1、高坡拌合站便道横跨隧道便桥施工方案和力学检算手册中交四航局云桂铁路（云南段）项目经理部一分部高坡拌合站便道横跨隧道便桥施工方案和力学检算书编 制：审 核：批 准：日 期：第1章 概 述1.1工程概况 高坡拌合站设置于线路里程DK417+400处横向200米一平坦旱地范围内（见附图），设办公生活区、搅拌楼、砂石料场、道路、绿化带，占地面积合计270000m2,拌合站下埋深27.03米处有高坡隧道通过，隧道宽14m；拌和站门前有便道一条，由原来的乡道改建而成，便道处纵断面根据线路纵断面图确定，如图1-1所示；便道在DK417+313处与高坡隧道立体交叉，交叉处地下岩层稳定，无溶洞，约4米的表层地质
2、结构为第四系全新统坡洪积层，土石工程等级为级，表层4米以下为白云质灰岩，土石工程等级为级，层理产状为：N45W/45SE（73），风化等级为弱风化岩；我单位在此处进行地质钻探，钻探结果如图1-2所示，与设计资料相符。由于该便道上将来经常要通行混凝土罐车等重型车辆，为了确保重型车辆的通行不对隧道施工产生影响，保证隧道施工安全。特设置跨径24米，长25.66米，净宽3.8m的临时便桥于该便道上，桥位详见附图。 图1-1 线路纵断面在高坡拌合站处截图 图1-2 高坡拌合站处地质钻探照片1.2便桥设计方案本便桥设计全长为25.66m，纵向设计跨径为1跨24m，净宽3.8m，采用下承式贝雷架结构。构成形
3、式为：主要承重构件为6排单层加强型贝雷桁架，每侧3排，排间距0.45m，使用900型支撑架进行横向联结；桥面为自制桥面板，由8mm厚钢板作为面板和间距0.25m的I14工字钢作为面板纵向加劲肋焊接而成，钢板上焊接12mm短钢筋作为防滑设施；横向分配梁为I36b，间距为1.5m；基础采用明挖扩大基础，基础材料为C30砼，尺寸为6.42.04.2m，基础埋深4.2m，坐落于白云质灰岩持力层。另外本设计力学检算内容采用商业有限元软件“路桥施工计算专家（RBBCCE）”和Midas/civil 2006进行相关计算，并采用容许应力法设计。便桥布置结构形式如图1-1和图1-2所示图1-1 便桥立面图（单
4、位：m）图1-2 便桥侧面图（单位：cm）1.3 设计依据(1)公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）(2)公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ024-85）(3)公路桥涵钢结构及木结构设计规范 （JTJ025-86）(4)公路桥涵施工技术规范 （JTJ0412000）(5)公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）1.4 技术标准(1)设计桥面标高：1286.82m(2)设计桥长：25.66m，单跨24m(3)设计桥宽：净宽3.8m(4)设计控制荷载：设计考虑以下三种荷载：1、 汽车-超20车队2、 混凝土罐车，自重20T+载重30T，考虑1.3的动力
5、系数，按65T荷载设计3、 挂车-80级平板车 设计仅考虑一辆重车在桥上通行，不得同时有多辆罐车在桥上。(5)设计行车速度10km/h。1.5 便桥钢材选用及设计参数便桥各构件钢材选用和容许应力如表1-1所示：表1-1便桥各构件钢材选用和容许应力构件材料种类型号轴向容许正应力(MPa)弯曲容许应力(MPa)容许剪应力(MPa)桥面钢板Q2358mm厚钢板14014585纵梁Q235I14工字钢14014585横梁Q235I36b工字钢14014585贝雷架弦杆16Mn加强型200210120贝雷架腹杆16MnI8工字钢200210120节点板Q2358-16mm厚钢板14014585端部支座固
6、结钢板Q23516mm厚钢板14014585销子30CrMnTi49.5mm11051105585其他Q23514014585 第2章 荷载计算2.1上部结构恒重1）钢便桥面层：8mm厚钢板，单位面积自重：0.008117.851000=62.8kg，即：0.628kN/m2，桥面宽按4m设计，换算成沿桥跨方向均布线荷载为：0.6284=2.512kN/m2）面板加劲肋I14（纵梁），单位重16.89kg/m，即0.169kN/m，纵向17排，长按24m，沿桥跨方向总均布线荷载为：2.873kN/m3）横梁I36b，单位重65.689kg/m,即0.657kN/m，长7m，间距1.5m，共17
7、根，总重0.657717=78.2kN，沿桥跨方向总均布线荷载为：3.258 kN/m4）纵向主梁：横向6排321型贝雷梁，每片贝雷重287kg（含支撑架、销子等），总重为：2871010-386137.76kN，换算成桥跨方向均布线荷载为：5.74kN/m2.2 车辆荷载 1）汽车-超20级车轮着地尺寸为0.60.2m（宽长），加载图式如图2-1所示图2-1 汽车-超20级加载图式按其中最重的车辆计算，如图2-2所示图2-2 汽车-超20级加载图式2)9m3的混凝土罐车1台9m3(考虑冲击系数1.3满载后65t)的混凝土罐车车辆及荷载平面和立面如图2-3所示图2-3 砼罐车平立面及加载图式3
8、） 挂车-80级加载图式如图2-4所示图2-4 挂车-80级加载图式2.3人群荷载人群荷载为4kN/m2第3章 纵梁计算 3.1 纵梁最不利荷载确定其荷载分析如下：1）自重均布荷载：2.512+2.873=5.385kN/m(面板+加劲肋纵梁)，对于每根纵梁的均布荷载为0.224 kN/m2）人群荷载：不同时考虑3）I14加劲肋间距为25cm，横向分配梁间距为1.5m，纵梁受力计算按照跨径为1.5m的5跨连续梁进行验算4）汽车轮压汽车-超20级轮压：车轮接地尺寸为0.6m0.2m,纵梁间距0.25m，0.2520.6，故每组车轮压在3根I14上，考虑冲击系数1.3，则单根I14承受的荷载按照集
9、中力计算为1.3140 kN23=30.3kN；砼罐车轮压：车轮接地尺寸为0.5m0.2m,每组车轮压在3根I14上，已经考虑汽车冲击系数1.3，则单根I14承受的荷载按照集中力计算为250kN23=41.7kN；挂车-80级轮压：车轮接地尺寸为0.5m0.2m,纵梁间距0.25m，0.252=0.5，故每组车轮压在3根I14上，考虑冲击系数1.3，则单根I14承受的荷载按照集中力计算为1.3200 kN43=21.7kN；对比上面3种车辆荷载，得出砼罐车作用时，纵梁加劲肋纵梁受力最不利。 故：I14梁的验算选择罐车进行控制验算 ，则单边车轮布置在跨中时弯距最大，纵梁上面的钢板均布荷载为2.5
10、12/17=0.15kN/m3.2 纵梁计算1）当罐车的后轮作用在两横梁中间时，纵梁弯矩最大。“路桥施工计算专家”（RBCCE）软件计算模型如图3-1所示图3-1 纵梁计算模型模型中25 kN是根据轴重成比例分配得到，即其中单元截面性质如表3-1所示表3-1 模型各单元特性表计算结果如图3-2和图3-3所示：图3-2 纵梁弯矩图和剪力图图3-3 纵梁变形图根据计算结果可知：（1）最大弯曲应力122.11MPaw=145MPa,满足抗弯强度要求；（2）当后轮压在两横梁中央时剪力为34.61kN，而当后轮压在两横梁处时剪力为41.7kN，剪应力=VS/Ib，其中剪力取V=41.7kN，I/s=12
11、cm，腹板厚b=5.5mm,代入得=41.71000/(1205.5)=63.2MPa=85MPa,满足抗剪强度要求；（3）最大位移1.354mmL/400=1500/400=3.75mm，满足刚度要求。2）当罐车的后轮作用在横梁处时，纵梁受到的剪力最大。RBCCE计算模型如图3-4所示图3-4 纵梁计算模型2计算结果如图3-5所示图3-5 纵梁计算结果根据计算结果可知：（1）最大弯曲应力77.47MPaw=145MPa,满足抗弯强度要求；（2）纵梁最大剪力为42.3kN，剪应力=VS/Ib，其中剪力取V=42.3kN，I/s=12cm，腹板厚b=5.5mm,代入得=42.31000/(120
12、5.5)=64.1MPa=85MPa,满足抗剪强度要求；（3）最大位移0.669mmL/400=1500/400=3.75mm，满足刚度要求。由计算可见：I14工字钢作为纵梁，间距0.25m可以满足受力要求。第4章 横梁计算 4.1横梁最不利荷载确定由于车辆是压在大桥面板上，故认为车辆荷载传递到横梁上时是均衡传递的，认为车辆最前后轴距间的横梁承担车辆集中荷载，这是偏于安全考虑的，对比三种车辆荷载作用下单根横梁受力见表4-1：表4-1三种车辆荷载作用下单根横梁受力车辆荷载前后轴距和（m）分配横梁根数总轴重（kN）单根横梁承受（kN）汽车-超20级12.8855068.75砼罐车5.5365021
13、6.67挂车-80级6.44800200从表中可以看出，砼罐车荷载作用下，对横梁的受力最不利。4.2砼罐车荷载下横梁检算荷载分析：（1） 桥面钢板面荷载为0.628 kN/m2，纵梁面荷2.873/24=0.12kN/m2，总0.628+0.12=0.75 kN /m2，换算成均布线荷载为：0.751.5=1.13kN/m（2） 人群荷载：不考虑与汽车同时作用（3） 轮压荷载：按砼罐车轮压计算车辆行进在桥横向中间时，横向分配梁的弯矩最大，轮压力为简化计算可作为集中力，RBCCE计算模型如图4-1所示：图4-1 横梁计算模型1各单元特性如表4-2所示表4-2 横梁模型各单元特性计算结果如图4-2
14、和4-3所示图4-2 弯矩图和剪力图变形图如图5-3所示图4-3 横梁变形图由计算结果图可见（1） 弯曲正应力=103.59MPa=145MPa,满足抗弯强度要求；（2） 剪力263.78kN，剪应力=VS/Ib其中剪力V=263.78 kN，I/s=34.1cm，腹板厚b=10.5mm,代入得=263.781000/(34110.5)=73.7MPa=80MPa,满足抗剪强度要求；（3）最大位移1.764mmL/400=4000/400=10mm,满足刚度要求。当65T罐车后车轮单个车轮布置在桥面边缘时剪力最大，RBCCE计算模型如图4-4所示：图4-4 横梁计算模型2计算结果如图4-5所示
15、图4-5 横梁计算结果2（1） 最大弯曲应力71.73MPa=145MPa，满足抗弯强度要求；（2） 最大剪力为196.83kN，剪应力=VS/Ib其中剪力V=196.83kN，I/s=34.1cm，腹板厚b=10.5mm,代入得=196.831000/(34110.5)=55.0MPa=80MPa,满足抗剪强度要求；（3） 最大位移1.411mmL/400=4000/400=10mm,满足刚度要求。由计算可知，横梁满足各项受力要求，是安全的。第5章 24m跨贝雷架计算 5.1 荷载计算贝雷架为主要承重结构，由两榀构成，每榀由3排组成，每排由8节标准贝雷桁架节构成。如图5-1所示：图5-1 桥
16、跨布置荷载分析：1）自重均布荷载：根据前面的计算可知均布荷载为：q=2.512+2.873+3.258+5.74=14.383kN/m2）人群荷载: 不考虑与车辆同时作用；3）车辆荷载：按挂车-80验算；5.2 挂车-80级荷载下贝雷架计算为简化计算，贝雷架的上承受的荷载有集中荷载和均布荷载，均布荷载为桥面系和贝雷架自重，集中荷载为车辆荷载，集中荷载按挂车-80级计算，计算模型如图5-2所示，对单片贝雷架q=14.383/6=2.4kN/m,集中荷载p1=p2=p3=p4=200/6=33.3 kN图5-2 贝雷架计算模型需要说明的是：挂车-80轴重等效成集中力不一定在节点上，由于实际是节点受
17、力，故适当把力移动相近节点上计算。杆件截面特性如表5-1所示表5-1 贝雷架杆件截面特性杆件材料截面面积(m2)惯性矩（m4）加强型上下弦杆16Mn4100.005022.0410-5竖杆16MnI80.0009771.02510-6斜杆16MnI80.0009771.02510-6贝雷架构件材料考虑稳定后的容许轴力如表5-2所示表5-2 贝雷架构件考虑稳定后容许轴力（kN）项目允许轴力弦杆560加强型弦杆5602=1120竖杆210斜杆171计算结果如图5-35-5所示轴力图如图5-3所示图5-3 贝雷架轴力图（单位：kN）变形图如图5-4所示图5-4 贝雷架变形图图5-5 贝雷架最大轴力位
18、置由计算结果可知：（1）弦杆最大轴力582.81kNN=1120kN，弦杆满足强度和稳定要求；（2）竖杆最大轴力88.9kNN=210kN，竖杆满足强度和稳定要求；（3）斜杆69.14kNN=171kN，斜杆满足强度和稳定要求；（4）最大竖向位移51.01mmL/400=24000/400=60mm，贝雷架刚度满足要求。由上面的计算可知：贝雷架各杆件满足受力要求，是安全的。第6章 Midas空间建模复核计算6.1 Midas空间模型的建立把贝雷架，横梁，纵梁，钢板作为一个整体进行空间建模，图6-1 贝雷架上下弦杆截面由于贝雷架杆件之间是焊接，故采用梁单元来建模，对于节与节之间用销钉连接，看成铰
19、接，在Midas中采用释放梁端约束的办法实现铰接，另外对于加强型弦杆，看成一个杆件，截面如图7-1所示，建立的Midas平面模型时，由于截面库中没有4槽钢截面类型，解决办法是：首先在AutoCAD中绘制半截面，将其存为dxf文件，利用Midas中的截面特性计算器导入该半截面并计算截面特性，然后再将其截面特性计算结果导出Midas的sec文件，然后在Midas中：模型材料和截面截面特性截面添加数值任意截面从SPC导入，最后将导入的面积和惯性矩Iyy数值改为原来的2倍，从而实现四槽钢截面的间接输入。对于横梁与贝雷架之间的连接和横梁与纵梁之间的连接其中一个采用弹性连接类型中的刚性连接，其余采用弹性连
20、接中的只受压类型，对于板和纵梁之间为焊接，模型中采用连接采用共用节点，即刚接，共用节点会导致截面之间交错冲突，Midas中采用截面偏心解决。两端贝雷架节点处一端固定支座，一端活动支座。验算荷载为挂车-80级，车轮接地尺寸为0.5m0.2m，纵向4个轴，横向4排轮，单轴重200kN，车轮面荷载为：200/(0.50.24)=500kN/m2。对于自重程序自动计算。选取两个工况进行验算，即车辆位于跨中和端部。6.2 工况一计算工况一：车辆行进在跨中。建立的空间模型如图6-26-5所示图6-2 工况一空间模型图6-3 工况一空间模型立面图 图6-4 工况一空间模型平面图图6-5 工况一空间模型侧面图
21、计算结果如下：（1）8mm厚钢板钢板正应力如图6-6所示图6-6 工况一钢板正应力钢板剪应力如图6-7所示图6-7 工况一钢板剪应力（2）纵梁纵梁弯曲组合应力如图6-8所示图6-8 工况一纵梁组合应力纵梁剪应力如图6-9所示图6-9 工况一纵梁剪应力（3）横梁 横梁弯曲组合应力如图6-10所示图6-10 工况一横梁组合应力横梁剪应力如图6-11所示图6-11 工况一横梁剪应力（4）贝雷架贝雷架组合应力如图6-12所示图6-12 工况一贝雷架组合应力贝雷架剪应力如图6-13所示图6-13 工况一贝雷架剪应力（5）整体位移全桥整体变形如图6-14所示图6-14 工况一全桥整体变形根据计算结果可以得
22、到：(1)钢板最大正应力42.2 MPa=140 MPa，最大剪应力24.3MPa=85 MPa，满足受力要求；(2)纵梁最大轴弯组合应力73.3 MPaw=145 MPa ，最大剪应力26.7MPa=85 MPa，满足受力要求；(3)横梁最大弯曲组合应力82.9 MPaw=145 MPa，最大剪应力25.0 MPa=210 MPa，剪应力2.8 MPa=120 MPa，最大应力位置在端部竖杆，故对端竖杆加强处理，按增加1根10槽钢后计算，杆件应力如图6-15所示，最大应力160.3MPa，在上下弦杆位置，竖杆加强后满足要求。图6-15 竖杆加强处理后贝雷架应力 (5)全桥最大挠度52.2mm
23、L/400=24000/400=60mm，满足刚度要求。根据上面的计算可知：在工况一下便桥各构件均满足受力要求。6.3 工况二计算工况二：车辆行进在桥两端，即车辆后轮恰好上桥或者前轮离桥的时刻。计算模型如图6-166-19所示图6-16 工况二空间模型图6-17 工况二空间模型立面图图6-18 工况二空间模型平面图图6-19 工况二空间模型侧面图计算结果如下：（1）钢板钢板正应力如图6-20所示图6-20 工况二钢板正应力钢板剪应力如图6-21所示图6-21 工况二钢板剪应力（2）纵梁纵梁组合应力如图6-22所示图6-22工况二纵梁组合应力纵梁剪应力如图6-23所示图6-23工况二纵梁剪应力（
24、3）横梁横梁组合应力如图6-24所示图6-24工况二横梁组合应力横梁剪应力如图6-25所示图6-25工况二横梁剪应力（4）贝雷架贝雷架杆件组合应力如图6-26所示图6-26工况二贝雷架组合应力贝雷架杆件组合应力如图6-27所示图6-27工况二贝雷架剪应力（4） 全桥整体变形图6-28工况二全桥整体变形 根据计算结果可以得出：(1)钢板最大正应力42.3 MPa=140 MPa，最大剪应力24.4 MPa=85 MPa，满足受力要求；(2)纵梁最大弯曲组合应力65.2 MPaw=145 MPa ，最大剪应力17.9 MPa=85 MPa，满足受力要求；(3)横梁最大弯曲组合应力93.6 MPaw
25、=145 MPa，最大剪应力33.3 MPa=85 MPa，满足受力要求；(4)贝雷架各杆件最大剪应力2.6 MPaw=210 MPa，最大应力位置在端竖杆，由于端竖杆增加了110加强处理，加强后的最大应力为110.2MPa210 MPa，如图6-29所示图6-29 工况二全桥整体变形 (5)全桥最大挠度28.5mmL/400=24000/400=60mm，满足刚度要求。根据上面的计算可知：在工况二下便桥各构件均满足受力要求。第7章 桥台地基承载力验算桥台平面尺寸6.4m2.0m4.2m（长宽高），按最不利荷载计算，桥台顶处最大竖向荷载为800+2414.383=1145.2kN，桥台自重：2
26、66.42.04.2=1397.6kN，地基承受应力：查铁路桥涵地基和基础设计规范节理很发育的岩石地基较软岩的地基承载力0为8001000kPa,远远大于桥台基底应力，满足地基承载力要求。本桥台为埋入式，故不用进行抗倾覆、抗滑验算。第8章 细部构造计算8.1 销子和阴阳头计算 销子和贝雷架阳头、阴头都受到较大的拉压应力，为了保证销子连接的受力安全，故对其进行检算。两种工况下的弦杆轴力如图8-18-2所示：图8-1工况一上下弦杆轴力图8-2工况二上下弦杆轴力可见在工况一下弦杆轴力最大为550.4kN，再考虑1.3的安全系数，故按715kN的压力进行销子受力计算。销子直径49.5mm，阳头厚80m
27、m，阳头构造如图8-3所示图8-3 阳头构造销子承压应力： 销=1105MPa，且阳头=300 MPa，故销子和阳头都满足局部承压强度要求。销子剪应力：=585MPa故销子满足抗剪要求。 阴头构造如图8-4所示图8-4 阴头构造阴头局部承压应力： 16Mn=300MPa，故阴头局部承压满足要求。 8.2 端部支座钢板下砼局部承压计算钢板在桥台上的布置如图所示，按挂车-80级荷载验算，在两种工况下的支座反力如图所示，根据空间模型计算得到的支座反力如图8-68-7所示图8-6 工况一支座反力图8-7 工况二支座反力在工况二（车辆在桥端部）支座反力最大，可知一侧3片最大支座反力为3229.9=690
28、kN，设1.3倍安全系数，故按900kN对进行砼局部承压计算。根据公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）中给出的计算式计算。支座底板在桥台上的布置如图8-8所示：图8-8 支座底板钢板在桥台上的布置根据支座底板的布置可知按规范中的cb类型计算，如图8-9其中，,900 kN，C30砼的13.8MPa，b=55cm，c=2.5cm，a=1.4m，Ab=（b+2c）（a+2b）=（0.55+20.025）（1.4+20.55）=1.5m2，Al=Aln=（1.4+20.016）（0.55+20.016）=0.83m2=图8-9 计算面积代入公式得到：1.0900 1.31.01.413.80.771000=19339kN满足局部承压要求,故不用配钢筋即可满足要求。8.3 桥台砼抗冲切计算 桥台混凝土承受较大的集中力，把沿支座处钢板宽顺桥向看出一块板进行抗冲切计算。如图：根据公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）中给出的计算式计算。此处不存在预应力，故验算公式为：其中，,900 kN, C30砼的1.39MPa，Um=2（0.55+2）=5.1m，板厚h0取3.2m代入
