工字钢便桥设计及荷载验算书

工字钢便桥设计及荷载验算书

一、概况

在垭坝大桥施工便道施工过程中，有一处溶洞需要跨越，为保证施工便道畅通,经研究决定在上部修建简易钢便桥。

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,便桥采用8片I2０a工字钢作为主梁，每片工字钢间距为５0cm，每片工字钢由槽钢横向连接为一整体,保证８片工字钢整体受力，然后再上面铺设钢板，两侧用Φ22钢筋焊接护栏，最后铺设渣土，碾压平整。如下图所示

具体需用材料如下表: 材料 I20a工字钢 槽钢 数量 长度 6m 4.５m 根数 ８ 4 --

总量 ４8m 18ｍ --

钢板 Φ２2 Φ２2

1.2ｍ 6m 8 ４ 2７㎡ 总长度３3.6m 总质量１00.1３kｇ

二、荷载分析

根据现场施工需要，便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。如图１所示:

Pq

图1

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20a工字钢每米重27．9kｇ,再加上联结钢筋及钢板重量,单片工字钢自重按０.５KN/m计算,及q＝０.５KＮ／m。

2、P值确定

根据施工需要,并通过调查,便桥最大要求能通过后轮重40吨的大型车辆,及单侧车轮压力为２00KＮ,单片2０a工字钢尺寸如图2:

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单侧车轮压力由４片梁同时承受,

其分布如图3:

F单侧车轮压力非平均分配于4片梁上,因此必须求出车轮中心点

f图3处最大压力fmax，且车轮单个宽2

５ｃm，20a工字钢翼板宽10cm,每片工字钢间横向间距为50cm，因此单侧车轮至少同时直接作用于两片工字钢上。而ｆ按图3所示转换为直线分布,如图4:

fffmaxffmax图4

由图4可得到fmax=F／2，单片工字钢受集中荷载为fmax／2=50KN。

由于便桥设计通过车速为5km/小时,故车辆对桥面的冲击荷载较小，故取冲击荷载系数为0.2,计算得到P50KN(10.2)60KN。 三、结构强度检算

由图1所示单片工字钢受力图示,已知q=0.5ＫN/m,P＝60ＫＮ，工字钢计算跨径l=4m,根据设计规范，工字钢容许弯曲应力w＝21０ＭPａ，容

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许剪应力＝12０MPａ。

１、计算最大弯矩及剪力 最大弯距（图1所示情况下)：

ql2Pl0.5KN/m(4m)260KN/m4mMmax91KNm8484

最大剪力(当Ｐ接近支座处时)

Vmaxql0.5KN/m4mP90KN91KN 22２、验算强度 正应力验算：

Mmax/w61KNm309cm3197.41MPa210MPa (w为20a工字钢净截面弹性抵抗矩，查表得到为309ｃm3) 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V/(hwtw)计算。hw为腹板净高（除去翼板厚度)，

tw为腹板厚度，由图2可得到hw=１86mm，tw=7mm。

计算得到:

Vmaxht61KN(186mm7mm)46MPa120MPa ww３、整体挠度验算

工字钢梁容许挠度fl/400400cm/4001cm,而梁体变形为整体变形,由单侧6片工字钢为一整体进行验算，计算得到:

58ql4Fl3fEI 48384--

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其中q=0．5KN/m F＝360ＫＮ Ｅ=206×1０5/cm2 I=33760ｃｍ4

×８

580.5KN/m(400cm)4360KN(400cm)3f38448 0.31cm

206105/cm233760cm48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可认为如图5所示分布。

0.5F0.5Fq

图5

根据图1和图5中集中荷载弯矩计算公式分别为： M1FlFab 和 M2 a(200140)cm b(200140)cm 4l M24ab20.51 M1l由于挠度主要由车辆荷载产生,因此可近似将视为挠度的折减系数，及

f0.510.31cm0.16cmf1cm

四、验算结果分析

根据以上验算,可见本便桥可通过的最大车重为40吨,因此次设计可以完全满足使用要求。

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