撐：沿樁高每3m設(shè)置1道，斜撐與水平方向夾角α=45°下橫撐：連接相鄰鋼管樁，頂面標(biāo)高+1.0m，跨度5.0m基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)螛痘A(chǔ)：2.0m×2.0m×0.5m（C30混凝土硬化層）碎石換填層：厚度0.5m，鋪設(shè)于硬化層下方4荷載分析與組合4.1荷載取值4.1.1永久荷載荷載類型荷載值計(jì)算依據(jù)鋼面板自重0.628kN/m210mm鋼板容重78.5kN/m3縱向分配梁自重0.169kN/mI14工字鋼單位重量16.9kg/m橫向分配梁自重0.420kN/mI28a工字鋼單位重量42.0kg/m貝雷梁自重2.7kN/m6榀貝雷片，每榀270kg/12m跨下橫撐自重2.428kN/m雙拼I63a工字鋼單位重量2×121.4kg/m鋼管樁自重1.987kN/mφ800×10mm鋼管單位重量198.7kg/m基礎(chǔ)自重30kN/個(gè)2.0×2.0×0.5mC30混凝土（24kN/m3）4.1.2可變荷載荷載類型荷載值計(jì)算依據(jù)運(yùn)梁車荷載1000kN（總重）軸重分布：前軸2×100kN，后軸4×200kN施工人員荷載2.5kN/m2GB50009-2012表5.1.1風(fēng)荷載0.23kN/m2基本風(fēng)壓0.45kN/m2×體型系數(shù)0.8×高度系數(shù)0.62水流力1.104kN/根（樁）水流速度1.2m/s，樁徑0.8m4.2荷載組合驗(yàn)算類型組合公式組合結(jié)果（單樁最大軸力）強(qiáng)度驗(yàn)算1.35×永久荷載+1.4×0.7×可變荷載1212.8kN穩(wěn)定驗(yàn)算1.3×永久荷載+1.1×可變荷載1186.5kN地基承載力驗(yàn)算1.0×永久荷載+1.0×可變荷載928.3kN5上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算5.1鋼面板驗(yàn)算（簡(jiǎn)支梁，跨度300mm）5.1.1荷載計(jì)算組合線荷載q=1.35×(0.628+0.169/0.3)+1.4×0.7×(2.5+1000×10?3/0.3)=1.35×1.165+1.4×0.7×5.833≈1.57+5.72=7.29kN/m5.1.2強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩M_max=qL2/8=7.29×0.32/8≈0.082kN?m彎曲應(yīng)力σ=M_max/W=0.082×10?/(1000×102/6)=4.9MPa≤215MPa（滿足要求）5.1.3剛度驗(yàn)算撓度f(wàn)=5q_kL?/(384EI)=5×(0.628+2.5)×0.3×300?/(384×206×103×1000×10?/12)=0.12mm≤300/400=0.75mm（滿足要求）5.2縱向分配梁（I14工字鋼，簡(jiǎn)支跨度1500mm）5.2.1荷載計(jì)算組合線荷載q=1.35×(0.169+0.628×0.3)+1.4×0.7×(2.5×0.3+1000×10?3×0.3/0.3)=1.35×0.357+1.4×0.7×0.85≈0.48+0.83=1.31kN/m5.2.2強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩M_max=1.31×1.52/8≈0.37kN?m彎曲應(yīng)力σ=0.37×10?/101.7×103=3.6MPa≤215MPa（滿足要求）5.2.3剛度驗(yàn)算撓度f(wàn)=5×(0.169/0.3+0.628+2.5)×0.3×1500?/(384×206×103×712×10?)=0.5mm≤1500/400=3.75mm（滿足要求）5.3橫向分配梁（I28a工字鋼，簡(jiǎn)支跨度900mm）5.3.1荷載計(jì)算組合線荷載q=1.35×(0.420+1.31×1.5/0.9)+1.4×0.7×(1000×10?3×1.5/0.9)=1.35×2.84+1.4×0.7×1.67≈3.83+1.63=5.46kN/m5.3.2強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩M_max=5.46×0.92/8≈0.55kN?m彎曲應(yīng)力σ=0.55×10?/476.4×103=1.15MPa≤215MPa（滿足要求）5.3.3剛度驗(yàn)算撓度f(wàn)=5×(0.420/1.5+2.84/1.5+1.67)×1.5×900?/(384×206×103×6670×10?)=0.2mm≤900/400=2.25mm（滿足要求）5.4貝雷梁驗(yàn)算（簡(jiǎn)支跨度12m，6榀）5.4.1荷載計(jì)算單榀貝雷梁組合荷載P=1.35×(2.7×12/6+5.46×0.9×12/6)+1.4×0.7×(1000×0.9×12/(6×12))=1.35×(5.4+9.83)+1.4×0.7×15≈20.6+14.7=35.3kN5.4.2強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩M_max=35.3×12/4=105.9kN?m彎曲應(yīng)力σ=105.9×10?/(2×250.2×103)=211.6MPa≤215MPa（滿足要求）5.4.3剛度驗(yàn)算撓度f(wàn)=4×35.3×120003/(384×206×103×2×3336×10?)=18.2mm≤12000/400=30mm（滿足要求）5.5下橫撐（雙拼I63a工字鋼，簡(jiǎn)支跨度5m）5.5.1荷載計(jì)算組合集中荷載P=1.35×(2.428×5+35.3×6×2/5)+1.4×0.7×(1000×2/5)=1.35×(12.14+84.72)+1.4×0.7×400≈130.6+392=522.6kN5.5.2強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩M_max=522.6×5/4=653.25kN?m彎曲應(yīng)力σ=653.25×10?/(2×2120×103)=153.6MPa≤215MPa（滿足要求）5.5.3剛度驗(yàn)算撓度f(wàn)=5×522.6×50003/(384×206×103×2×66558×10?)=3.2mm≤5000/400=12.5mm（滿足要求）6下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算6.1鋼管樁驗(yàn)算（φ800×10mm，軸心受壓+彎矩組合）6.1.1荷載與內(nèi)力計(jì)算組合軸力N=1212.8kN（強(qiáng)度組合）水平荷載F=1.4×0.7×(1.104+0.23×6×0.8)=1.4×0.7×2.172≈2.13kN嵌固點(diǎn)深度Z_t=3.84m（按JTS167-4-2012計(jì)算），最大彎矩M=F×(9.964-1.0-3.84)=2.13×5.124≈10.9kN?m6.1.2強(qiáng)度驗(yàn)算軸壓應(yīng)力σ_N=1212.8×103/25130≈48.3MPa彎曲應(yīng)力σ_M=10.9×10?/628.3×103=17.3MPa組合應(yīng)力σ=σ_N+σ_M=48.3+17.3=65.6MPa≤205MPa（Q235B鋼δ>16mm容許強(qiáng)度，滿足要求）6.1.3穩(wěn)定驗(yàn)算計(jì)算長(zhǎng)度l0=μ×l=2.0×(20.8-3.84)=33.92m（μ=2.0，懸臂段等效系數(shù)；有效長(zhǎng)度取入土深度-嵌固點(diǎn)深度）回轉(zhuǎn)半徑i=√(I_x/A)=√(25133×10?mm?/25130mm2)=316mm長(zhǎng)細(xì)比λ=l0/i=33920mm/316mm≈107.3查GB50017-2017表D.0.1（b類截面），λ=107.3對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)φ=0.535穩(wěn)定應(yīng)力σ=N/(φ×A)=1212.8×103/(0.535×25130)=90.2MPa≤205MPa（滿足要求）6.1.4單樁豎向承載力驗(yàn)算（按JTS167-4-2012）側(cè)摩阻力計(jì)算：粉土層（3.07m）：q_s1=40kPa，F(xiàn)_s1=π×0.8×3.07×40≈308.5kN粉砂層（7.9m）：q_s2=45kPa，F(xiàn)_s2=π×0.8×7.9×45≈891.8kN淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（8.9m）：q_s3=25kPa，F(xiàn)_s3=π×0.8×8.9×25≈560.0kN總側(cè)摩阻力F_s=308.5+891.8+560.0=1760.3kN端承力計(jì)算：軟土地基不計(jì)端承，F(xiàn)_p=0單樁承載力設(shè)計(jì)值：Q_a=F_s/γ_R=1760.3/1.45≈1214.0kN（γ_R=1.45，分項(xiàng)系數(shù)）實(shí)際軸力驗(yàn)證：1212.8kN≤1214.0kN（滿足要求）6.2平聯(lián)/斜撐驗(yàn)算（雙拼[25a槽鋼）6.2.1水平荷載計(jì)算風(fēng)荷載+水流力組合水平力F=2.13kN/樁（已計(jì)算）單根斜撐承受水平剪力V=F×樁距/斜撐數(shù)量=2.13×2.7/2≈2.87kN（2根斜撐分擔(dān)1根樁水平力）6.2.2斜撐強(qiáng)度驗(yàn)算（受拉）斜撐傾角α=45°，軸力N=V/sin45°=2.87/0.707≈4.06kN截面面積A=2×34.917×100=6983.4mm2拉應(yīng)力σ=N/A=4060N/6983.4mm2≈0.58MPa≤215MPa（滿足要求）6.2.3平聯(lián)強(qiáng)度驗(yàn)算（受壓）平聯(lián)承受水平軸力N=V=2.87kN長(zhǎng)細(xì)比λ=l/i=3000mm/√(2×2921×10?/(2×34.917×100))=3000/82≈36.6（i=82mm，弱軸回轉(zhuǎn)半徑）穩(wěn)定系數(shù)φ=0.92（b類截面，λ=36.6）穩(wěn)定應(yīng)力σ=N/(φ×A)=2870/(0.92×6983.4)≈0.45MPa≤215MPa（滿足要求）7基礎(chǔ)驗(yàn)算7.1單樁基礎(chǔ)荷載計(jì)算總荷載F=單樁軸力+樁自重+基礎(chǔ)自重=1212.8+1.987×20.8+30≈1212.8+41.3+30=1284.1kN7.2地基承載力驗(yàn)算基礎(chǔ)尺寸：2.0m×2.0m，底面積A=4.0m2地基壓應(yīng)力σ=F/A=1284.1/4.0=321.0kPa碎石換填層承載力f=396kPa（已修正），321.0kPa≤396kPa（滿足要求）7.3基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算（C30硬化層）基礎(chǔ)頂面壓應(yīng)力σ=F/(A-樁截面面積)=1284.1×103/(4.0×10?-π×0.42×10?)=1284100/3423440≈0.38MPa≤0.85f_c=12.16MPa（滿足要求）7.4基礎(chǔ)抗沖切驗(yàn)算沖切力F_l=F-σ_c×A_c=1284.1-（14.3×(2.0-0.8)2）≈1284.1-25.1=1259.0kN（A_c為核心區(qū)面積）沖切周長(zhǎng)u_m=π×(0.8+2×0.5)=4.084m（樁徑+保護(hù)層厚度）沖切承載力F_u=0.7×β_hp×f_t×u_m×h0=0.7×1.0×1.43×4.084×0.45≈1.83×103kN（β_hp=1.0，h0=0.45m）1259.0kN≤1830kN（滿足要求）8整體穩(wěn)定性驗(yàn)算8.1抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆力矩M_抗：?jiǎn)螛敦Q向承載力×樁距×樁排數(shù)=1214.0×2.7×4=13111.2kN?m（4排樁，橫向間距2.7m）傾覆力矩M_傾：總水平力×力臂=2.13×8×(9.964-1.0)=143.7kN?m（8根樁，力臂取橋面-河床標(biāo)高）抗傾覆系數(shù)K=M_抗/M_傾=13111.2/143.7≈91.2≥1.5（