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一、设计依据
本栈桥依据以下资料进行设计:
《杭州湾跨海大桥IX-A标段土建项目施工招标文件参考资料》《杭州湾跨海大桥施工图》第五卷第四册第一和第二分册;《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021—89);《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)。
二、总体设计原则
1、 设计范围
本次栈桥设计范围:K71+〜K81+,。与试验段的栈桥衔接,栈桥使用范围:K71+〜K81+,。
2、 采用形式本桥是施工期间的临时栈桥,项目完成后必须拆除,因此采用装配式公路
钢桥。梁部采用贝雷架和六四式军用梁组成桁架,墩身与基础采用钢管通天桩。
3、 栈桥宽度与平纵断面根据“招标文件参考资料”及补遗资料的规定,栈桥宽度与平纵断面为:
;,按平坡设计。平面与主桥平行。
根据要求设置桥上会让点,K75+〜K81+。K71
+〜K75+。全桥共设置20处会让点。会让点桥面全宽12m,长为一联的长度,边角处设置移动式公厕。
4、 跨度
受施工条件及工期的影响,栈桥只能从十塘向海上逐孔悬拼施工。桥墩基
础的打入桩施工受机械和造价的控制,孔跨采用在12〜16m左右的简支梁。
5、 桥墩及基础
栈桥基础采用钢管桩,桩尖设环向加强箍,材质均为Q235钢,接桩采用焊接接头,桩与桩之间设剪力撑。
桥墩为通天桩上设型钢盖梁,墩柱之间设剪力撑,桥梁使用时为连续梁结构,中间墩是单排墩柱,联间墩为双排墩柱。
6、 设计荷载
根据招标文件要求,栈桥荷载等级为汽车—超20级,挂车—120。另外,对可能的超大、超重车辆及架桥机等机械设备进行检算。
三、 梁部结构设计
本次栈桥设计范围:K71+〜K81+,。与试验段的栈桥衔接,栈桥养护使用范围:K71+〜K81+,。
因为栈桥桥位地处南岸滩涂区,潮位变化大,大部分没有条件进行船舶水上施工作业,只能从十塘岸边向深水区单头推进,逐孔施工,受施工条件和荷载控制,比较经济和快速的跨度为
12〜16m的简支梁。
设计考虑两种桁架形式:贝雷架和军用梁。
梁式:采用贝雷架可以方便地进行先简支后连续的施工方法,组成4x12m或3x16m的连续梁。军用梁的第二孔以后是平行四边形的梁架,拼接时需要扒杆
或吊机辅助施工。
1、梁部布置
4x12m或3x16m的连续梁,计算长度为48m,,联长为
。。
为了设置伸缩逢,军用梁的端构架能够直接使用,而贝雷梁必须设计一个特殊的端构架,并根据贝雷梁的阳头和阴头的不同,设计与之配套的两种端构架,使其满足连续梁端部受力需要。
2、 结构高度确定
桥梁上部结构包括:桥面板,纵梁,分配横梁,主梁等。
桥梁上部结构拟采用下列材料:
桥面板:8mm花纹钢板;
纵梁:[10槽钢;
分配横梁:I22的工字钢;
主梁:贝雷架 ,;
军用梁 ,;
桥面到梁底结构高度:贝雷架——;军用梁——。
3、 荷载计算
本栈桥的使用功能包括:施工机械、车辆,管道铺设,人员走行。栈桥除了按汽车—超20级,挂车—120荷载检算外,还检算以下车辆荷载:混凝土搅拌车(日野F21C,,10m3);
混凝土泵送车(五十铃,CXZ81Q,);履带吊机(QUY50,吊重50t,自重50t)。
第470页
打桩架桥机(自制,)
根据设计规范,本桥按两行车队布载,考虑汽车冲击力。,设计时不与考虑。挂车和履带车不计冲击力,挂车只按一辆检算,履带车间距不小于50m。
本栈桥地处杭州湾水域,风力较大,必须考虑风对桥梁结构的影响。因为是施工栈桥,因此按50年重现期考虑,V=。
汽车制动力按一行车队的总重力的10%考虑。
桥址区的地震基本烈度为可度,栈桥设计时不考虑地震力的影响。
,,,,必须采取措施保证桥梁的横向稳定。
梁部采用有限元结构计算软件进行分析计算,结构节点、单元划分见下图。
贝雷架:7钟杆件类型,1344个节点,3302个单元;杆件截面特性计算:
①弦杆:2[10槽钢;②竖杆(中间):[8槽钢;
③竖杆(两边):2[8槽钢;④斜撑:[8槽钢;
⑤上横联杆:I22a工字钢; ⑥下横联:Z75x75x5角钢。
⑦支座
军用梁:8种杆件类型,1692个节点,4071个单元。杆件截面特性计算:
①标准弦杆:[16b槽钢; ②斜腹杆:[8槽钢;
③中竖杆:Z50x50x5角钢; ④端弦杆:[16a槽钢;
⑤端压杆:[10槽钢; ⑥斜拉杆:[10槽钢;
⑦斜压杆:[8槽钢; ⑧上横联杆:I22aZ字钢。
⑨支座
具体计算数据(略)。
风荷载强度W=K1・K2・K3・K4・W。;
Wo=V2/ 施工栈桥:V]o=,W。=;
Kl=; K2=;K3=;K4=;
栏杆上风力折减系数:kl=;高度h=;
桥面系上风力折减系数:k2=l;高度h=;主桁架上风力折减系数:k3=;高度h=;
梁部风力: W==;
Qo=(++)=;
每联梁的总风力:Q===6422kgo
加载计算时,按每一种检算荷载根据加载原则进行影响线加载,得出每种杆件的最大受力值,以及支座处同一种工况的各支座受力情况,为桥墩设计提供数据。
4、计算结果:
通过有限元结构计算软件的分析计算,贝雷架的杆件受力均匀,比较适合公路桥梁使用。六四式军用梁在桁片分离时,竖杆过细成了控制设计的主要杆件,影响了整个梁片的承载能力。
通过计算比较,12m的跨度时,8片贝雷架能够满足受力要求,4片军用梁,
竖杆和斜腹杆的截面不够。增加桁片,少了解决不了应力集中问题,多了不合理,可以采取杆件加强的措施。16m的跨度时,则需要增加桁片,由此引起桥墩盖梁加强,桁片横向布局不合理。同时随着跨度的增加,悬臂施工桩基的难度加大,安全度降低。因此我们推荐采用4x12m的梁式布置,并优先考虑贝雷架。
贝雷架各杆件内力计算结果 表1
序号
杆件
设计最大值
t
允许值
t
备注
汽_超
20
挂车一
120
履带一
50
1
弦杆
轴向力
2
中竖杆
轴向力
3
功竖杆
轴向力
4
斜撑杆
轴向力
军用梁各杆件卩
勺力计算结果 表?
序号
杆件
设计最大值(t)
允许值
t
备注
汽_超
20
挂车一
120
履带一
50
1
标准弦杆
-
-
-
-
轴向力
2
端弦杆
+50
轴向力
3
斜腹杆
±21x2
杆件加强
4
中竖杆
-
-
-
-
杆件加强
主桁结构在各种荷载情况下的变形图(单个工况),。
通过分析计算结果,梁部主要受挂车一120荷载控制,其次为履带一50和汽车一超20级荷载。风荷载不控制设计,为安全起见,对局部进行防风措施加强。
四、桥墩及桩基设计
根据连续梁的布置,,()。,并且全桥范围冲刷
(施工临时栈桥按一般冲刷考虑)深度分六个梯度:
K70+550-
K71+835
般冲刷线咼程:;
K71+885-
K72+285
般冲刷线咼程:;
K72+285-
K74+000
般冲刷线咼程:;
K74+000-
K77+685
般冲刷线咼程:;
K77+735-
K80+135
般冲刷线咼程:;
K80+135-
K81+435
一般冲刷线咼程:;
首先,根据弯道布置计算确定桥墩设计里程,本桥处在R=10000m曲线、直线、R=6000m曲线、直线上,根据计算:偏心距很小、偏角平均为6'53”,按里程进行折线布置。
1、桥墩设计:
考虑施工方便,桥墩桩柱之间的系梁高程控制在+,与主桥的承台顶等高,以减少水下焊接工作量。
连续梁为4x12m—联,设2个联间墩,3个中间墩。中间墩仅承受从梁部传递的竖向力,在横向外侧设置抗风、抗震措施。纵向水平力由联间墩承受。
桥墩设置为联间墩双排墩柱,8根墩柱。中间墩单排墩柱,4根墩柱。根据梁部支座计算的各组反力,进行墩柱结构计算,双排桩的联间墩按三维框架结构计算,单排桩按门式框架结构计算。
计算结果显示,桩柱最大设计荷载大于54t。墩柱强度检算(中间墩):
墩顶计算荷载:; 第474页
墩柱自重(算到冲刷线):(①820),(①630)
==(①820)
==2.******@630)
N=+=(①820)
N=+=(①630)
O=58660/==
O=56400/==
长细比计算:r=(+)/2=
r=(+)/2=
入==
入==
①=; ①=;
①x[O]==$
①x[O]==$
考虑冲刷线的影响,,设计中根据冲刷线的不同,设置了①630(壁厚8mm)、①720(壁厚10mm)、①820(壁厚10mm)三种直径和壁厚的桩柱,以满足不同的受力需要。
考虑海上气候条件等特殊性,桥墩设计留有较大的安全度,以满足特殊的、不可预见的情况下桥梁的安全需要。
2、桩基设计:
与桥墩对应,桩基设置了①630(壁厚8mm)、①720(壁厚10mm)、①820
(壁厚10mm)三种直径和壁厚的桩,按摩擦桩设计。
根据“参考资料”得知:南岸的淤泥、淤泥质亚粘土属不良项目地质层。
桥位区浅部20m(―18m)深度范围训度地震时会产生液化现象。设计中对土体的桩周土的极限摩阻力按50%考虑(可度地震)。
根据墩柱的计算支点反力和弯距,因为桩顶是系梁连接,刚度有限,故对桩身按单桩进行计算,取最大值。
单桩承载力计算:
①630、①720、①820三种桩的最大桩顶设计荷载分别为:55044kg、55110kg、55186kg。
①630(壁厚8mm):A=;S=n・D=;q=;
①720(壁厚10mm):A=;S=n・D=;q=;
①820(壁厚10mm):A=;S=n・D=;q=;桩顶到冲刷线高:
①820:,h=19m;=3796kg;
N=55186+3796=58982kg;
桩长23m,N=58982+=63577kg;
[P]=(UxZafl)/2二Ux(+)/2
iii
===63594kg$63577kg(可)设计桩底:一40m。
①820:-,h=17m;=3397kg;
N=55186+3397=58583kg;
桩长22m,N=58583+=62979kg;
[P]=(UxZafl)/2二Ux(++)/2
iii
===63625kg$62979kg(可)设计桩底:第一3页。
①720:-,h=11m;=1926kg;
桩长24m,N=57036+=61238kg;
[P]=(UxZafl)/2二Ux(++)/2iii
===63201kg$61238kg(可)设计桩底:一33m。
①630:-,h=7m;=1070kg;
N=55044+1070=56114kg;
桩长25m,N=56114+=59937kg;
[P]=(UxZafl)/2二Ux(++)/2iii
===61938kg$59937kg;(可)设计桩底:一30m。
①630:-,h=4m;=612kg;
N=55044+612=55656kg;
桩长23m,N=55656+=59172kg;
[P]=(UxZafl)/2二Ux(++)/2iii
===60889kg$59172kg;(可)设计桩底:一25m。
①630:,h=2m;=306kg;
N=55044+306=55350kg;
桩长24m,N=55350+=59019kg;
[P]=(UxZafl)/2二Ux(++)/2iii
===63070kg$59019kg(可)设计桩底:一24m。
为了施工方便,便于桩身下沉,钢管桩不设桩头,这样桩长平均增加6m。
,。实际入土深度大于36m。在岸
边无冲刷时,桩的入土深度26m。
3、施工注意事项:
N=55110+1926=57036kg;
五、主要项目数量
梁下部施工的依托,栈桥施工速度的快慢直接影响着整个滩涂区桥梁下部的施
根据设计计算,全桥共设计4x12m连续梁194联,在桥梁外端布设一孔12m
的简支梁。。
K71+〜K71+①820,。
K72+〜K72+①820,。
K72+〜K74+①720,。
K74+〜K77+①630,。
K77+〜K80+①630,。
K80+〜K81+①630,。
全桥主要项目数量:
1、上部:
工及全桥的工期。栈桥施工的难点在钢管桩施工。受海水涨落潮的影响,利用船舶施工钢管桩是困难的,造价也高;利用履带吊车吊导向架定位,只能在十塘大堤附近海床面高、浪小区可以实现,但有效作业时间短、施工速度慢,也不安全;应用公路、铁路双导梁架桥机的原理,利用铁路六四式军用梁拼成双导梁,导梁前端悬臂设置钢管桩导向架,中部顶面设置简易吊机,后端设配重下部设置垫梁和自动走行系统,构成多功能打桩、架桥机。这种多功能打桩、架桥机结构简单、操作简便,昼夜施工不受涨落潮影响,施工速度快,造价低作业安全。所以除K71+〜K72+285段因为涨潮时水深、流急、浪高、局部冲刷深、钢管桩桩径需加大、桩长加深而需要采用小型打桩船施工外,其余全部采用多功能打桩、履带吊或架桥机架梁。
a、 梁部:,。
b、 桥面系:。
2、下部:
a、 桥墩型钢:。
b、 钢管桩:。
c、 打钢管桩:4168根,109942m。
第476页
总用钢量:45465t。
六、施工方案
栈桥位于杭州湾南岸滩涂区,。栈桥作为南岸滩涂9公里多桥