1、钢便桥设计与验算1、项目概况钢便桥拟采用 18+36+21m 全长共 75m钢便桥采用下承式结构，车道净宽 4.0m，主梁采用贝雷架双排双层，横梁为标准件 16Mn 材质 I28a,桥面采用定型桥面板，下部结构为钢管桩（529）群桩基础。2、遵循的技术标准及规范2.1 遵循的技术规范公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）公路桥梁施工技术规范 （JTG F50-2001）钢结构设计规范 （GB S0017-2003）装配式公路钢桥使用手册路桥施工计算手册2.2 技术标准2.2.1 车辆荷载根据工程需要，该钢便桥只需通过混凝土罐车。目前市场上上最大罐车为16m3。空车重为 16.6T
2、混凝土重 16*2.4=38.4T。总重=16.6+38.4=55.0T。16m3罐车车辆轴重2.2.2 便桥断面2.2.3 钢便桥限制速度 5km/h3、主要材料及技术参数根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86，临时性结构容许应力按提高 30-40%后使用，本表提高 1.3 计。4、设计计算（中跨桁架）4.1 计算简图材料 弹模(MP)屈服极限(MP)容许弯曲拉应力(MP)提高后容许弯曲应力(MP)容许剪应力(MP)提高后容许剪应力(MP)参考资料Q235 2.1E+5 235 145 188.5 85 110.5设计规范Q345 2.1E+5 345 210 273 120
3、156设计规范贝雷架 2.1E+5 345 240 - 245N/肢 -按照钢便桥两端跨度需有较大纵横坡的实际需要，故每跨断开，只能作为简支架计算，不能作为连续梁来计算。4.1.1 中跨计算简图36.0m 简支梁4.1.2 边跨计算简图 21.0m 简支梁4.2 荷载4.2.1 恒载中跨上部结构采用装配式公路钢桥贝雷双排双层。横梁为I28a。43.47kg/m。单根重 5*43.47=217.4kg=2.17KN；纵梁和桥面采用标准面板：宽 2.0m，长 6.0m，重 1.8T。恒载计算列表如下：序号 构件名称 单件重（KN） 每节（KN） 纵桥向（KN/m）1 贝雷主梁 2.7 21.6 7
4、.22 横梁 2.1 6.3 2.13 桥面板 18 18 64 销子 0.03 0.72 0.245 花架 0.33 3.96 1.326 其他 0.447 合计 17.34.2.2 活载如上所述采用 16M3的罐车，总重 55.0T。因钢便桥净宽 4.0M，罐车通过便桥时要求车辆居中行驶，故不考虑偏载的不利影响。4.3 内力分析与计算显然，最大净宽发生在跨度中 最大剪力发生在支座处。 4.3.1 恒载内力M 跨中 =（q/8）l 2=17.3*362/8=2802 KN-mQ 支座 =ql/2=17.3*36/2=311.4 KN支座反力 F 支 =Q 支座=311.4 KN4.3.2 活
5、载内力4.2.2.1 活载内力分析绘制跨中点弯矩影响线 （长度单位 m）跨中弯矩：M=173.3*9+173.3*9*(18-3.4)/18+30*9*(18-3.4-1.85)/18+173.3*9*(18-1.35)/18=1559.7+1265.1+191.2+1442.7=4458.7KNm支点剪力（长度单位 m）Q=173.3+173.3*(36-1.35)/36+173.3*(36-1.35-3.4)/36+30*(36-1.35-3.4-1.85)/36=173.3+166.8+150.4+24.5=515 KN4.3.2.2 活载冲击系数 1+u查公路桥涵设计通用规范 （5TG
6、 D60-2004）补充说明 4.3.2选用简支梁的基数 f1=/2l 2 cm/IE式中：I C-结构跨中的截面惯矩 I c=2148588 cm4=0.02149m4E-结构材料的弹性模数 E=2.1*10 6kg/cm2=2.1*1011N/m2mc-结构跨中处延米结构重力 mc=17.3KN=1730kg/mc=1730NS2/m2L-结构的计算跨径 l=36.0m将上述数据代入式中：f1=3.1416/（2*36 2） =3.1416*1615/（2*36 2）1730/249.*10.=1.957HZ根据（JTG D60-2004）第 4.3.2.5当 1.5HZ 7719.9 K
7、N-mQ=2*490.5=918 KN 879.4 KN推论：虽然加强的双排层比不加强的双排层的恒载跨中弯矩弯曲的支点剪力均匀略有增加。但M和Q均比实际产生的有较大的富余，故选用加强的双排层应该是安全的。补充计算如下：4.5.3 加强杆增加的弯矩和剪力计算加强杆-根约 80kg；每节需增加 8 根，则每 m 增加重量q=8*80/3=213.3kg/m增加的弯矩 M= q/8*l2=2.133*362/8=345.5 KNm增加的剪力 Q= q/2*l=2.133*36/2=38.4 KN4.5.4 最终强度计算M=13500 KNm （7719.9+345.5）=8065 KNmQ=918
8、KN (841.1+38.4)=879.5 KN结论：通过上述演算，可见采用加强的双排双层贝雷横梁，其强度即可满足工程实施（便桥能通过 16m3混凝土罐车）的安全需求。5、横梁设计及验算横梁拟采用 16Mn I28a 每节桁架（3.0m）配置 3 根横梁。查表的 I=7115cm 4；W x=508.2cm3；43.47kg/m；S=292.7cm 35.1 横梁计算简图如右下图所示（长度单位 m）：混凝土罐车过桥时，令其缓慢居中行驶，故不考虑活载的偏载影响。5.2 荷载5.2.1 横梁上的恒载面板及横梁：2*6m 重 1.8Tq1=18/2/6*1.5=2.25 KN/m横梁自重q2=43.
9、47kg/m=0.435 KN/m总恒载 q=q 1+q2=2.25+0.435=2.685KN/m恒载最大弯矩 M 恒 =q*l2/8=1/8*2.685*4.52=6.796 KN-m恒载支剪力 Q 恒 =1/2ql=1/2*2.685*4.5=6.041 KN5.2.2 横梁上的活载最大罐车的后轴重为 17.33T=173.3 KN活载的支点反力（剪力）RA=RB=173.3/2=86.65 KN活载的最大弯矩MC=MO=86.65*1.35=117 KNm5.3 活载冲击系数 1+u计算的方法同前，计算简支梁的基频f1=/2l 2 =3.1416/（2*4.5 2）*m/c.IE 5.
10、43/10*.71.=3.1416*0.058*104/（2*45 2）=44.99 HZ查表得：u=0.45；1+u=1.455.4 横梁上的内力组合跨中弯矩 MMAX=6.8+1.45*117=176.45 KNm支点剪力 QMAX=6.041+1.45*86.65=131.68 KN5.5 横梁应力验算弯曲应力=M/W=1.76.45*10 4/508.2=3472 kg/cm2 2730kg/cm2可见，横梁的弯曲应力已远超材料的容许值 1.3*2100=2730 kg/m2是不安全的。故不得不另选工字钢规格。5.6 横梁更改的应力验算现将横梁改选为 I32a I=11080cm4；W
11、 X=692.5cm3；S=400.5cm 3弯曲应力=176.45*10 4/692.5=2548 kg/cm2剪应力=Q*S/I*b式中：Q-截面的剪力 Q=131.68 KNS-截面的净面矩 S=400.5 cm 2I-截面的惯性矩 I=11080 cm 4b-截面的腹板厚度 b=0.95 cm代入得：剪应力=131.68*10 2*400.5/11080*0.95=501 kg/cm2 Q=1200 kg/cm2结论：通过上述演算可知，横梁必须改用 16Mn 材质 I32a（或以上的规格） ，其强度才能满足安全的要求，否则将不安全。6、设计计算（边跨桁梁）6.1 计算简图 6.2 荷载
12、6.2.1 恒载边跨上部结构拟采用加强单层双排贝雷桁架。横梁为 I32a 52.69 kg/m，单根重 5*52.69=263.5kg=2.63KN。纵梁和桥面采用标准桥面板：宽 2.0m，长6.0m，重 1.8T恒载计算列表如下：序号 构件名称 单件重（KN） 每节重（KN） 纵桥向（KN/m）1 贝雷主梁 2.7 10.8 3.62 加强杆 0.8 3.2 1.073 横梁 2.63 7.9 2.634 前面板 18 18 6.05 销子 0.03 0.36 0.126 花架 0.33 1.98 0.667 其他 0.22合计 14.36.2.2 活载与计算中跨时相同6.3 内力分析与计算
13、最大弯矩发生在跨中最大剪力发生在支座附近。6.3.1 恒载内力：M 跨中 =14.3*212/8=788.3 KNmQ 支座 14.3*21/2=150.2 KN支座反力 F 支 =Q 支座 =150.2 KN6.3.2 活载内力6.3.2.1 活载内力计算M 影响线（长度单位 m）跨中弯矩M=173.3*5.25+173.3*5.25*（10.5-3.4）/10.5+173.3*5.25*（10.5-1.35） /10.5+30*5.25*（10.5-3.4-1.85）/10.5=909.8+615.2+792.8+78.75=2396.6 KN-m支点剪力（长度单位 m）Q=173.3+1
14、73.3*（21.0-1.35）/21+173.3*（21-1.35-3.4）/21+30*（21-1.35-3.4-1.85）/21=173.3+162.2+134.1+20.6=490.2 KN6.3.2.2 冲击系数 1+u 计算边桁架梁的基频f=/2 l 2 cm/*IE式中：I C-结构跨中的截面惯性矩 I C=2*1154868cm4E-结构材料的弹性模数 E=2.1*10 11 N/m2mc-延米结构重力 m c=14.3KN/m=1430NS2/m2l-结构计算跨桁 l=21.0m代入公式得：f=3.1416/（2*21 2） =3.1416*1841/（2*21 2）1430/297.0*1.=6.557HZu=0.1767*lnf-0.0157=0.3161+u=1.3166.4 荷载组合跨中弯矩M=788.3+1.316*2396.6=3942.2 KNm支点剪力 Q=150.2+1.316*490.2=795.3 KN6.5 最终强度验算
