[福建]特大桥过渡墩钻孔平台设计计算书.docx

1、. 莆田联十一线A5标三江口特大桥过渡墩钻孔平台设计计算书计 算 :复 核 :审 核 :审 定 中国建筑股份有限公司莆田联十一线A5标项目部2016年4月1. 设计依据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)钢结构设计规范（GB50017-2003）港口工程设计荷载规范（JTJ215-98） 黄绍金 刘陌生 装配式公路钢桥多用途手册 路桥施工计算手册（人民交通出版社）ISBN 7-114-03855-0水文、地质、潮汐、气象资料：木兰溪

2、水文资料：Q=3520m3/s，H1%=3.70m，V1%=1.05m/s。简要地质资料：1-1素填土 （Q4ml）；1-3耕值土（Q4ml）；3-1-1淤泥 （Q4ml-m），=55kpa；3-2淤泥质黏土 （Q4ml-m），=70kpa；3-3粉质黏土 （Q4ml-m）,=200kpa；3-4粉砂 （Q4ml-m）,=110kpa；3-5中砂 （Q4ml-m），=300kpa； 3-8卵石 （Q4ml-m），=550kpa； 6-1全风化花岗岩 (52),，=350kpa； 6-2-1 砂土状强风化花岗岩（52），=450kpa；6-2-2 碎块状强风化花岗岩（52）,=750kpa；6-

3、3 中风化花岗岩（53），=1800kpa；6-4 微风化花岗岩（53），=3800kpa。根据勘察地质资料，桥址地面下20m范围内主要为冲海积层，下伏基岩为燕山晚期花岗岩及其风化层。2. 设计参数 设计控制荷载：A、50t履带吊机，自重50t，吊重20t。B、钻孔桩机，重量约12t。 设计使用寿命：3年 桥面宽度：12m 桥面标高： +7m；3. 设计说明钻孔平台作为水中基桩施工的临时结构，主要承受的作用有钻机荷载、其他施工机具及堆载、平台自重等。3.1 平台桥型布置 平台总长为42m，桥跨布置5排钢管柱，每排4根，平台纵桥向跨度为9m+12m+9m+12m，平台顶面宽12m。3.2 结构说

4、明（1）下部结构 平台基础采用钢管桩，钢管桩规格为52910mm，横桥向布置4根，间距3.5m。钢管桩间用槽钢横向连接，以提高稳定性。钢管桩顶采用双拼40a工字钢作为横梁，横梁长度为12m。（2）上部结构 平台主梁采用321贝雷梁，规格为3m*1.5m，纵桥向布置14片，贝雷梁横桥向布置3组，每组3排，用45cm和90cm支撑架连接成组，每组间距为3.3m。 贝雷梁上铺I28工字钢作为分配梁，将20a槽钢反扣于工钢上作为平台面板。3.3.荷载参数（1）基本可变荷载钻孔桩机荷载：自重7t，冲锤5t，与平台有4个接触点。50t履带吊机:自重50t，吊重20t，接触面积为24660760mm2。（2

5、）其他可变作用行人荷载：2.5kN/m；管道荷载：2.0kN/m；风载：最大风力按12级考虑，风速为32.6m/s。风载按公路桥涵设计通用规范进行计算，其中：（按施工架设期间取值）； （桁架风载系数）； （按最不利地形地理条件选取）；（按A类地表，离地面或水面3高度计）； （按A类取阵风风速系数）；，12级风载时：求得: 单片贝雷片及桥面板迎风面积：；风载为：平台风载水平力为：假定作用点在冲刷线上，钢管桩在冲刷线上的长度为10m。水流力：水流流速1.05m/s，水流力为, K水流阻力系数，桩为圆形，取0.63；水容重，取10kN/m；V水流速度；重力加速度，取9.8m/s；A单桩入水部分在垂直

6、于水流方向的投影面积；栈桥钢管桩水中长度h=10m，水面流速为1.05m/s,河床处流速为0m/s。水流力冲刷线以上桩长 H =10m，作用点位于桩顶1/3H 4、主要材料设计指标 根据钢结构设计规范（GB50017-2003) 以及 装配式公路钢桥多用途使作手册主要材料的设计指标如下 材料名称材质抗弯拉极限应力w（MPa）抗剪极限应力（MPa）一般型钢构件Q235215125贝雷梁16Mn2732085、 平台结构验算 本次验算通过MIDAS/Civil结构分析软件计算完成，平台支架Midas分析模型图如下： 图5.5 平台Midas分析模型图 平台施工过程中与使用过程中受力状态大体相当，所

7、以仅以平台使用过程作分析，平台所受荷载有如下： 恒载: 恒载为平台自重，计算时恒载系数为1.2。 活载：钻孔桩机120KN，按1.4倍活载系数，q=1.4x（70+50）/4=42 kN 履带吊自重500KN，吊重200KN，总重700KN，按1.4倍活载系数，履带吊机着地压力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=139 kN/m2 设计荷载=恒载+活载5.1 、平台面板验算 面板采用20a反扣在工28的分配梁上，分配梁间距为50cm，取履带吊荷载作受力分析，用MIDAS/Civil建模得结果如下图： 图5.1 平台面板应力结果图 图5.2平台面板位移结果图可知，面板最大应力，满足要求

8、。 面板最大扰度，满足要求。5.2 、工字钢分配梁验算 因两组贝雷梁的间距为3.3m，故分配梁的最大跨度为3.3m，当履带吊处于分配梁跨度中作业时，分配梁受力最不利，此时分配梁所受荷载：履带吊机着地压力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=139 kN/m2用MIDAS/Civil建模得结果如下图： 图5.3分配梁应力结果图 图5.4分配梁位移结果图可知，分配梁最大应力，满足要求。 分配梁最大扰度，满足要求。5.3 、贝雷梁验算 贝雷梁所受荷载组合如下：工况1：履带吊布置在平台12m跨中，且作用在贝雷梁上，所受荷载=1.2恒载+1.4活载工况2：履带吊布置在平台12m跨边，且作用在贝雷

9、梁上，所受荷载=1.2恒载+1.4活载工况3：4台钻孔桩机工作中，所受荷载=1.2恒载+1.4活载用MIDAS/Civil分别建模得： 图5.5 工况1平台受力分析图 图5.6 工况2平台受力分析图 图5.6 工况3平台受力分析图（1）贝雷梁强度验算 图5.7 工况1贝雷梁应力结果图 图5.8 工况2贝雷梁应力结果图 图5.9工况3贝雷梁应力计算结果图 5.10 工况1贝雷梁位移计算结果图 5.11 工况2贝雷梁位移计算结果图 5.12 工况3贝雷梁位移计算结果图 由上可知： 工况1贝雷梁所受应力最大，最大应力，满足要求。 工况1贝雷梁扰度最大，最大扰度，满足要求。5.4 、桩顶横梁与钢管桩验

10、算 当履带吊处于钢管桩顶部作业时，此时横梁和钢管桩受力最不利，取此最不利状态对横梁和钢管桩进行验算。用MIDAS/Civil建模得 5.13横梁与钢管桩受力结构图5.4.1 、横梁验算 5.14 横梁应力计算结果图 5.15 横梁位移计算结果图可知，横梁最大应力，满足要求。 横梁最大扰度，满足要求。5.4.2 、钢管桩验算 （1） 钢管桩强度分析 5.16 工况一钢管桩应力计算结果图 可知，钢管桩最大应力，满足要求。（2） 钢管桩稳定性分析 5.17 钢管桩反力计算结果图可知钢管桩所受反力为437.6KN. a、钢管桩长细比钢管桩规格为630*10mm，回转半径，钢管桩长度按30m计算，长细比

11、=150，钢管桩长细比满足要求。b、钢管桩稳定性验算： 查钢结构设计与计算 P520页知：稳定系数0.357， A19400mm2， w=215MPa，钢管桩稳定性满足要求。（3） 钢管桩承载能力分析 根据公路桥涵地基与基础设计规范沉桩的单桩轴向受压容许承载力： 钢管桩参数：钢管桩采用外径 D = 630 mm，壁厚d = 10mm钢管桩桩底投影面积 A = 0.312m2钢管桩周长 U = 1.979m 土层摩阻力统计见下表： 土层摩阻力统计表编号土层名称土层厚度（m）桩侧土摩阻力标准值 (kPa)地基承载力基本允许值 (kPa)3-1-1淤泥1512553-8卵石3.61805506-2-

12、1砂土状强风化花岗岩9.91104506-2-2碎块状强风化花岗岩2.1150750不计地基承载力，钢管桩长度按穿过淤泥层与卵石层，打入强风化花岗岩1m，打入深度共19.6m。钢管桩单桩容许承载力： 由上面计算可知钢管桩最大反力N=437.6kN=928.151KN 承载力满足要求。5.5、栈桥整体稳定性验算(1)、荷载分析钢平台最不利受力为在最高潮水位时水流力、风荷载产生的同向倾覆弯矩，取整个平台进行整体稳定性分析。(2)、倾覆力水流倾覆力矩：风力倾覆力矩：整体倾覆力矩：(3)、抗倾覆力水流力、风荷载产生的同向力矩作用下，平台有向水流方向倾覆的趋势，平台通过自身重量和钢管桩与土层的摩阻力产生

13、的抗倾覆弯矩来保持平台稳定。平台外侧两根钢管桩横桥向间距为10.5m,所以抗倾覆力臂取5.25m。 (4)、整体稳定分析栈桥整体稳定安全系数，满足整体稳定性要求。6、 结论 经验算，钢平台的结构受力满足要求。 现场实际施工中，可对钢平台的某些主要部位进行加强，提高平台的安全可靠性。施工中需注意以下事项： 1、桩顶横梁腰部用加劲钢板加强，钢板间距40cm，桩顶处钢板间距加密为10cm。 2、平台横向每组贝雷梁用工字钢或槽钢连接，平台每跨贝雷梁至少用连接2道，提高贝雷梁的整体性。 3、每根工字钢分配梁与贝雷梁需用U型螺栓相连接。 4、桩顶横梁设置在钢管桩槽口内，并在底部与钢管桩间焊接牛腿加固，且两侧与钢管桩用钢板焊接固定。