水上作业平台计算书(力学求解器计算)

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 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 钻孔平台计算书 一 概述 1 设计说设计说明明 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 483.5mm 钢管作为护栏 使用。 主墩钻孔平台的主要尺寸为 21m15m，共 5 个,主、引桥共用墩 钻孔平台主要尺寸为 18m15m，共 2 个，引桥墩钻孔平台为 23m12m，共 18 个。 三种钻孔平台立面图 侧面图 1.2 设计设计依据依据 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 （JTJ0412000） 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） 1.3 技技术标术标准准 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 2.1 上部上部结结构恒重构恒重 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； 4）桩顶分配主梁：2I45a，1.608kN/m； 2.2 车辆车辆荷荷载载 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 300200；后轮轮胎着地面积 600200；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 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 1m1m 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，考虑系数 3 1 393 10 131/ 3 1 k qkNm 吊 为 1.45 后荷载取值为。其他按照 43kN 计算 1 131 1.45=189.95/qkNm 吊 ，。 3 2 43 10 14.33/ 3 1 k qkNm 吊2 14.33 1.4520.783/qkNm 吊 2.2.4 钻机荷载 钻机按照10t考虑，钻机尺寸为10m3m，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 工作状态 2.2.5 泥浆池荷载 泥浆池尺寸为 3m4m2m，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m0.70.60.2 三 上部结构内力计算 3.1 1cm 面板面板计计算算 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 0.6m0.2m，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 3.1.2 支承反力 现场车辆轮胎主要尺寸为 0.6m0.2m 和 0.3m0.2m 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 反力图二 最大反力 max 0.2347.690.269.538RRkN 3.2 桥桥面面 I20 工字工字钢钢承承载载力力计计算算 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 分配横梁的跨度也是347.69/qRkNm 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 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） 3.3 贝贝雷梁雷梁计计算算 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 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 四 下部结构内力计算 4.1 2I45 工字工字钢计钢计算算 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: ,0.01 6 1578.50.142 15 170.25 3062.756232.86GkN 荷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+46.57250.152RkN2-15.33+46.572=31.242RkN ，3317.39+46.572363.962RkN447.94+46.57294.512RkN ，5174.45+46.572221.022RkN6203.28+46.572249.852RkN 受力模型图 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。 4.2 630 钢钢管管计计算算 通过以上计算 630 钢管桩基础最大承重荷载为 384.19kN，施工 时使用 DZJ-90 振动锤打设。 4.1 入土深度入土深度计计算算 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，63012mm 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 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)Nm 振动频率 r/min kNkgkN 90040311005467300254 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。 4.2 钢钢管管桩稳桩稳定性定性计计算算 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 =