水上作业平台计算书(力学求解器计算).doc

0 省道 263 线南北长山联岛大桥 钢平台计算书钢平台计算书 编制 审核 审批 中铁十四局集团有限公司南北长山联岛大桥项目经理部 2011 年 12 月 24 日 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 1 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 目 录 一一 概述概述 1 1 设计说明 1 1 2 设计依据 2 1 3 技术标准 2 二二 荷载布置荷载布置 2 2 1 上部结构恒重 3 2 2 车辆荷载 3 2 2 1 9m3罐车荷载 3 2 2 2 履带吊50t 计算中考虑最大吊重20t 4 2 2 3 35t吊车荷载 4 2 2 4 钻机荷载 5 2 2 5 泥浆池荷载 6 2 2 6 施工荷载及人群荷载 6 三三 上部结构内力计算上部结构内力计算 7 3 1 支撑反力计算 7 3 1 1 汽车荷载 7 3 1 2 支承反力 7 3 2 桥面 I12 工字钢承载力计算 9 3 3 I16 工字钢分配横梁承载力计算 10 3 3 1 汽车荷载 10 3 3 1 计算分析 11 3 4 贝雷梁计算 12 四四 下部结构内力计算下部结构内力计算 15 4 1 2I25 工字钢计算 15 4 2 630 钢管计算 18 4 1 入土深度计算 18 4 2 钢管桩稳定性计算 19 4 2 1 单根钢管桩流水压力计算 19 4 2 2 单根钢管桩横桥向风力计算 19 4 2 3钢栈桥横桥向风力计算 20 4 2 4 单根钢管桩顺桥向风力计算 20 4 2 5 波浪力 20 4 3 结论 23 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 1 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 钻孔平台计算书 一 概述 1 1 设计说明设计说明 根据省道 263 线南北长山联岛大桥的具体地质情况 水文情况 和气候情况 施工海域受季风 大雾及风浪影响较大 为满足施工 总体进度要求以及安全生产和环保方面的需要 下部结构施工我部 拟采用钢平台施工方案 钢平台根据桥梁墩台的形式钻孔平台共分为三种形式 钢平台 的下部为壁厚 8mm 的 720 螺旋钢管 钢管桩上部采用 2I45 工字钢 作为主纵梁 使用贝雷片作为横梁 使用 I20 工字钢作为分配横梁 上部铺设 1cm 厚钢板作为平台工作面 使用 48 3 5mm 钢管作为 护栏使用 主墩钻孔平台的主要尺寸为 21m 15m 共 5 个 主 引桥共用 墩钻孔平台主要尺寸为 18m 15m 共 2 个 引桥墩钻孔平台为 23m 12m 共 18 个 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 2 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 三种钻孔平台立面图 侧面图 1 21 2 设计依据设计依据 1 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 2 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 3 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ025 86 4 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 3 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 5 海港水文规范 JTJ213 98 6 省道 263 线南北长山联岛大桥施工图 2011 10 1 31 3 技术标准技术标准 1 设计顶标高 5 40m 与设计桥梁重合 2 设计控制荷载 9m3罐车 50t 车 最大吊重按 20t 考虑 20t 钻机 3 设计使用寿命 2 年 4 水位 取 20 年一遇最高水位 3 04m 5 河床高程取 5 20m 最大冲刷深度考虑 3m 即冲刷后地面 线高程为 8 2m 6 流速 v 1 53m s 7 河床覆盖层 淤泥 厚度 4 5m 8 基本风速 27 3m s 9 浪高 3 01m 10 设计行车速度 5km h 二 荷载布置 2 12 1 上部结构恒重上部结构恒重 1 面层 平台上部铺设 1cm 厚钢板荷载为 0 785kN m2 2 面层横向分配梁 I20 0 279kN m 间距 0 35m 3 纵向主梁 321 型贝雷梁 6 66 KN m 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 4 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 4 桩顶分配主梁 2I45a 1 608kN m 2 22 2 车辆荷载车辆荷载 2 2 1 9m3罐车荷载 9m3罐车荷载模型 主要参数 整备车重 140kN 载重 9m3砼重 216kN 轴距为 3545 1350 前轴重 76kN 后轴重 140kN 前轮轮胎着地尺寸为 300 200 后轮轮胎着地面积 600 200 后轮轮距为 1 8m 按照 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 要求 结构 重要系数 0取为 1 0 汽车荷载效应系数 Q1取为 1 4 冲击系数 取为 0 05 前轮均载 后轮均载 2 1 76 633 33 20 3 0 2 k qkNm 2 2 140 583 33 20 60 2 k qkNm 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 5 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 图 2 2 1 罐车荷载的纵向排列和横向布置 重力单位 kN 尺寸单位 cm 2 2 2 履带吊 50t 计算中考虑最大吊重 20t 50T履带吊车荷载的纵向排列和横向布置 重力单位 kN 尺寸单位 m 2 2 3 35t 吊车荷载 现按照 35t 汽车吊吊装 20t 荷载 支腿全部打开的形式来考虑 荷载模型为 荷载模型 支腿 B 处的反力最大为 393kN 按照支腿下部支垫 1m 1m 垫板 考虑将支腿荷载均匀分散至钻孔平台上 因此在计算时考虑三根 I20 工字钢受力 每根承受的荷载值为 考 3 1 393 10 131 3 1 k qkNm 吊 虑系数为 1 45 后荷载取值为 其他按照 1 131 1 45 189 95 qkNm 吊 43kN 计算 3 2 43 10 14 33 3 1 k qkNm 吊2 14 33 1 4520 783 qkNm 吊 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 6 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 2 2 4 钻机荷载 钻机按照10t考虑 钻机尺寸为10m 3m 按照均布荷载计算为 计算时按照下部7根I20工字钢受力长度为 3 2 100 10 3 33 103 k qkNm 2m 每根工字钢的荷载值为 工作状态下 3 1 100 10 7 14 72 k qkNm 钻 重量按照430kN计算荷载值为受力模型为 3 2 430 10 30 7 72 k qkNm 钻 非工作状态 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 7 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 工作状态 2 2 5 泥浆池荷载 泥浆池尺寸为 3m 4m 2m 泥浆的密度为 1 2g cm3 按照满布 计算 泥浆池为钢模板拼装制作 自身重量为 42kN 泥浆重量为 288kN 3 42 288 1012 22 93 k qkNm 池 泥浆池荷载模型 2 2 6 施工荷载及人群荷载 施工荷载及人群荷载 4KN m2 根据现场施工实际 履带吊与 9m3罐车是主要的荷载 对整个 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 8 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 平台的强度 刚度 稳定性影响较大 因此 计算时主要考虑两者 履带吊与 9m3罐车的主要技术指标 主要指标单位履带 509m3罐车 车辆重力kN500356 履带数或车轴数个23 各条履带压力或每个车轴重力kN56 kN m140 履带着地长度或纵向轴距m4 53 545 1 35 每个车轴的车轮组数目组24 履带或车轮横向中距m2 51 8 履带宽度或每对车轮着地宽和长m0 70 6 0 2 三 上部结构内力计算 3 13 1 1cm1cm 面板计算面板计算 3 1 1 汽车荷载 单边车轮作用在跨中时 1cm 厚钢板弯矩最大 轮压力为均布 荷载来计算 荷载分析 1 自重均布荷载 0 785kN m2 2 施工及人群荷载 不考虑与汽车同时作用 3 汽车轮压 最大轴重为 140kN 每轴 2 组车轮 则单组车轮 荷载为 76kN 车轮着地宽度和长度为 0 6m 0 2m 单组车轮作用在 1 个单位宽度钢板上 汽车的冲击系数取为 0 05 则 1cm 厚钢板受 到的荷载为 3 70 10 1 451 45845 833 0 60 2 k qqkNm 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 9 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 3 1 2 支承反力 现场车辆轮胎主要尺寸为 0 6m 0 2m 和 0 3m 0 2m 两种 现 场 I20 工字钢分配横梁间距为 0 35m 净距为 0 25m 即 最不利情 况为每个轮胎位于一根工字钢上此处 若考虑 1cm 厚钢板的应力分 散最钢板的受力更为有利现不在计算钢板的受力 仅计算钢板的支 承反力作为计算 I20 分配纵梁使用 1cm 厚钢板的计算模型可以简 化为三跨连续梁来计算 车轮位于产生的支反力模型如下 受力简图一 反力图一 受力简图二 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 10 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 反力图二 最大反力 max 0 2347 690 269 538RRkN 3 23 2 桥面桥面 I20I20 工字钢承载力计算工字钢承载力计算 最不利情况为单个后轴车轮位于同一根 I12 工字钢上部 即 作用长度为 0 2m 同时 I20 分配横梁的跨度也347 69 qRkNm 是最大时最为不利该情况的计算模型为 最不利弯矩模型图 最不利弯矩图 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 11 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 最不利剪力图 最不利弯矩反力图 最大弯矩 max 32 72MkN m 正应力 3 6 32 72 10 138 059 215 237 10 M MPaMPa w 满足强度要求 最大剪应力 max 74 1QkN 3 3374 1 10 79 392 125 220 20 007 QSQ MPaMPa Ibbh 满足强度要求 3 33 3 贝雷梁计算贝雷梁计算 通过荷载分析 当履带吊与钢护筒平行时 即只有两组贝雷梁 受力时最为不利 按照该工况计算受力对于结构比较有利 同时在 靠近钢护筒的位置处设置抱箍 作为牛腿使用支撑贝雷梁 564 5 1 451 45261 20 7 k qqkNm 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 12 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 受力简图 弯矩图 剪力图 反力图 最大弯矩 max 143 9MkN m 最大剪力 max 215 03QkN 支反力为 max 215 03RkN 查贝雷梁参数得 单层单片贝雷梁承受的参数 max 788 2MkN m 最大剪力为 满足要求 max 245 2QkN 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 13 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 四 下部结构内力计算 4 14 1 2I452I45 工字钢计算工字钢计算 2I45 工字钢所承受的荷载主要为贝雷梁传递的结构自重和车辆 荷载 施工中考虑 9m3罐车偏载的现象及车辆位于 2I25 工字钢跨度 中心两种不利情况 结构自重 主要为桥梁上部结构自重及 2I25 工字钢自重两种 其中上部结构的荷载主要重量为 荷0 01 6 1578 50 142 15 170 25 3062 756232 86GkN 载值通过贝雷梁传递至 2I25 工字钢主横梁上 每道贝雷梁传递的竖 向荷载为 232 86 1 21 246 572 66 G qkN 偏载断面示意图 当履带吊偏载时 即一条履带位于单片贝雷梁顶部时 按照整 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 14 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 个履带吊的重量全部由一排钢管桩来承重 由于其他相邻两排钢管 桩也为受力 采用该模型较为有利 4 5 56 1 451 45522 0 7 k qqkNm 受力模型 反力图 将贝雷梁的支承反力转化为 2I25 的荷载 每个荷载值为 13 58 46 57250 152RkN 2 15 33 46 572 31 242RkN 3317 39 46 572363 962RkN 447 94 46 57294 512RkN 5174 45 46 572221 022RkN 6203 28 46 572249 852RkN 受力模型图 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 15 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 弯矩图 剪力图 反力图 最大弯矩为 max 112 35MkN m 3 6 112 35 10 135 978 215 804 10 M MPaMPa w 满足强度要求 最大剪力为 max 313 86QkN 36 8 313 86 10230 72 10 90 149 125 25020 1020 008 QS MPaMPa Ib 满足强度要求 最大反力为 max 465 96RkN 通过以上计算 2I25 工字钢满足荷载要求 4 24 2 630 630 钢管计算钢管计算 通过以上计算 630 钢管桩基础最大承重荷载为 384 19kN 施 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 16 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 工时使用 DZJ 90 振动锤打设 4 14 1 入土深度计算入土深度计算 根据 港口工程桩基规范 JTJ254 98 第 4 2 4 条 1 AqlqUQ Rifi R d 式中 Qd 单桩垂直极限承载力设计值 kN 单桩垂直承载力分项系数 取 1 45 d U 桩身截面周长 m 本处为 1 978m 单桩第 i 层土的极限侧摩阻力标准值 kPa fi q 桩身穿过第 i 层土的长度 m i l 单桩极限桩端阻力标准值 kPa R q A 桩身截面面积 630 12mm 钢管桩 A 232 981cm2 查看地质资料可得下表 序号土层名称 极限摩 阻力标 准值 顶层标高底层标高层厚 承载力 1卵石0 7 36 10 02 64 2粉质粘土35 10 0 17 07484 61 3粘土40 17 0 29 112 1957 352 4中风化石英岩 29 1 34 35 2 由计算得知 2 64 米厚的卵石层作为从刷层 钢管桩入土深度 10 米 即穿过粉质粘土 7 米 进入粘土层 3 米即可满足承载力要求 4 24 2 钢管桩稳定性计算钢管桩稳定性计算 表 4 1 DZJ 90 振动锤性能表 电机功率偏心力矩激振力机重允许拔桩力 kW N m 振动频率 r min kNkgkN 900 40311005467300254 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 17 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 河床面高程为 7 36m 按 3m 冲刷深度考虑 则可假定钢管桩悬 臂固结点在 10m 处 桩顶标高取 4 0m 钢管悬臂长度为 15m 4 2 1 单根钢管桩流水压力计算 单根桩流水压力计算 2 2 w FCwV A 式中 流水压力标准值 kN w F 形状系数 钢管桩取0 8 w C 阻水面积 m2 计算至一般冲刷线处 A 海水的重力密度1 025 kN m3 设计流速 1 53m s V 22 1 025 0 81 530 63 13 7 861 22 ww FCV AkN 4 2 2 单根钢管桩横桥向风力计算 根据 公路桥涵设计通用规范 JTJ 02189 第 2 3 8 条计算 横桥向风压 013whdwh Fk k k W A 设计风速重现期系数取 1 0 0 k 风载阻力系数 取 1 0 1 k 地形地理条件系数 1 0 3 k 设计基准风压取为 0 8kPa d W 迎风面积 11 39m2 wh A 横桥向风载 013 1 0 1 0 1 00 8 11 39 9 112 whdwh Fk k k W AkN 4 2 3 钢栈桥横桥向风力计算 013 1 0 1 0 1 00 8 12 626 10 1 whdwh Fk k k W AkN 4 2 4 单根钢管桩顺桥向风力计算 纵桥向风压按横桥向风压的 70 计算 横桥向风载 013 1 0 1 0 1 00 80 7 14 95 8 372 whdwh Fk k k W AkN 4 2 5 波浪力 中铁十四局集团有限公司省道 263 线南北长山联岛大桥项目经理部 18 计算书 省道 263 线南北长山联岛大桥 S263S263 CHANGSHANCHANGSHAN IslandIsland ofof thethe bridgebridge connectingconnecting thethe mainlandmainland 浪高按 3 01m 计算 根据盖拉德经验公式计算浪长 为浪高 取 对于圆形柱桩9 15LH H12 12 301 36 12LHm 当 D L 0 2