钢栈桥验算计算书.docx

宁德核电厂内应急道路工程钢栈桥工程设计说明中交四航局港湾工程设计院有限公司2015年08月目录第1章工程概况11.1 项目简介11.2 方案概述11.3水文资料及地质情况21.3.1水文资料21.3.2地质情况21.3.2.1土层分布21.3.2.2岩土物理力学参数6第2章计算条件92.1 结构方案92.2设计标准92.3设计荷载92.3.1主要荷载92.3.2 履带吊机械荷载102.3.4 荷载作用分项系数102.4工况组合102.5地质资料11第3章钢栈桥结构计算123.1钢栈桥结构计算123.1.1结构强度复核123.1.2结构稳定性复核123.1.3钢栈桥挠度复核133.1.4桩基承载力复核133.2主要工程量14第4章技术要求及使用要求164.1钢结构技术要求164.1.1结构稳定性复核164.1.2钢结构制作及安装要求184.2使用要求19第1章工程概况1.1 项目简介已规划的宁德核电厂5、6号机组布置在过境岛北侧陆域和南侧的跳尾岛上，地理坐标为东经1201722，北纬270205。1-4号机组核电厂区与处于跳尾岛上的5、6号机组之间有海域阻隔，直线距离约700m，为满足5、6号机组建设和运营期间日常通路和特殊情况下核电厂应急的需求，拟修建厂内应急道路。本项目主要包含路基路面工程、桥梁工程、交通安全设施工程和填海造陆工程。其中桥梁工程，桥长637m，设7联330m的装配式预应力混凝土T梁，下部结构采用桩柱式桥墩，承台分离式桥台，钻孔灌注桩基础。桥墩采用桩式墩，横桥向设3根直径1.6m圆柱，柱距6.5m；桩顶设系梁，高1.6m，宽1.2m；考虑到桩基抗震效果，桥墩基础采用直径1.8m的钻孔灌注桩。桥台采用承台式分离桥台，盖梁下设1.5m厚哑铃型承台，承台间距6.5m；承台下设6根1.2m的钻孔灌注桩。根据工程现场施工条件，灌注桩施工需求建设临时钢平台及钢栈桥，下部结构采用钢管桩基础，上部结构采用贝雷片组合结构。钢平台只用于灌注桩施工，主要承受荷载为冲孔桩机和回旋钻机；钢平台旁设置宽度为12m的钢栈桥作为车行通道，主要承受荷载为70t履带吊、80t拖挂车、40t混凝土罐车、45t运输扭王块平板车、50t的8轮块石运输车和25t汽车吊。钢栈桥可作为整个桥梁桩基施工期间的车行通道和桥梁维修期的，在桥梁工程桩基施工完成后才拆除。1.2 方案概述本项目主要包括钢栈桥和钢平台两种结构。其中钢栈桥长度为579m，宽度为12m，顶标高为+6.0m；设置20个钢平台，钢平台宽8.4m，长15.8m，顶标高为+6.0m。钢栈桥桩基采用钢管桩630（=8mm），横梁采用双拼工字钢56a，纵梁采用2联贝雷片；分配梁采用工字钢22a，间距为350mm；贝雷片之间通过支撑架等联系，贝雷片间距为0.45m；10mm钢板做面板。钢平台桩基采用钢管桩630（=8mm），横梁采用双拼工字钢I56a；纵梁采用工字钢I22a，间距为350mm；面板厚度为10mm。1.3水文资料及地质情况1.3.1水文资料最高潮位：3.97m 最低潮位：-3.75m平均潮位：0.29m 平均高潮位：2.35m平均低潮位：-1.83m 平均潮差：4.20m最大潮差：6.84m 最小潮差：1.30m1.3.2地质情况1.3.2.1土层分布淤泥（层号：2-1）：灰、深灰色，含较多的贝壳碎片，有腥臭味，呈饱和流塑状态，压缩性高，标贯在剔除异常数据后多小于1 击，部分标贯因淤泥中夹有的薄层砂而偏高。该层在整个海域部分广泛分布。厚度0.922m 不等，层底面高程-28.10-4.69m。淤泥质土（层号：2-2）：灰、深灰色，含较多的贝壳碎片，有腥臭味，呈饱和流塑状态，压缩性高，夹透镜体状薄层砂，标贯在剔除异常数据后为14 击，部分标贯因淤泥中夹有的薄层砂而偏高。该层在海域的大部分地段可见，厚度1.0538.6m 不等，层底面高程-53.15-7.60m。细砂（层号：3-1）：灰黄或深灰色，矿物成分主要为石英，混多量贝壳和碎片，中夹薄层淤泥质土，颗粒均匀，级配不良，呈饱和，稍密状态为主，局部为松散状态。该层在海域的大部分地段可见，一般分布在淤泥层下，厚度1.211.4m，标贯在剔除异常数据后为917 击。层底面高程-34.00-8.53m。粗砂（层号：3-3）：灰色，矿物成分主要为石英，混多量贝壳和碎片，中夹薄层淤泥质土，级配不良，呈饱和，稍密中密状态。该层在海域零星发布。该层一般位于淤泥层下，厚度1.55.3m，标贯在剔除异常数据后为923 击。层底面高程-14.45-12.70m。砾砂（层号：3-4）：灰白色，混多量贝壳碎屑，见角砾及碎石，局部混少量粘性土，级配不良，该层仅见于K11 钻孔，呈饱和状态，上部为松散状态，底部接近稍密状态，中间夹细砂层，标贯击数611 击，层顶面高程-19.95m，层底面高程-30.30m。卵石（层号：4）：该层只分布于海域，常见于离跳尾岛较近的钻孔，为灰、灰黄色，母岩成分为熔结凝灰岩及流纹岩，一般直径28cm，多呈次棱角状亚圆状，混夹圆砾，饱和，松散稍密状态，空隙充填有砂及粘性土，无胶结，厚度0.95.3m，海积成因。层底面高程-55.26-8.74m。粉质粘土（层号：5-1）：灰色，深灰色，局部含少量有机质，偶见混黑色腐木，有微臭，粘性好，呈很湿，软塑状态。该层在海域零星发布。该层一般位于砂土层下，厚度1.213.7m，标贯在剔除异常数据后为24 击。层底面高程-50.70-22.40m。粉质粘土（层号：5-2）：灰色，深灰色，局部含少量有机质，含少量贝壳碎屑与细砂颗粒，粘性好，干强度较高，呈湿，可塑状态。该层在海域分布较广，局部呈粘土状。该层一般位于砂土层下，厚度1.4525.3m，标贯在剔除异常数据后为411 击。层底面高程-51.76-17.00m。粉质粘土（层号：5-3）：灰色，深灰色，局部含少量贝壳碎屑与细砂颗粒，粘性好，干强度高，呈稍湿，硬塑状态。该层在海域零星分布。该层一般位于卵石层下，厚度1.4525.3m，标贯在剔除异常数据后为2327 击。层底面高程-73.63-63.16m。粉质粘土（层号：6）：灰黄色，含石英砂，混多量碎石，碎石块径28cm 不等，顶部混有植物根系，粘性较差，干强度高，呈稍湿，硬塑状态为主，局部为可塑。该层广泛分布在跳尾岛的山坡上，厚度不大，厚度0.61.50m，标贯在剔除异常数据后为812 击。层底面高程12.4792.68m。粉质粘土（层号：7-1）：黄褐色，浅灰色，含多量粉砂颗粒，手捏碎散，局部可见原岩结构面残留痕迹，粘性中等，干强度高，呈稍湿，硬塑状态。该层在勘测区分布较少，标贯在剔除异常数据后为2125 击。层底面高程-16.30m。全风化熔结凝灰岩（层号：8-1）：暗黄色、灰黄色，原岩结构基本上被破坏，岩芯呈坚硬土柱状，手捏易碎，遇水易软化崩解，岩质极软弱。标贯在剔除异常数据后为4043 击。层底面高程-76.6362.72m。强风化熔结凝灰岩（层号：8-2）：灰黄色、褐黄色，原岩晶屑熔结凝灰结构大部分被破坏，局部混少量中等风化熔结凝灰岩碎块，岩芯呈土状及半岩半土状，岩质软弱。该层在勘测区的海域广泛分布，标贯在剔除异常数据后为5280 击，部分标贯跳锤反弹。层底面高程-91.8392.08m。中等风化熔结凝灰岩（层号：8-3）：浅灰、深灰色，晶屑熔结凝灰岩结构，块状构造。由火山碎屑晶屑与酸性熔岩物质组成，晶屑矿物成分为斜长石与少量钾长石、石英、黑云母等，含量约占20%；胶结物为酸性熔岩物质，含量约占80%。岩芯破碎，多呈块状，局部少量呈柱状。块径一般312cm，段长1030cm，节理裂隙发育，节理倾角多为6090，节理面见褐黄色铁质渲染。岩芯锤击声较脆，岩质较硬。该层在勘测区的海域和跳尾岛广泛分布，厚度0.311.9m。层顶面高程-91.8392.66m，层底面高程-92.0886.46m。微风化熔结凝灰岩（层号：8-4）：浅灰、深灰色，晶屑熔结凝灰岩结构，块状构造。由火山碎屑晶屑与酸性熔岩物质组成，晶屑矿物成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母等，含量约占20%。胶结物为酸性熔岩物质，含量约占80%。岩芯较完整，多呈柱状和短柱状，局部少量呈块状。段长一般850cm，最长可达75cm，块径28cm。节理裂隙较发育，节理倾角多为6090，节理面见铁质渲染。岩芯锤击声脆，岩质坚硬。该层在勘测区的海域和跳尾岛广泛分布，本次勘测未揭穿该层。层顶面高程-63.7486.46m。强风化流纹岩（层号：9-2）：灰黄、浅肉红色，原岩结构大部分被破坏，含多量中等风化流纹岩碎块，岩芯呈土状半岩半土状，岩质软弱。该层在勘测区少量分布，厚度1.53.7m，层底面高程-33.4581.75m。标贯在剔除异常数据后为5480击，部分标贯跳锤反弹。中等风化流纹岩（层号：9-3）：灰白、浅肉红色，斑状结构，流纹状构造。斑晶主要矿物成分为长石，其次为石英，含量约占15%。基质主要由隐晶状的酸性熔融物构成，呈长英质混合物状出现，含量约占85%。岩芯破碎，多呈碎块状及短柱状，局部为柱状。块径310cm，段长522cm，节理裂隙发育，倾角多为6090，节理面见褐黄色铁质渲染，岩芯锤击声较脆，岩质较硬。该层主要在勘测区的跳尾岛部分地段分布，厚度2.09.2m。层顶面高程-13.5181.75m，层底面高程-16.3177.45m。微风化流纹岩（层号：9-4）：灰白、浅肉红色，斑状结构，流纹状构造。斑晶主要矿物成分为长石，其次为石英，含量约占15%。基质主要由隐晶状的酸性熔融物构成，呈长英质混合物状出现，含量约占85%。岩芯较完整，多呈柱状，局部少量呈块状。段长一般2050cm，最长可达110cm，块径28cm。节理裂隙较发育，少数节理面见褐黄色铁质渲染，局部可见绿泥石化。岩芯锤击声脆，岩质坚硬。该层在勘测区的跳尾岛广泛分布，海域部分地段也有分布，本次勘测未揭穿该层。层顶面高程-60.0485.28m。花岗斑岩岩脉（层号：11-4）：肉红色，斑状结构，块状构造。岩芯呈柱状，节理裂隙发育一般，节理倾角多为4580，多数节理面粗糙，微张无充填，为张性节理，岩石锤击声脆，岩质坚硬，仅见于位于跳尾岛的FN33 号钻孔。1.3.2.2岩土物理力学参数主要土层物理力学参数指标如下： 表1.3-1 各土层物理参数指标表表1.3-2 各土层物理参数指标表表1.3-3 各土层物理参数指标表表1.3-4 各土层物理参数指标表.第2章计算条件2.1 结构方案本项目主要包括钢栈桥和钢平台两种结构。其中钢栈桥长度为579m，宽度为12m，顶标高为+6.0m；设置20个钢平台，钢平台宽8.4m，长15.8m，顶标高为+6.0m。钢栈桥桩基采用钢管桩630（=8mm），横梁采用双拼工字钢I56a，纵梁采用2联贝雷片；分配梁采用工字钢I22a，间距为350mm；贝雷片之间通过支撑架联系，面板厚度为10mm。钢平台桩基采用钢管桩630（=8mm），横梁采用双拼工字钢I56a；纵梁采用工字钢I36a，间距为350mm；面板厚度为10mm。（钢平台不在本次验算范围）2.2设计标准水运工程钢结构设计规范JTS152-2012港口工程桩基规范JTS167-4-2012港口工程荷载规范JTS144-1-2010水运工程混凝土设计规范JTS151-2011公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-862.3设计荷载2.3.1主要荷载（1）70t履带吊通行及作业，自重70t（吊装时，钢管桩+振动锤+自重=85t）。（2）25t汽车吊通行及作业。（3）40t混凝土罐车通行。（4）80t拖挂车通行。（5）50t的8轮块石运输车通行。（6）45t运输扭王块平板车（13m）通行。钢栈桥最不利情况为：80t拖挂车通行2.3.2 履带吊机械荷载履带吊的履带吊自重70吨，最大吊重15吨，履带几何尺寸如下图所示。s图2.3-1履带吊履带几何尺寸2.3.4 荷载作用分项系数荷载的作用分项系数如下表所示。表2.3-1 荷载作用分项系数荷载永久荷载履带吊荷载拖挂车分项系数1.21.51.42.4工况组合钢栈桥使用时工况组合如下：结构自重+40t混凝土罐车结构自重+70t履带吊结构自重+80t拖挂车结构自重+45t运输扭王块平板车结构自重+50t块石运输车2.5地质资料地质资料详见相关的地质报告。第3章钢栈桥结构计算3.1钢栈桥结构计算3.1.1结构强度复核按照水运工程钢结构设计规范JTS152-2012，轴心受压或受拉构件强度应满足下式：在拉弯和压弯构件的强度应满足下式要求：在主平面内受弯的实腹构件的抗剪强度应满足下式要求：根据以上公式，依据结构模型的有限元计算结果，可计算得到支架结构各构件的内力计算结果如表3.1-1所示。由于所有钢材均采用Q235B型钢，其抗拉、抗压和抗弯f=215N/mm2，抗剪fv=125 N/mm2。以此判断结构强度是否满足要求。表3.1-1 支架结构内力复核构件轴力（kN）弯矩计算值（kNm）剪力（kN）应力最大值（N/mm2）应力允许值（N/mm2）结果横梁工字钢I56a-860.5829198215是贝雷架-450261273是次梁槽钢I22a-4.5620.25188215是注：横梁工字钢56a内力为双工字钢内力。由上表可知，构件强度满足施工要求。3.1.2结构稳定性复核根据水运工程钢结构设计规范（JTJ 152-2012）第6.4验算钢管桩630（=8mm）容许最大长细比。所示。表3.1-2压杆长细比校核验算表形式计算长度（m）长度因素惯性半径i长细比630（=8mm）钢管桩150.70.24561.3100由计算可知钢管桩630（=8mm）满足长细比要求。实腹轴心受压构件的稳定性应满足下式要求：压杆的稳定性计算如表3.1-3所示。表3.1-3 压杆稳定性计算表形式N(kN)（N/mm2）（N/mm2）是否满足6308钢管桩0.8861560102215是由计算可知钢管桩630（=8mm）压杆稳定性满足要求。3.1.3钢栈桥挠度复核根据港口工程钢结构设计规范（JTS152-2012）3.3钢引桥挠度的限值为L/250，贝雷梁挠度限值为L/250=9/250=0.036m。根据计算结果可知，贝雷梁的挠度为0.0125mL/250=0.036m，故贝雷梁的挠度满足要求。3.1.4桩基承载力复核根据港口工程桩基规范JTS 167-4-2012 4.2.4.2钢管桩和预制混凝土管桩轴向抗压承载力可按下式计算：式中各项含义详见规范。单桩轴向承载力设计值（kN）；单桩轴向承载力分项系数，本计算取1.45；桩身截面外周长（m）；单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kpa）；桩身穿过第i层土的长度（m）；承载力折减系数，本计算取0.80；单桩极限端阻力标准值（kpa）；桩端外周面积（m2）。根据地质资料计算得到桩基的单桩承载力如下表：表3.1-4 钢管桩6308单桩承载力计算土层底高程(m)厚度(m)桩侧摩阻力（kPa）桩端阻力（kPa）（kN）（kN）（kN）淤泥-10.056671/淤泥粉砂-15.855.8668/粉砂-21.655.828321/淤泥质土-41.9520.310401/粉质粘土-486.052330027593849注：地质资料中缺少各土层桩侧极限摩阻力和桩端极限阻力值，此部分根据规范建议取值。实际取值以准确的资质资料参数计算为准。 由上表为例计算可知，单桩承载力设计值为849kN,大于压桩力786kN，满足使用要求。3.2主要工程量 表3.2-1 主要工程量序号名称规格单位数量备注钢栈桥1贝雷片321型片30882工字钢I56at1893工字钢I22at664槽钢16#t1425槽钢8#t76钢板10mmt4837钢管桩630（=8mm）根/t296/1875.4钢平台1工字钢I56at2092工字钢I22at2503槽钢16#t584钢板10mmt2165钢管桩630*8根/t240/1520.6第4章技术要求及使用要求4.1钢结构技术要求4.1.1结构稳定性复核（1）材料1、贝雷梁采用321型国标贝雷片，单个贝雷片高1.5m，长3.0m，贝雷梁材质为Q345b，支撑架材质为Q345b,贝雷销材质为30CrMnTi；其质量标准符合碳素结构钢（GB/T 700-2006）要求，并保证屈服点、抗拉强度、伸长率和碳、硫、磷极限含量要求。2、本工程所用型钢及钢板均采用符合普通碳素结构钢技术条件规定的Q235B级镇静钢制作且应保证可焊性。其化学成份及力学性能应符合GB700-88规定要求，保证抗拉强度、延伸率、屈服点、碳硫磷的极限含量。3、焊条：手工焊时，焊接采用E43型焊条型焊条，其性能应符合碳钢焊条（GB5117-85）的规定；自动或半自动埋弧焊采焊丝：采用H08A质量应符合焊条用钢丝（GB1300-77）要求，焊剂应匹配得当。二氧化碳气体保护焊应采用高锰高硅型焊丝。4、手工焊接采用的焊条，应符合现行国家标准碳钢焊条（GB/T 5117）和低合金钢焊条（GB/T 5118）规定。5、自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合国家现行标准的规定。6、当焊件厚度小于10mm（如封口板、支座处）时焊角尺寸（如槽钢14a连接处）的取8mm；当焊件厚度大于10mm（如封口板、支座处）时焊角尺寸取15mm。7、普通螺栓应符合现行国家标准六角头螺栓-C级（GB/T 5780）和六角头螺栓-A级和B级（GB/T 5782）的规定。8、高强螺栓应符合现行国家标准钢结构用高强度大六角头螺栓（GB/T 1228）、钢结构用高强度大六角螺母（GB/T 1229）、钢结构用高强度垫圈（GB/T 1230）、钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件（GB/T 1231）、钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副（GB/T 3632）和钢结构