钢桁架栈桥桥面部分计算问题研究

来源：职称驿站所属分类：交通运输论文
发布时间：2011-06-01浏览：81次

　　摘要：本文以保定热电厂八期扩建工程中5#输煤栈桥为例，探讨钢桁架栈桥计算中桥面部分计算问题。

　　关键词：施工阶段承载力，抗弯承载力，抗剪承载力，挠度验算

　　火力发电厂等大型工业厂区的运输栈桥，现在多采用大跨度的钢桁架结构，设计中首先要做的就是桥面、屋面部分的荷载统计及承载力验算，满足要求以后再进行栈桥的整体结构计算及抗震验算。下文将主要阐述桥面及屋面部分计算步骤及问题。

　　保定热电厂八期扩建工程5#栈桥，走向与水平夹角10.4°，桥面板采用钢筋混凝土板，并铺有压型钢板，下部为H型钢梁，型钢梁间距为3m。

　　桥面板、梁计算

　　一、压型钢板

　　1、压型钢板用作施工阶段的桥面混凝土板的模板，即桥面板模型为非组合板，验算压型钢板在施工阶段的强度和刚度。

　　采用YX70-200-600型号(镀锌)，板厚为1.2mm。力学性能指标如下：

　　材质：Q 235，(抗拉、压、弯强度设计值f=205N/mm2，抗剪强度设计值fv=120N/mm2)

　　重量：16.2kg/m(0.16kN/m)

　　惯性矩：I=115×104mm4

　　截面抵抗矩：W=30.6×103mm3

　　弹性模量：E=2.06×105N/mm2

　　压型钢板详图见附图3。

　　2、荷载取值：

　　上部砼板厚为80mm(平均105mm)。

　　施工阶段恒荷载：混凝土重：25×0.105×1m宽=2.625kN/m

　　压型钢板自重：0.162kN/m2

　　施工阶段活荷载：按1.5kN/m2计算

　　则荷载基本组合值：1.2×(0.162+2.625)/COS(10.4°)+1.4×1.5=5.533kN/m(水平投影方向)

　　荷载标准组合值：(0.16+2.625)/COS(10.4°)+1.5=4.361kN/m(水平投影方向)

　　3、内力计算：

　　考虑板长为单跨(3000COS(10.4°)=2951mm长)简支和两跨连续两种情况：

　　单跨简支：M=ql2/8=5.533×2.9512/8=6.023kN•m(跨中)

　　两跨连续：

　　中间支座：M=-0.125×ql2=-0.125×5.533×2.9512=-6.023kN•m(-0.125为静力手册中系数)

　　跨中：M=0.07×ql2(恒载)+0.096×ql2(活载)=0.07×1.2×(0.162+2.625)/COS(10.4°)×2.9512+0.096×1.4×1.5×2.9512=3.85kN•m

　　4、强度验算(受弯)：fW=205×30.6×103=6.273kN•m>M=6.023kN•m

　　故施工阶段的受弯承载力满足要求。

　　5、挠度验算：

　　考虑板长为单跨(3m长)简支和两跨(6m长)连续两种情况：

　　单跨简支：f=5ql4/(384EI)=5×4.361×2.9514/(384×2.06×105×115×104)=18.1mm

　　>16.7mm(取l/180和20mm中的较小值)超过的幅度1.4mm。

　　由于施工时间短，故认为可以。

　　两跨连续：f=ql4/(185EI)=4.36×2.9514/(185×2.06×105×115×104)=7.55mm<16.7mm

　　故施工阶段的刚度满足要求。

　　6、构造要求：

　　压型钢板每个凹槽处设置d=19mm的栓钉一个，采用穿透焊，焊在下部钢梁上翼缘。

　　栓钉距钢梁翼缘边距离>30mm，垂直于梁轴线方向最小为4d=64mm(2×35+64=134mm，即梁宽度小于134mm时，可设一排，但压型钢板应重叠)，沿梁长度方向取200mm(每凹槽内设置)，栓钉长135mm。沿梁长方向剖面见附图4.

　　二、桥面钢筋砼板

　　1计算条件

　　桥面钢筋砼板承担使用阶段的荷载(不再考虑与压型钢板的组合作用)。按混凝土规范验算使用阶段的承载能力极限状态和正常使用极限状态。采用C30砼，板总厚为150mm(平均105厚)，压型钢板上部砼厚度为80mm。

　　荷载条件:均布恒载:(25×(0.105+0.04)+20×0.02)/COS(10.4°)=4.10kN/m(水平投影方向)(板自重+台阶平均40厚+抹灰20厚)

　　均布活载:4kN/m(水平投影方向);支座弯矩调幅系数:85.0%;活载准永久值系数:0.70

　　板容重:25.00kN/m3;计算时考虑板自重:不考虑(已加在荷载中)

　　恒载分项系数:1.20;活载分项系数:1.30

　　配筋条件:

　　抗震等级:非抗震;纵筋级别:HRB335

　　混凝土等级:C30;上部保护层厚度:20mm

　　面积归并率:30.0%;下部保护层厚度:20mm

　　最大裂缝限值:0.300mm;挠度控制系数C:200

　　截面配筋方式:单筋

　　2计算及结果简图：

　　由以上分析可知：最大正弯矩为8.323kN.m，配筋为322mm2。

　　最大负弯矩为-8.438kN.m，配筋为322mm2[受压区在凹槽内，即可以把这1000宽的板考虑成5×50(凹槽宽50)=250宽的梁计算负弯矩筋(但配筋实际在板的1000宽范围内布置)，受压区高度x=20.4mm，As’=243mm2，构造要求的最小配筋率为0.215%，按构造配筋为150×1000×0.215%=322mm2，考虑到减少钢筋种类和间距，选用D12@200。

　　最大剪力为18.296kN。板承担剪力V=0.7ftbh0=0.7×1.43×1000×85=85.1kN>18.296kN满足要求(板平均厚度为105mm，h0=105-20=85mm)。

　　为施工方便(使压型钢板每个凹槽处均有一根钢筋且正负弯矩筋上下对齐，即纵筋间距取为200mm)，上下正负弯矩纵筋均取D12@200(As=As’=565)。

　　板的分布钢筋按《混凝土结构设计规范》第10.1.8条规定，计算出的配筋量为138mm2，选用d6@200(As=141)

　　注:如果把纵筋选用HPB235级别,则配出的正弯矩筋为453mm2，负弯矩筋为460mm2，则d10@200的AS=393mm2，每个凹槽内放置一根的话，不满足承载力，所以选用HRB335级别。

　　如果考虑板为简支，则最大弯矩为11kN.M，As=300mm2，构造要求为322mm2，[!--empirenews.page--]D12@200(As=As’=565)。

　　配筋图见附图5.

　　三、桥面下部钢梁

　　钢梁采用热轧H型钢，材质Q235B，计算模型为两端简支，长度取7800mm，下图为板传到梁上的剪力(作为梁的均布荷载)：

　　桥面活荷载取4kN/m2

　　均布恒荷载传到梁上的均布力为：(0.61+0.526)×(4.10+0.162/COS(10.4°))×2.951=14.25kN/m

　　均布活荷载传到梁上的均布力为：(0.62+0.598)×(4+0.55)×2.951=16.36kN/m(0.55为风载)

　　设钢梁尺寸为HM390×300×10×16，自重标准值：1.1kN/m。