工字钢运梁便桥施工设计

临时便桥施工方案

一、临时便桥设计说明

临时便桥设计总长32米，宽8米，钢管桩标准跨径5.0米，临时便桥与施工便道相接处采用C30混凝土台座支撑，混凝土台纵宽2m ，高1m ，横宽8m 与临时便桥面同宽，台面标高与便桥钢管桩顶工字钢标高相同，台下1m 范围内采用三七灰土换填，分层夯实。临时便桥基础采用φ630mm钢管桩，壁厚10mm ，每跨4根钢管桩，间距2.5m ；上部连接横梁采用焊接三拼I40b 工字钢；纵梁采用14组工字钢并排构成，每组宽0.6m ；纵梁上满铺20×20cm 方木。横向钢管桩之间采用 [16槽钢斜撑，以增强临时便桥整体稳定性；横向3拼I40b 工字钢上顺桥向扣焊[16槽钢限制工字钢位置。临时便桥主要材料表见表1，横断面与纵断面结构分别见附图。

表1：临时便桥主要材料表

二、临时便桥结构检算

临时便桥行车检算

临时便桥设计荷载（设计通车能力）：车辆自重38t ，限速5km/h，最大预制梁重量为162t ，按通过栈桥预制梁运输车满载时考虑，车总重按200t 计算。不考虑船只和排筏的撞击力，施工及使用时做好安全防护措施。 1、栈桥计算参数

(1) I40b 工字钢：截面积94.1 cm2，每米重量73.878kg , Ix=22781cm4， Wx=1139cm3,Sx=671.2 cm3，腹板厚12.5mm 。

(2) I16槽钢:截面积25.15cm2，每米重量19.75kg ,Ix=934.5cm4， ，Wx=116.8 cm3 ，Sx=70.3 cm3，腹板厚8.5mm 。

(3)车辆冲击系数：由查《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)知，冲击系数采用1.3。

考虑栈桥实际情况，即一跨内同方向最多只布置一辆重车。人群荷载不计。

2、方木计算

工字钢上满铺0.2m×0.2m方木，纵横梁三拼I40b 工字钢中心跨距0.6m ，纵梁工字钢间距为60cm ，是指中对中的距离，所以实际上连续两跨纵梁的距离为60cm 减去工字钢的自身宽度，大约18cm 。

最不利情况为运梁车及预制梁荷载平均分布在1根方木上。 运梁车共有56个轮胎，前边24个轮胎，后边32个轮胎。按运梁车与预制箱梁一半作用在栈桥上，荷载为运梁车与预制箱梁的一半为100t 。按100t 荷载全部作用在24个轮胎上，1个轮胎荷载集中作用在方木上，荷载为100×10×1.2×1.3×1/24=65KN

计算跨度L=0.18m。由查表《路桥施工计算手册》附表2-10得:

方木跨中弯矩: M =0.169Pl =0.169⨯65⨯0.18=2KN ⋅m

bh 20.2⨯0.22bh 30.2⨯0.23-33ω===1.33⨯10m ，I ===1.33⨯10-4m 4

661212

截面弯曲应力为σ=挠度计算：

M

ω

=

2

=1.5MPa

1.33⨯10

Pl 365⨯0.183l

f =1.079⨯=1.079⨯=0.03mm

100EI 100⨯9⨯106⨯1.33⨯10-4400

满足要求。方木上不需铺设钢板。 3、工字钢纵梁验算

对纵梁工字钢最不利的单跨进行检算，最不利情况的集中荷载及均布载荷如下图所示：

按运梁车及预制箱梁荷载一半全部作用在跨中。纵梁间距为0.6m ，全部荷载的1/4作用在两根3拼工字钢上。

10×1.2×1.3/4=780KN 运梁车及预制梁荷载P=P1/2=200×方木、工字钢的均布荷载

每跨方木的重量P 2 =（5×8×0.2×0.6）×10×1.2=57.6KN 每跨纵梁工字钢的重量P 3=（74×210/1000）×10×1.2=186.5KN q=（P 3+ P2）/5.0

=(186.5+57.6)/5.0=48.8KN/m 则最大弯矩为：

M=Pl/4+ql2/8=780×5.0/4+48.8×5.02/8=1127.5KN·m 跨中最大弯曲应力：

σmax =

M max 1127.5

==164.8MPa

查表《路桥施工计算手册》一根I40b 工字钢W =1140⨯10-6，共作

用在6根工字钢上。

则在跨中产生最大挠度为：

Pl 35ql 4

f max 2=f 1+f 2=+

48EI 384EI 780⨯103⨯535⨯48.8⨯103⨯54

满足要求。 =+11-811-8

48⨯2.1⨯10⨯6⨯22781⨯10384⨯2.1⨯10⨯6⨯22781⨯10

l 5000

=7.2mm

400400

4、工字钢横梁验算

路桥施工计算手册为两个集中荷载分布在跨中的位置时的弯矩，本工程最不利荷载位置应该为单侧车重等值的集中力作用在左侧跨中时，右侧车轮根据轮距（1.982m ）作用在邻跨，计算此时左跨跨中最大弯矩

临时便桥工字钢横梁力学计算简图如下：

每跨方木自重P 2 =（5×8×0.2×0.6）×10×1.2=57.6KN

每跨纵梁工字钢的重量P 3=（74×210/1000）×10×1.2=186.5KN 每跨横梁工字钢的重量 P 4=（74×24/1000）×10×1.2=21.3KN 横梁上重量为P=P2+P3 + P4 =265.4KN 转化均布荷载为：q=P/8=33.2KN/m

由运梁车及预制梁产生的集中载荷为P = P1 =780KN 根据清华大学版本力学求解器求出：最大弯矩

/

则跨中最大弯曲应力：

查《路桥施工计算手册》可知，一根I40b 工字钢W =1140⨯10-6，

σmax =

M max 364.8

==106.6MPa

查《路桥施工计算手册》可知，集中荷载处挠度系数为0.99，均布荷载在集中荷载作用处挠度系数为0.677；

则在跨中产生最大挠度为：

f max1=f 1+f 2

P /l 3ql 4780⨯103⨯2.5333.2⨯103⨯2.54

=0.99+0.677=0.99+0.67711-8

100EI 100EI 100⨯2.1⨯10⨯3⨯22781⨯10100⨯2.1⨯1011⨯3⨯22781⨯10-8

l 2500

=0.92mm

400400

满足要求。

5、单桩承载力及稳定性验算 （1）危险截面单桩受力

单桩最不利荷载为运梁车运梁过程中，运梁车及预制梁前部自重落在桩顶位置。动力系数取1.3，安全系数取1.2。力学计算简图如下：

最不利位置处外力为P 1 =（38+162）×10×1.2×1.3/4=780KN 每跨方木自重P 2 =（5×8×0.2×0.6）×10×1.2=57.6KN

每跨纵梁工字钢的重量P 3=（74×210/1000）×10×1.2=186.5KN 每跨横梁工字钢的重量 P 4=（74×24/1000）×10×1.2=21.3KN 每跨平面斜撑槽钢自重P 5=(20.5×34)×10×1.2=8.4KN （2）单桩承载力计算：

极限侧摩阻力根据《滨海新区西外环高速公路工程岩土工程详

细勘察》桩侧土摩阻力标准值，设计钢管桩长31m ，桩入土深度28m ，河底2m 厚淤泥层侧摩阻力不计，进行单桩承载力计算： 地质资料：

栈桥桥面高程为+2.1m，河底高程为-0.622米，Q 33N si 淤泥层底标高为-2.622m ，厚度2m

Q 24m 淤泥质粘土底层标高约为-8.622m ，厚度6m ，τ值取22KPa Q 24m 粉质粘土层底标高为-9.622m ，厚度1m ，τ值取30KPa Q 24m 粉土层底标高约为-12.622m ，厚度3m ，τ值取38KPa Q 14h 粘土层底标高约为-14.622m ，厚度2m ，τ值取45KPa Q 14al 粉质粘土层底标高约为-20.622m ，厚度6m ，τ值取50KPa Q 14al 粉土层底标高约为-22.622m ，厚度2m ，τ值取56KPa Q d 3mc 粉质粘土层底标高约为-34.622m ，厚度12m ，τ值取60KPa

Q d 3mc 粉砂层底标高约为-40.622m ，厚度6m ，τ值取69KPa

由公式[p ]= ∑a i l i τi 计算得

[p ]=[3.14×0.63×(0.6×6×22+0.6×1×30+0.6×3×38+0.6×2×45+0.6×6×50+

0.6×2×56+0.6×6×60)]=1350.7kN （3）特殊位置的验算

在运梁车后轴半侧走在边跨跨中时，四根钢管桩的受力不均匀，反力入土所示，最大力为1290.33KN ，小于桩的极限受压承载力。经验算，此位置为钢管桩受力的最不利荷载位置。

根据清华大学版本力学求解器求出：

运梁车走在最中间时，两侧的钻孔桩受到向上的力，所以加强横梁与钻孔桩的连接，满足抗拔要求。

（3）单桩稳定性验算：

回转半径r =

=0.22m

26＝22.33m ， 最大自由长度取5+2/3×

故钢管桩长细比λ＝22.33/0.22=101.5

则危险截面最大正应力

σmax =

P '848.5

=⨯10-3=69.96MPa

满足要求。

6、桥台的承载力、抗倾覆验算 （1）桥台承载力验算 ① 弯矩计算

每跨方木自重P 2 =（5×8×0.2×0.6）×10×1.2=57.6KN

每跨纵梁工字钢的重量P 3=（74×210/1000）×10×1.2=186.5KN 每跨横梁工字钢的重量 P 4=（74×24/1000）×10×1.2=21.3KN 桥台上重量为P=P2+P3 =244,1KN 转化均布荷载为：q=P/8=30.5KN/m

由运梁车及预制梁产生的集中载荷为P = P1 =780kN，运梁车轴距2m ，每个轴产生的集中荷载为P Z =390kN

1×2.5×103×9.8×10-3=49kN/m 桥台自重G=2×

由竖向力平衡可得桥台底部均布荷载q`=q+G+2PZ /8=177kN/m 82/8=1416kPa 得桥台中部弯矩最大，为M max =177×② 抗弯承载能力复核

桥台拟采用C30砼条形基础，Ⅱ级钢，b×h=2000×1000mm 的矩形截面，如图所示A g =4022=15197.6mm2

/

桥台钢筋布置如图所示，(R a , R g 取设计值) R a =17.5MPa，

R g =340MPa，εb =0.56，M =2.43KN·m 。查表得：u =0.15%，r c =1.25，

r s =1.25，所以h 0=990mm。

1、混凝土保护层c =50mm，符合要求。

2、 钢筋净间距S n =(2000-20×2.2-5.6×2)/18=108mm＞50mm 及

d =22mm符合要求。

实际配筋率 =15197.6/(2000×1000)×100%=0.76%＞0.15% 3、受压区高度x ：

x =R g ×A g /(R a ×b )

=340×15197.6/(17.5×2000)

=147.6＜εb ×h 0（=0.56×990=554.6）不会发生超筋梁的情况。 4、求抗弯承载能力 M u =R a b x (h 0-x /2)

=17.5×2000×147.6×(990-147.6/2) =4351.8kN. m ＞M =1416 kN. m 故梁截面经复核可以承受。

（2）桥台的抗倾覆验算 ① 计算换土层厚度

按照挂车-120级计算换土厚度，B 0=3.2m，L=8m，ɤ=18kN/m³ 运梁车及预制梁作用在有效范围内的总重G=780kN 3.2×8)=1.7m 换算土层厚h 0=G/(ɤB 0L)=780/(18×② 计算土压力

。

1γ212。30）E a ==8.1kN H K a =×18×(1+1.7)×tan (45-222

③ 滑动稳定性验算

Wf 49⨯0.4

K c =E ==2.42>1.3,符合要求

8.1a

④ 倾覆稳定性验算

K 0=

WZ W 49⨯0.5==3.36>1.5,符合要求 E X Z X 8.1⨯0.9

三、临时便桥栏杆设置

在临时便桥两侧设置高1.2m 栏杆，每侧纵向设置两道，分别距桥面高0.4m 和1.2m ，栏杆采用Φ40×4mm钢管搭设，竖向立杆每隔3m 设置一道，钢管与钢管相交处采用扣件连接。立杆下部与工字钢之间用[16槽钢固定，立杆与槽钢采用焊接连接，立杆外侧加斜撑加固。栏杆外侧采用密目网覆盖。具体设置见下图3和图4。

图