温州大门栈桥施工专项方案.doc

中国交通建设股份有限公司温州市大门大桥一期工程2标主栈斜拉桥钢栈桥计算书中交第一公路工程局温州市大门大桥一期工程2标2010年4月温州市大门大桥一期工程2标主栈桥计算书编制： 复核： 审核： 中交第一公路工程局温州市大门大桥一期工程2标2010年4月目 录1 栈桥设计依据12 栈桥结构设计12.1 技术标准12.2 栈桥结构形式13 栈桥结构设计计算书23.1 荷载及荷载组合23.1.1 主要计算荷载23.1.2 荷载组合23.2 栈桥计算参数及荷载的确定23.3 上部结构设计计算33.3.1 桥面板20槽钢计算33.3.2 横向分配梁I20受力验算43.3.3 贝雷梁受力计算53.3.4 I45桩顶横梁计算83.3.5 钢管桩受力计算9附件一：栈桥施工总平面布置图16附件二：栈桥施工立面布置图16附件三：栈桥各细部构造图16- 1 -温州市大门大桥一期工程2标 栈桥施工专项方案栈桥设计与计算书1 栈桥设计依据1.1公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）1.2公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）1.3公路桥涵钢结构及木结构设计规范1.4海港水文规范（JTJ213-98）1.5装配式公路钢桥多用途使用手册1.6温州大、小门岛石化产业基地围垦工程波浪数学模型研究1.7温州大门大桥工程工程地质勘察报告2 栈桥结构设计2.1 技术标准 设计荷载：公路-级荷载施工控制活载：100t履带吊车设计行车速度：15km/h设计使用寿命：5年2.2 栈桥结构形式栈桥全长470.8m,桥面净宽8.0m，按双车道设计。顶面设计标高为+7.0m，纵向平坡。栈桥采用多跨连续梁方案，主纵梁结构为三组双排单层321贝雷桁架，梁高1.5m；栈桥采用515m跨一联。下部结构采用打入式钢管桩基础，按摩擦桩设计。根据受力，钢管桩单排采用3根80010mm布置形式，桩间距3m，壁厚考虑5年腐蚀2mm。钢管桩顶设2I45型钢分配梁，桩间焊接型钢剪刀撑。贝雷片横向铺I20，纵向间距按75cm布置，纵向铺20槽钢，间距按20cm布置满铺作为面板，栈桥结构简图如图2.1所示。 图2.2 栈桥横断面图3 栈桥结构设计计算书3.1 荷载及荷载组合3.1.1 主要计算荷载恒载：结构自重；活载：公路-级车辆荷载、100t履带吊车、40t混凝土罐车其他可变水平荷载：涌潮压力、波浪荷载、风荷载。冲击系数：汽车（取1.1），履带（取1.3）。3.1.2 荷载组合1）恒载汽车荷载涌潮压力+波浪力风力；2）恒载履带吊车涌潮压力波浪力+风力。3.2 栈桥计算参数及荷载的确定本栈桥恒载主要为型钢桥面系、贝雷梁及墩顶横梁等结构自重。并按以下安全系数进行荷载组合：恒载1.2，活载1.3。根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范规定：临时结构容许应力可提高1.4，本栈桥弯曲容许应力取，容许剪应力取。活载设计为公路-级车辆荷载时，根据规范，按汽车超20级荷载布置，荷载为5个集中荷载30kN、120kN、120kN和140kN、140KN，轮距为3.0m、1.4m、7.0m和1.4m，计入冲击系数1.1后，其集中荷载为33kN、132kN和132kN、154KN、154KN。 40t罐车3个集中荷载为80KN、160KN、160KN，计入冲击系数1.1后，其集中荷载为88KN、176KN、176KN.活载设计为100t履带吊时，履带吊自重为100t，(按最大吊重20t计）取履带吊作用范围长6.0m。因此，线性荷载集度=1200/6=200KN/m，计入冲击系数1.3后，其荷载为260KN/m。3.3 上部结构设计计算3.3.1 桥面板20槽钢计算桥面板20槽钢焊接于间距750mm的I20a工字钢横梁上，按三跨连续梁检算。分别按100t履带吊（负载20t）及40t混凝土罐车荷载验算，20槽钢自重。40t混凝土运输车荷载40t混凝土罐车产生的弯矩、剪力均大于公路-级荷载产生的弯矩、剪力，故取40t罐车进行桥面板局部验算。100t履带吊属均布荷载，荷载分布在6m范围，对桥面板槽钢产生的荷载比轮式荷载要小，故不予验算。混凝土运输车前轮着地宽30cm（由一根纵梁承受），中后轮着地宽60cm（由三根纵梁承受）。则槽钢在后轮作用下受集中力为160/2=80KN，考虑1.1倍的冲击系数，其集中荷载为88KN,其简化计算模型为：故均布恒载为：单根纵梁集中活载为：。【20纵梁桥面板受力模型：桥面板弯矩图：桥面板剪力图：最大弯矩M=4.6KN.m最大剪力Q=17.1KN，合格；，合格；3.3.2 横向分配梁I20受力验算I20a工字钢横梁荷载按100t履带吊（负载20t）及40t混凝土运输车荷载分别验算,恒载为20纵梁及自重。按均布荷载考虑，每根I20a横梁承受恒载：，I25a自重：，恒载为：1) 100t履带吊荷载100t履带吊自重100t,履带长宽按6.025m1.015m计算，自重吊重为1200kN，最不利情况应为8根横梁受力，单根I20a工字钢横梁跨中按集中力，考虑1.3的冲击系数，。荷载组合：2) 40t混凝土运输车荷载汽车后轮纵向间距1.4m，按两后轮其中一侧轮作用在跨中考虑，集中力大小，考虑1.1的冲击系数，荷载组合：综合相比，100t履带吊对工20横梁的集中力要大，按100t履带吊荷载对工25横梁进行结构计算。3) 力学计算100t履带吊荷载作用下单根横梁受力简化图示如下：工20横梁受力模型如下：横梁弯矩如下：横梁剪力图：计算可得，在履带吊荷载作用下I20a横梁： a、强度检算，合格；，合格；3.3.3 贝雷梁受力计算主梁由六片双排单层贝雷梁组成，中心间距1650mm，安装在2根I45横梁上。主梁按单孔1台100t履带吊（负载20t）及单孔单车道40t混凝土运输车荷载分别验算，100t履带吊荷载按简支梁进行检算，汽车荷载按照3孔连续梁验算。恒载计算:栈桥结构横向I20分配梁、纵向【20槽钢以及贝雷片自重；其荷载大小：1）100t履带吊荷载：履带长度按6.025m计算，则均布荷载大小为：.局部均布荷载等效转换为满布均布荷载，同时考虑1.3的冲击系数及荷载组合，则工况1：100t履带吊作用在跨中位置：计算可得，在履带吊荷载作用下贝雷主梁弯矩图： 剪力图如下 故：，合格。，合格工况2：100t履带吊作用在支点位置，此时贝雷剪力最大：剪力图如下：最大弯矩 最大支点反力：F=1283KN故：，合格。，合格2）40t混凝土罐车作用下贝雷梁受力计算：贝雷梁的受力按3跨连续梁简化计算，其3个集中荷载为80KN、160KN、160KN，计入冲击系数1.1后，其集中荷载为88KN、176KN、176KN.则按1.3系数进行活载荷载组合后集中力为：114.4KN，228.8KN,228.8KN，其受力模型如下：其弯矩图如下：剪力图如下： 故：，合格。，合格由上面计算可知，40t混凝土运输车荷载作用下，贝雷主梁受力较小，完全能够满足桥梁上混凝土运输车会车的荷载要求。3.3.4 I45桩顶横梁计算钢管桩顶分配梁采用2根I45工字钢，工字钢横梁嵌于钢管桩内300mm并与之焊接牢固。在最不利情况下，即履带吊在支点位置时，所有荷载（包括冲击系数）全部由支点承受，经计算可得，栈桥单侧最大支反力为1283KN。由于工字钢承受压力的位置正好是钢管桩支撑位置，故其弯矩会比较小。其受力模型如下：其弯矩图如下：剪力图如下：支点反力： 强度检算，合格；，合格；最大支点反力：F=464KN3.3.5 钢管桩受力计算3.3.5.1钢管桩竖向承载力计算本栈桥拟采用直径为800mm壁厚10mm的钢管作为栈桥基础，钢管间用型钢剪刀撑连接形成排架。根据前面计算，单桩承载力F=464KN。特征土层参数为：地面平均标高为-5.89-8.2m；在栈桥桩基的持力层范围内，土层分布自上而下为：灰色淤泥，层厚2m，极限摩阻力=14kPa，地基容许承载力=40kPa；灰色淤泥，层厚 15m，极限摩阻力=15kPa，地基容许承载力=45kPa；灰色淤泥质粘土，层厚 1.5m-10m，极限摩阻力=22kPa，地基容许承载力=55kPa。局部冲刷深度主要与水深和流速等因素有关，经大量调研和专家咨询，确定局部冲刷深度为2.14.18m，其中边墩一般区段为2m，主墩深水区为4.2m。本设计按照单桩464KN荷载控制。计算仅考虑桩外侧土对钢管的摩阻力，并扣除冲刷段土对桩基的摩阻力，根据地质资料计算如下（设达到464KN承载力时桩尖进入土层h米）：主栈桥为单排3根直径800mm，根据乐清湾航道断面图和设计地质资料，河床底标高为-8.0m，45#-46#、47#-48#墩由河床至下，地质情况如下表：1）46#主墩栈桥桩长计算：46#主墩勘探钻孔地质纵断面3.3.1-1土层编号层底标高（m）厚度（m）沉桩桩侧摩阻力（kPa）灰色淤泥2-1-10.52.514灰色淤泥2-2-25.314.815灰色淤泥质粘土2-3-326.722灰色粘土2-4-38.46.433灰黄-灰黄色粘土3-1-401.663灰色粘土3-2-46.66.648灰色粘土4-2-547.453侧摩阻力是根据基本承载力大小，经验取值，设计图上没有 (泥面标高为-8.0m)根据基础工程中打入钢管桩的单桩容许承载力公式：式中： 当hb/ds5时， =0.8桩底端闭塞应系数；侧阻挤土效应系数；A桩底的截面积；U桩的周长；桩底处土的容许承载力；根据打入钢管桩承载力公式及地质资料，可知打入钢管桩的入土深度，假设钢管桩打入淤泥粉质粘土的深度为,则有如下：对于敞口钢管桩，查表得=0.87因当hb/ds5时，=0.8=0.696 =3.14=3.140.8=2.512=1/43.140.82=0.502【P】=0.872.512142.5+15+0.6960.50240464KN15175.8 11.7m故钢管桩入土深度H=2.5+11.7+4.2=18.6m，即可满足要求。因主墩处泥面标高-8.2m，钢管桩顶标高为+5.175m，故钢管桩泥面以上自由长度为13.3m，故钢管桩总长度为L=13.3+18.6=31.9m。2）47#主墩栈桥桩长计算：地质情况如下表：3.3.1-2 46#主墩勘探钻孔地质纵断面土层编号层底标高（m） 厚度（m）沉桩桩侧摩阻力（kPa）灰色淤泥2-1-115.114灰色淤泥2-2-27.316.315灰色淤泥质粘土2-3-30.43.122灰黄-灰黄色粘土3-1-41.911.563灰色粘土3-2-47.45.548灰色粘土4-2-52.45.053泥面标高为-6.9m根据基础工程中打入钢管桩的单桩容许承载力公式：式中：当hb/ds5时，=0.8桩底端闭塞应系数；侧阻挤土效应系数；A桩底的截面积；U桩的周长；桩底处土的容许承载力；根据打入钢管桩承载力公式及地质资料，可知打入钢管桩的入土深度，假设钢管桩打入淤泥粉质粘土的深度为,则有如下：对于敞口钢管桩，查表得=0.87因当hb/ds5时，=0.8=0.696=3.14=3.140.8=2.512=1/43.140.82=0.502【P】=0.872.512144.1+15+0.6960.50240464KN 15150 10m故钢管桩入土深度H=2.5+10+4.2=16.7m，即可满足要求。因主墩处泥面标高-6.9m，钢管桩顶标高为+5.075m，故钢管桩泥面以上自由长度为11.975m，故钢管桩总长度为L=11.975+16.7=28.675m。实际施工按29m算。3.3.5.2钢管桩弯曲应力复核钢管桩入土后，其泥中部分作为固定端，水中部分为悬臂端，受潮流、风力、波浪等水平力的影响，在泥水交接面处钢管桩产生最大弯矩，因此需验算其应力是否符合要求。a）风荷载:基本风压：V设计风速，取V=35.1m/s（12级风对应风速为32.6m/s） = =770Pa桥位区风压：对于贝雷梁：k1=0.85，k2=1.3，k3=1.0，k4=1.4（贝雷梁的通风系数为0.4） =0.851.31.01.4770 =1.19kPa迎风面积: =0.41.515=9 m2所以： =1.199=10.71kN作用在桩顶的弯距=10.710.75=8.03 kNmb）潮流作用力：根据港口荷载规范，采用如下公式计算潮流对钢管桩的作用力:式中， Fw为水流力Cw为水流力系数p为密度v为流速A为遮流面积。根据港口荷载规范，Cw取0.73，取1.025、最大落潮水的流速取2.85m/s，A=0.8*13.73=10.98M2,则33.4KNc）波浪作用：海浪是海洋水动力诸要素中的一个重要组成部分，尤其是对海上建筑物的影响至关重要。因此认识波浪的机理，对栈桥的设计与施工有着重要的意义。根据海港水文规范（JTJ2B-98）中“波浪对