东湖通道工程临时钢栈桥设计与验算

摘要：利用midas有限元分析软件对钢栈桥设计截面建立模型并进行验算分析。

关键词：midas有限元分析；钢栈桥设计；验算分析

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.工程概况

为保证武汉东湖通道工程施工过程中沿湖路和围堰内施工车辆的交通，需在沿湖路和通道结构交接及水系联络通道等处设置钢栈桥。本工程共需设置六座钢栈桥，本文将对具有代表性的一处钢栈桥进行设计与验算。

本栈桥起点桩号K0+000,止点桩号K0+323.410,全长约324米，钢栈桥设计桥面宽度为9m（0.228m宽护栏+1.022m宽人行道+6.5m宽机动车道+1.022m宽人行道+0.228m宽护栏）。

2.钢栈桥结构设计

本栈桥采用钢管桩+分配梁+贝雷梁（H588型钢）+桥面板相结合的形式，采用12m标准跨径。栈桥每5孔或6孔栈桥为一联，并在每两联的交接处设置制动墩（为双排桩，其余位置为单排桩）。栈桥基础采用D529×10mm钢管，桩顶安放2Ⅰ36a横向分配梁传递荷载，纵向布置贝雷梁，每组贝雷片在各标准竖杆断面及下弦平面内设置支撑架；组与组之间设置竖向和水平支撑架，将整个贝雷片连成一体，增强栈桥稳定性。贝雷梁与型钢之间连接采用直径20的“U”型螺栓，贝雷片与钢管桩之间通过设置纵、横分配梁传递荷载。

贝雷架上部均布Ⅰ25b横向分配梁，间距705（500），横向分配梁上设置Ⅰ12.6纵向分配梁，间距30cm；桥面板采用10mm厚花纹钢板，花纹钢板与纵向分配梁焊接成框架结构。

3.设计说明

3.1设计荷载

栈桥设计按照《城市桥梁设计规范》的要求，满足城-B级汽车荷载通行的要求，同时也满足栈桥施工时机械设备的要求。

（1）永久荷载

结构自重由程序自动给出，考虑1.2的安全系数。

（2）基本可变荷载

基本可变荷载主要考虑汽车荷载和履带吊车荷载，考虑1.4的安全系数。

①汽车荷载：

城市B级车辆荷载，城－Ｂ级标准载重汽车应采用三轴式货车加载，总重300KN，前后轴距为4.8m，行车限界横向宽度为3.0m，车辆限速20km/h，不计冲击作用。

②50t履带吊机：

自重50t，接触面积为2―4650×760mm2。50t履带吊机限于墩顶起吊作业，正向最大吊重为50t，侧向最大吊重为10t。

（3）其他可变作用

①栏杆荷载：

按人行道栏杆设计，作用于栏杆立柱顶上的水平推力标准值为：0.75kN/m；作用于栏杆扶手上的竖向力标准值为：1.0kN/m。

②行人荷载：

通过计算，标准12跨度的行人荷载取值为4KN/

3.2荷载组合

根据栈桥的功能性要求和现场施工时的实际情况，考虑以下几种荷载组合，具体组合见表3（其中39m跨栈桥只按照组合1进行验算）

4.钢栈桥结构验算

本文主要利用midas有限元分析软件对标准12m跨度的单层双排贝雷梁结构建立模型并进行验算分析。

设计截面建立midas模型

（1）贝雷梁最大变形计算:

（2）贝雷梁强度计算：

由以上计算可知，贝雷梁的各个杆件的内力都能符合设计要求。

（3）Ⅰ12.6纵向分配梁计算

12.6分配梁组合应力图12.6分配梁剪应力图

由以上计算可知，12.6工字钢的最大组合应力为167.4 MPa，剪切应力为108.3 MPa，超过规范允许要求。（可采用14工字钢代替或者调整间距为200）。

（4）Ⅰ25b横向分配梁计算

25b分配梁组合应力图 25b分配梁剪应力图

由以上计算可知，25b工字钢能满足设计要求。

（5）Ⅰ36横向分配梁计算

36a分配梁组合应力图36a分配梁剪应力图

由以上计算可知，36a工字钢能满足设计要求。

（6）D529×10mm钢管桩计算：

钢管桩最大承载力图（单位：KN）

由以上计算可知，钢管桩的最大轴力为414.3KN

①强度验算

钢管立柱最大轴力为：N=414.3KN，考虑现场施工因素，偏心e=50mm

钢管立柱设计采用为φ529×10mm钢管，A=16304.9mm2，W=2076335mm3

②稳定性验算

回转半径：i=183.52mm ，长细比:

查表得轴心受压稳定系数：φ=0.835

③刚度验算

λ=54 ， 5＜[λ]=150 ，

5.结论

本文结合midas有限元分析软件对东湖通道工程临时钢栈桥标准12m跨度进行了验算，结果表明除了纵向分配梁需更换14工字钢外，设计方案基本满足规范要求。

参考文献:

[1]城市桥梁设计规范(CJJ 11-2011).中国建筑工业出版社.2011.10

[2]公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004).人民交通出版社.2004.10

[3]钢结构设计规范(GB 50017-2003).中国计划出版社.2003.01