莆田联十一线A5标三江口特大桥主桥钢箱梁拼装平台设计计算书

中国建筑股份有限公司莆田联十一线A5标 莆田联十一线A5标三江口特大桥主桥钢箱梁拼装平台设计计算书计 算 :复 核 :审 核 :审 定 中国建筑股份有限公司莆田联十一线A5标项目部2016年4月1. 设计依据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)钢结构设计规范（GB50017-2003）港口工程设计荷载规范（JTJ215-98） 黄绍金 刘陌生 装配式公路钢桥多用途手册 路桥施工计算手册（人民交通出版社）ISBN 7-114-03855-0水文、地质、潮汐、气象资料：木兰溪水文资料：Q=3520m3/s，H1%=3.70m，V1%=1.05m/s。简要地质资料：1-1素填土 （Q4ml）；1-3耕值土（Q4ml）；3-1-1淤泥 （Q4ml-m），=55kpa；3-2淤泥质黏土 （Q4ml-m），=70kpa；3-3粉质黏土 （Q4ml-m）,=200kpa；3-4粉砂 （Q4ml-m）,=110kpa；3-5中砂 （Q4ml-m），=300kpa； 3-8卵石 （Q4ml-m），=550kpa； 6-1全风化花岗岩 (52),，=350kpa； 6-2-1 砂土状强风化花岗岩（52），=450kpa；6-2-2 碎块状强风化花岗岩（52）,=750kpa；6-3 中风化花岗岩（53），=1800kpa；6-4 微风化花岗岩（53），=3800kpa。根据勘察地质资料，桥址地面下20m范围内主要为冲海积层，下伏基岩为燕山晚期花岗岩及其风化层。2. 设计参数 设计控制荷载：A、50t履带吊机，自重50t，吊重20t。B、钢箱梁荷载，重量约240t。C、80t龙门吊荷载，自重约65t，吊重80t。 设计使用寿命：3年 平台规格：42m*59.75m 桥面标高：+6 m；3. 设计说明此平台为三江口特大桥主桥边跨钢箱梁的拼装平台，主要承受的作用有钢箱梁荷载、龙门吊荷载、履带吊荷载、其他施工机具及堆载、平台自重等。3.1 平台桥型布置 平台规格为42m*59.75m，桥跨布置5排钢管柱，每排12根，平台纵桥向跨度为12m+12m+9m+9m。3.2 结构说明（1）下部结构 平台基础采用钢管桩，钢管桩规格为52910mm，横桥向布置12根，间距4.8m。钢管桩间用槽钢横向连接，以提高稳定性。钢管桩顶采用双拼45a工字钢作为横梁。（2）上部结构 平台主梁采用321贝雷梁，规格为3m*1.5m，纵桥向布置14片，贝雷梁横桥向布置25组，每组2排，每排90cm支撑架连接成组，每组间距为2.4m。 贝雷梁上铺I28工字钢作为分配梁，分配梁间距为50cm，桥面板采用10mm花纹钢板。3.3.荷载参数（1）基本可变荷载荷载1：50t履带吊机，自重50t，吊重20t，接触面积为24660760mm2 q1=（50+20）/2/4.66/0.76=98.825KN/m2荷载2：钢箱梁荷载，钢箱梁重量240t，箱梁尺寸9m*36m。 q2=240/9/36=7.407KN/m2荷载3：80t龙门吊荷载，龙门吊跨度40m，共有4个支座，支座间距10m， 龙门吊自重65t，最大吊重按80t计算。 q3=（80+65）/4=362.5KN（2）其他可变作用行人荷载：2.5kN/m；管道荷载：2.0kN/m；风载：最大风力按12级考虑，风速为32.6m/s。风载按公路桥涵设计通用规范进行计算，其中：（按施工架设期间取值）； （桁架风载系数）； （按最不利地形地理条件选取）；（按A类地表，离地面或水面3高度计）； （按A类取阵风风速系数）；，12级风载时：求得: 单片贝雷片及桥面板迎风面积：；风载为：平台风载水平力为：假定作用点在冲刷线上，钢管桩在冲刷线上的长度为10m。水流力：水流流速1.05m/s，水流力为, K水流阻力系数，桩为圆形，取0.63；水容重，取10kN/m；V水流速度；重力加速度，取9.8m/s；A单桩入水部分在垂直于水流方向的投影面积；栈桥钢管桩水中长度h=10m，水面流速为1.05m/s,河床处流速为0m/s。水流力冲刷线以上桩长 H =10m，作用点位于桩顶1/3H 4、主要材料设计指标 根据钢结构设计规范（GB50017-2003) 以及 装配式公路钢桥多用途使作手册主要材料的设计指标如下 材料名称材质抗弯拉极限应力w（MPa）抗剪极限应力（MPa）一般型钢构件Q235215125贝雷梁16Mn2732085、 平台结构验算 本次验算通过MIDAS/Civil结构分析软件计算完成，平台支架Midas分析模型图如下： 图5.1 平台Midas模型图5.1 、设计工况的确定 取平台在使用过程中的如下几种设计工况作平台结构受力分析： 工况一：钢箱梁荷载与龙门吊荷载同时作用在平台上。 荷载组合=1.2*自重+1.4*（q2+q3） 工况二：履带吊在12m跨平台中间作业，且作用在一组贝雷梁上。 荷载组合=1.2*自重+1.4*q1 工况三：履带吊在钢管桩顶部作业。 荷载组合=1.2*自重+1.4*q1下面是以上几种工况下平台的Midas模型图 图5.2工况一平台Midas模型图 图5.3工况二平台Midas模型图（侧面图） 图5.4工况三平台Midas模型图（侧面图）5.2 、平台面板验算三种工况下面板受力结果如下： 图5.5 工况一平台面板应力结果图 图5.6工况二平台面板应力结果图 图5.7工况二平台面板应力结果图 可知，工况二面板应力最大，面板最大应力，满足要求。 5.3 、工字钢分配梁验算 三种工况下平台分配梁受力结果如下： 图5.8工况一平台分配梁应力结果图 图5.9工况二平台分配梁应力结果图 图5.10工况三平台分配梁应力结果图可知，工况二分配梁应力最大，最大应力，满足要求。 5.4 、贝雷梁验算 三种工况下平台贝雷梁受力结果如下 图5.11 工况一贝雷梁应力结果图 图5.12 工况二贝雷梁应力结果图 图5.13 工况三贝雷梁应力结果图 图5.14 工况一贝雷梁位移结果图 图5.15 工况二贝雷梁位移结果图 图5.16 工况三贝雷梁位移结果图可知，工况一贝雷梁应力最大，最大应力，满足要求。 工况二贝雷梁扰度最大，最大扰度，满足要求。5.5 、桩顶工字钢横梁验算三种工况下工字钢横梁受力结果图如下： 5.17 工况一工字钢横梁应力结果图 5.18 工况二工字钢横梁应力结果图 5.19 工况三工字钢横梁应力结果图 5.20 工况一工字钢横梁位移结果图 5.21 工况二工字钢横梁位移结果图 5.22 工况三工字钢横梁位移结果图可知： 工况二横梁应力最大，最大应力，满足要求。 工况二横梁扰度最大，最大扰度，满足要求。5.6 、钢管桩验算 三种工况下工字钢横梁受力结果图如下： 5.23 工况一钢管桩应力结果图 5.24 工况二钢管桩应力结果图 5.25 工况三钢管桩应力结果图 5.26 工况一钢管桩反力结果图 5.27工况二钢管桩反力结果图 5.28 工况三钢管桩反力结果图（1） 钢管桩强度分析 由以上结果图可知： 工况二钢管桩应力最大，最大应力，满足要求。（2） 钢管桩稳定性分析由上面结果图可知，工况二钢管桩反力最大，最大反力为753.4KN。 a、钢管桩长细比钢管桩规格为630*10mm，回转半径，钢管桩长度按30m计算，长细比=150，钢管桩长细比满足要求。b、钢管桩稳定性验算： 查钢结构设计与计算 P520页知：稳定系数0.357， A19400mm2， w=215MPa，钢管桩稳定性满足要求。（3） 钢管桩承载能力分析 根据公路桥涵地基与基础设计规范沉桩的单桩轴向受压容许承载力： 钢管桩参数：钢管桩采用外径 D = 630 mm，壁厚d = 10mm钢管桩桩底投影面积 A = 0.312m2钢管桩周长 U = 1.979m 土层摩阻力统计见下表： 土层摩阻力统计表编号土层名称土层厚度（m）桩侧土摩阻力标准值 (kPa)地基承载力基本允许值 (kPa)3-1-1淤泥1512553-8卵石3.61805506-2-1砂土状强风化花岗岩9.91104506-2-2碎块状强风化花岗岩2.1150750 不计地基承载力，钢管桩长度按穿过淤泥层与卵石层，打入强风化花岗岩1m，打入深度共19.6m。钢管桩单桩容许承载力： 由上面计算可知钢管桩最大反力N=753.4kN=928.151KN 承载力满足要求。5.5、栈桥整体稳定性验算(1)、荷载分析钢平台最不利受力为在最高潮水位时水流力、风荷载产生的同向倾覆弯矩，取整个平台进行整体稳定性分析。(2)、倾覆力水流倾覆力矩：风力倾覆力矩：整体倾覆力矩：(3)、抗倾覆力水流力、风荷载产生的同向力矩作用下，平台有向水流方向倾覆的趋势，平台通过自身重量和钢管桩与土层的摩阻力产生的抗倾覆弯矩来保持平台稳定。平台外侧两根钢管桩横桥向间距为57.6m,所以抗倾覆力臂取28.8m。 (4)、整体稳定分析栈桥整体稳定安全系数，满足整体稳定性要求。6、 结论 经验算，钢平台的结构受力满足要求。 现场实际施工中，