泉州晋江大桥主塔施工塔吊基础计算书

1 泉州晋江大桥泉州晋江大桥 主塔施工塔吊基础计算书主塔施工塔吊基础计算书 计计 算 算 复复 核 核 项目负责 项目负责 总工程师总工程师 中铁大桥局集团二公司工程技术部中铁大桥局集团二公司工程技术部 二二 五年五月五年五月 2 一 荷载计算 1 塔吊自身荷载 根据中升公司提供已知条件可计算出基底所承受的荷载 塔吊最大自由高度 45m 时 垂直力 N 110T 水平力 Q 5T 弯矩 M 200T m 扭矩 T 40T m 塔吊最大起升高度 140m 时 垂直力 N 170T 水平力 Q 5T 弯矩 M 200T m 扭矩 T 40T m 2 塔吊基础连接件自重荷载 G 4 5T 3 风荷载对桩产生荷载 风荷载标准值 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 第 4 3 7 条 Fwh k0k1k3WdAwh Wd W0 Vd k2k5V10 Vd 2g V10 2g 0 e 0 0001Z 式中 Fwh 横桥向风荷载标准值 kN W0 为基本风压 kN m2 当有可靠风速记录时 按 W0 V2计算 此处 V 为设计风速 m s 6 1 1 该桥考虑 5 级风 风速为 8 0 10 7m s W0 V2 10 72 71 56 kN m2 6 1 1 6 1 1 Wd 设计基准风压 kN m2 Awh 横向迎风面积 m2 按桥跨结构各部分的实际尺寸 计算 3 V10 桥梁所在地区的设计基本风速 m s 系按平坦空 旷地面 离地面 10m 高 重现期为 100 年 10min 平均最大风速计算确定 该桥桥墩部分考虑 5 级 风 风速 8 0 10 7m s Vd 高度 Z 处的设计基准风速 m s Z 距地面或水面的高度 m 空气重力密度 kN m3 k0 设计风速重现期换算系数 对于单孔跨径指标为特 大桥和大桥的桥梁 k0 1 0 对其他桥梁 k0 0 9 对于施工架设期桥梁 k0 0 75 当桥梁位于台风多发 地区时 可根据实际情况适度提高 k0值 k3 地形 地理条件系数 按表 4 3 7 1 取用 本桥取 1 00 k5 阵风风速系数 对 A B 类地表 k5 1 38 对 C D 雷地表 k5 1 70 A B C D 地表类别对应的地 表状况见表 4 3 7 2 本桥属于 A 类地形 k5取 1 38 k2 考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正 系数 可按表 4 3 7 3 取用 位于山间盆地 谷 地或峡谷 山口等特殊场合的桥梁上 下部结构 的风速高度变化修正系数 k2按 B 类地表类别取值 本桥属于 A 类地形 k2取 1 08 4 k1 风载阻力系数 见表 4 3 7 4 4 3 7 6 本桥取 0 5 g 重力加速度 g 9 81m s2 Vd k2k5V10 1 08 1 38 10 7 16 0 0 e 0 0001Z 0 e 0 0001 2 7 0 012 kN m3 Wd 9 8 10 3kN m2 Vd 2g 0 012 16 2 9 81 W0 6 53 10 3kN m2 0 012 10 7 2 9 81 Fwh k0k1k3WdAwh 1 0 0 5 1 0 9 8 10 3 2 7 1 2 0 016 kN 即桩身部分的风力 其对桩顶力臂 2 4 0 5 2 1 45m 风荷载相对比较小 则忽略不计 4 流水压力 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 第 4 3 8 条 作用在桥墩上的流水压力标准值可按下式计算 Fw K A v2 2g 式中 Fw 流水压力标准值 kN 水的重力密度 kN m2 V 设计流速 m s 该桥 v 1 35m s A 桥墩阻水面积 m2 计算至一般冲刷线处 此桥的为 1 2 12 5 82 7 42 m2 g 重力加速度 g 9 81m s2 5 K 桥墩形状系数 见表 4 3 8 Fw K A v2 2g 0 8 7 42 10 1 352 19 62 5 52kN 流水压力合力的着力点 假定在设计水位线以下 0 3 倍水深处 即 为 0 3 11 4 2 9 2 55m 流水压力也可以忽略不计 一 桩的计算 1 单桩反力计算 根据 建筑桩基技术规范 P25 Ni N n Mxi xi2 n 4 根 打入桩的直径为 D 1 2m 内径 d 1 18m U外 D 3 77m U内 d 3 71m 根据现场地质条件 河床面以下 3 7m 淤泥层 4 8m 亚粘土层 由于亚粘土层下面是花岗岩层 打入桩无法打入 故打入桩入土长 度为 3 7 4 8 8 5m 单桩竖向极限承载力标准值 Quk 根据 建筑桩基技术规范 P31 Quk Qsk Qpk u qsikli pskAp 式中 u 桩身周长 qsik 用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第 i 层土的 极限侧阻力标准值 li 桩穿越第 i 层土的厚度 6 桩端阻力修正系数 psk 桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值 Ap 桩端面积 Ap 0 038m2 D2 d2 4 1 22 1 182 4 根据福建省泉州桥的地质资料得桩侧土极限摩阻力标准值 qsik 3 7m 淤泥层 qsik 12kPa 4 8m 亚粘土 qsik 70kPa Quk 3 77 12 3 7 70 4 8 1434kN 143 4T 未考虑桩内摩阻 桩的抗拔力 Vk iqiskUiLi 根据 建筑桩基技术规范 P45 1 2 0 7 12 3 7 70 4 8 1004kN 100 4T 塔吊最大自由高度 45m 时 N 110T 则此时 钢管桩抵抗水平力 Q 所产生的垂直荷载 T2 3 6 32 7 14 25 0 5 N 110 4 5 3 2 117 7T M 200T m 桩基中各单桩受力验算 TN 4 56 8 14 8 1200 4 7 117 2 max 7 TN85 0 8 14 8 1200 4 7 117 2 min 对角方向 TN 8 67 55 2 2 55 2 200 4 7 117 2 max 上拔力 067 10 55 2 2 55 2 200 4 7 117 2 min TN 塔吊最大起升高度为 140m 时 N 170T 则此时 N 170 4 5 3 2 177 7T M 200T m 桩基中各单桩受力验算 TN 4 71 8 14 8 1200 4 7 177 2 max TN 9 15 8 14 8 1200 4 7 177 2 min 对角方向 TN 8 82 55 2 2 55 2 200 4 7 177 2 max TN28 4 55 2 2 55 2 200 4 7 177 2 min 综上 1 2 单桩最大承载压力为 受最大上TTN 4 143 8 82 max 拔力为 均满足要求 TTN 4 1006 10 由于水平力 Q 5T 则与竖向力的合力与铅垂线的夹角 tg 0 0455 2 602 5 故 hb 0 83KtBt0 6IL1 25v hp B1 5 82 2 3 hb 0 83 1 0 2 30 6 1 241 25 1 35 2 42m 则局部冲刷标高 2 4 2 42 4 82m 计算桩顶上外力 Pi Qi Mi及最大冲刷线处桩上外力 P0 Q0 M0 Pi 1700kN Qi 50kN Mi 2000kN 换算到最大冲刷线处 P0 1700kN Q0 50 0 016 5 52 55 54kN M0 2000 0 016 4 82 0 5 5 52 4 82 2 2 2 79 1998kN 桩在最大冲刷线处水平位移和转角 x0和 0 0 7538 E 2 1 108kN m2 I 5 4 10 3m4 x0 Ax Bx Q0 3EI M0 2EI 1 27 55 54 0 75383 2 1 108 5 4 10 3 0 55 1998 0 75382 2 1 108 5 4 10 3 1 85mm 10mm 符合规范要求 0 A B 1 45 10 3rad Q0 2EI M0 EI 桩顶纵向水平位移 x1 1 93 1 45 10 3 7 12 103 12 25mm 9 水平位移容许值 0 5 2 74cm 27 4mm30 符合要求 3 单桩整体稳定性 由于钢管桩单桩桩顶最大荷载为 钢管桩的受压稳TN 8 82 max 定性计算按照轴心受压杆件计算 按下式验算 f A N 式中 N 轴心压力 稳定系数 抗压强度设计值f 受压构件的长细比限值 此处按照 桥钢 规定取 150 代入数据 2 2222 37385 4 11801200 14 3 4 mm dD A 2 4444 6614716150 64 118014 3 120014 3 64 mm dD Ix mm A I ix421 37385 6614716150 32 5 5 082 4 至桩顶计算长度为局部冲刷线mlox 150 6 12 421 5320 x ox i l 查表得992 0 则MPafMPa A N 170 3 22 37385992 0 828000 10 二 桩顶分配梁的计算 A BD C 塔吊基础连接布置图 塔吊底座产生的弯距为 吊臂垂直 平行 分配梁工作 一边梁受压 一边受拉 TN 5 92 5 7 max min 22 200 4 170 吊臂延对角线方向工作 一端受压 一边端拉 TNman 114 29 min 83 2 200 4 170 1 分配梁 G2 的受力计算 G2 采用 2I56a 的型钢 下面对 G2 进行承载力验算 型钢的横截面对中性轴的惯性矩 As 2 13538 27076 mm2 Ix 2 mm4 Wz 280 mm3 考虑塔吊对基础产生最不利荷载组合 当塔吊起升高度 140m 时 总重 170T 弯距 200T m 扭矩 40T m 工况 1 当塔臂以垂直 G2 梁工作产生弯距时 G2 所受的力如下 11 图所示 BA 2000800 N 92 5T 800 N 92 5T mTM 74 max 支端反力 TNNN BA 5 92 max G2 所受的力如下图所示 DC 2000800800 N 7 5T N 7 5T mTM 6 max 受拉 TNNN DC 5 7 max 工况 2 当塔臂平行 G2 梁工作产生弯距时 G2 所受的力如下图 所示 8008002000 A B N 7 5T N 92 5T mTM 2 56 max 支端反力 支端反力 TNN B 28 70 max TNA72 14 G2 所受的力与 G2 受力一致 即 12 支端反力 支端反力 TNN D 28 70 max TNC72 14 工况 3 当塔臂以角线方向工作产生弯距时 G2 一端受拉 一端受压 2G 则 G2 受力图如下 N 42 5T 8008002000 N 29T AB mTM 3 21 max 支端反力 受拉 TNN B 6 26 max TNA1 13 受力图如下 2G N 113T 8008002000 N 42 5T CD mTM 78 max 支端反力 支端反力 TNN D 3 97 max TNC 2 58 综上对三个工况分析 G2 受最大弯距和最大剪力分别为 mTM 78 max 支端反力 TN3 97 max MPaMPa mm mmN M 170 5 166 4684000 1078 3 7 max MPaMPa mm N N 170 0 36 27076 973000 2 max 均满足受力要求 2 分配梁 G1 的受力计算 13 G1 采用 I56a 的型钢 下面对 G1 进行承载力验算 型钢的横截面对中性轴的惯性矩 As 13538 mm2 Ix mm4 Wz mm3 通过对 G2 梁的分析 G1 G1 所受荷载如下 工况G1 所受荷载 T G1 所受荷载 T B 端 95 2A 端 92 5 1 吊臂垂直 G2 D 端 7 5C 端 7 5 B 端 70 28A 端 14 72 2 吊臂平行 G2 D 端 70 28C 端 14 72 B 端 26 6A 端 13 1 3 吊臂延对角方向 D 端 97 3C 端 58 2 根据表格可知 不同工况对 G1 产生荷载都比 G1 大 下面分别 对 G1 分析计算 工况 1 120012002000200200 abcd N 95 2T N 7 5T 14 mTM 8 9 max TNN b 0 89 max 工况 2 120012002000200200 abcd N 70 28T N 70 28T mTM 6 8 max TNNN cb 3 70 max 工况 3 120012002000200200 abcd N 26 6T N 97 3T mTM 4 9 max TNN c 9 92 max 综上分析 G1 受最大弯距和最大剪力分别为 mTM 8 9 max 支端反力 TN 9 92 max MPaMPa mm mmN M 170 0 42 2342000 1098 3 6 max MPaMPa mm N N 170 6 68 13538 929000 2 max 均满足要求 三 焊缝验算 1 塔吊基础桩顶焊缝验算 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 P21