隧道仰拱栈桥验算书.docx

仰拱栈桥验算书 1、概况 为确保隧道施工畅通，并保证掌子面与仰拱同时施工的需要，经研究决定在施工仰拱时，临时架设一副栈桥。 从结构可靠性、经济性及施工工期要求等多方面因素综合考虑，仰拱栈桥采用8片I40a工字钢作为主梁，4片为一组，两组工字钢间净距60cm，工字钢上横向满铺Φ22螺纹钢（间距0.05m）。设计栈桥承载不小于40吨（不含栈桥自重，隧道施工用车中最大重量为35吨）。 2、荷载分析 根据现场施工需要，栈桥承受荷载主要由桥梁自重荷载q，及车辆荷载P两部分组成，其中车辆荷载为主要荷载。如下图所示： 为简便计算方法，桥梁自重荷载按均布荷载考虑，车辆荷载按集中荷载考虑。以单片工字钢受力情况分析确定q、P值。 1、q值确定 由资料查得I40a工字钢每米重67.598kg，Φ22螺纹钢每米铺设20根，每根长1.2m，Φ22螺纹钢每米铺设重71.52kg。单片工字钢自重按3.419KN/m计算，即q=3.4191KN/m。 2、P值确定 根据施工需要，栈桥要求能通过后轮重40吨的大型车辆，及单侧车轮压力为200KN，如单侧车轮压力由4片梁同时承受，因车轮单个宽30cm，因此必须求出车轮中心点处最大压力 fmax，I40a工字钢翼板宽14.2cm，每片工字钢间横向间距为21cm，由于上方Φ22螺纹钢铺满桥面，因此单侧车轮同 时均匀的作用于4片工字钢上。而f按下图所示转换为直线分布，可得到fmax=F/4=50KN取50KN。 由于栈桥设计车辆匀速通过，车辆对桥面的冲击荷载较小，故冲击荷载不考虑，P=50KN。 3、结构强度检算 单片工字钢受力图示，已知q=3.419KN/m，P=50KN，工字钢计算跨径l=12m，根据设计规范，I40a工字钢容许弯曲应力[σw]=175MPa，容许剪应力[τ]=100MPa。 1、计算最大弯矩及剪力 最大弯距（图1所示情况下）： Mmax=ql2/8+pl/4=3.419KN/m×(12m)2/8+50KN×12m/4=211.542KN·m 最大剪力（当P接近支座处时） Vmax= ql/2+p=3.419KN/m×12m/2+50KN=70.514 KN 2、验算强度 正应力验算： ??σ=Mmax/ω=211.542/1090=194MPa （w为I40a工字钢净截面弹性抵抗矩，查表得到为1090cm3） 剪力验算： 由于工字钢在受剪力时，大部分剪力由腹板承受，且腹板中的剪力较均匀，因此剪力可近似按τ=V/(twhw)计算。hw为腹板净高（除去翼板厚度），tw为腹板厚度，查表可得到hw=367mm，tw=12.5mm。 计算得到： ??τ=Vmax/(twhw)= 70.514 KN/（367mm×12.5mm）=15.37MPa<[τ]=100MPa 3、整体挠度验算 工字钢梁容许挠度[?]=l/400=12000cm/400=3cm,而梁体变形为整体变形，由单侧4片工字钢为一整体进行验算，计算得到： ? ? =[5(4q)l2/384+Fl3/48]/EI 其中4q=3.419KN/m,F=200KN,E=206×105/cm2,I=33760cm4×6 ?=[5×3.419×(12000mm)4/384+200KN×(12000mm)3/48]/(206×105/cm2×33760cm4×6)=2.23cm。 考虑车辆荷载非集中荷载，后轮轴重如达40吨时为双桥或三桥车，按《桥梁设计规范》中，双桥车两轴间间距为1.4米，及F可认为如下图所示分布。 根据图1和图5中集中荷载弯矩计算公式分别为： M1=Fl/4?和M2=Fab/l a=600-140 cm??b=600+ 140 cm η=M2/M1=4ab/l2=0.95 由于挠度主要由车辆荷载产生，因此可近似将η视为挠度的折减系数，即η? =0.95×2.23=2.12cm<[?] =3cm 4、验算结果分析 根据以上验算，可见本栈桥可通过40吨的重车。因为隧道施工中车辆最大载重为35吨（含自重），所以此设计完全可以满足隧道施工使用要求。