水上拌合平台受力计算

1、 中国交通建设股份有限公司温州市大门大桥一期工程水上拌合平台计算书中交第一公路工程局有限公司温州大门大桥一期工程2标项目经理部2010年8月目 录1 设计依据12 拌合平台结构设计12.1 计算范围12.2 主要计算荷载22.3 荷载工况组合23 通道区结构计算33.1 结构形式33.2 计算荷载分析43.3 通道区面板计算53.4 通道区I25a计算83.5 通道区贝雷梁计算123.6 I56a桩顶横梁计算203.7钢管桩弯曲应力计算233.8钢管桩受力计算284 堆载区受力验算294.1 结构型式294.2 面板受力验算304.3 I12.6工字钢324.4 I45a工字钢354.5 I5

2、6a工字钢受力364.6 钢管桩整体受力计算384.7 钢管桩桩长计算435 拌合设备区受力计算445.1 水泥罐整体受力计算445.2 水泥罐基础钢管桩受力计算485.3 拌合主机受力计算495.4 控制室受力验算515.5 配料机下整体受力验算51温州市大门大桥一期工程2标 水上拌合平台计算书水上拌合平台计算书1 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 海港水文规范（JTJ213-98）1.4 装配式公路钢桥多用途使用手册1.5 温州大、小门岛石化产业基地围垦工程波浪数学模型研究1.6 温州大门大桥工程工程地

3、质勘察报告2 拌合平台结构设计2.1 计算范围堆载区结构形式：10mm桥面板钢板I12.640cm工字钢纵梁I45a70cm2I56a工字钢800×10mm钢管桩通道区结构形式：10mm桥面板钢板I25a工字钢横梁2I56a工字钢800×10mm钢管桩拌合区结构形式：10mm桥面板钢板I20a工字钢横梁2I45a工字钢800×10mm钢管桩图2.1-1 拌合平台总平面布置图2.2 主要计算荷载恒载：结构自重（按结构实际重量计算）。活载：公路-级施工荷载：1）50t履带吊车；2）17.5t装载机其它可变荷载：潮流水压力、波浪力、风荷载。2.3 荷载工况组合 通道区荷

4、载组合：1）恒载50t履带吊车施工流水压力波浪风力；（此为钻孔工作平台验算荷载组合）2）恒载17t.5装载机流水压力波浪风力；根据平台功能，平台可作为混凝土运输车的转向场地，由于汽车荷载总的竖向力远小于50t履带吊吊工作时荷载，故仅验算其前后轮局部加载在上部I12.6工字钢上时的最不利效应，不参与其他荷载组合。堆载区荷载组合：1）恒载50t履带吊车施工流水压力波浪风力；2）恒载17t.5履带吊车施工流水压力波浪风力； 3）砂石料堆载+流水压力+波浪力+风力设备区荷载组合：罐体总重+恒载+流水压力+波浪力+风力3 通道区结构计算3.1 结构形式支撑桩：800×10mm钢管（群桩）桩间平

5、联：300×6mm钢管 20a槽钢桩顶横梁：2I56a工字钢主梁：321型双排贝雷梁纵向分配梁：I25a（间距40cm）平台面板：10mm厚花纹钢板图3.1-1 通道区横断面图3.1-2 通道区平面布置图3.2 计算荷载分析3.2.1 竖向荷载a 装载机自重17.5t，荷载5t，轮轴尺寸为2.25×3.3m，轮胎着地尺寸为：0.4×0.6m。b50t履带吊吊机履带最大中心间距3.8米，履带宽度0.6m，履带与地面接触部分长度4.8m。 3.2.2 水平荷载a 风载：根据公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004之4.3.7。风载计算公式：Fwh=K0.K1.K

6、3.Wd.Awh式中Fwh：横向风荷载标准值（KN）；Wd：设计基本风压（KN/m2），经计算得Wd=0.77KN/m2；V：设计风速，取V=35.1m/s（12级风对应风速为32.6m/s）Awh：横向迎风面积（m2）；K0：设计风速重新期换算系数，此处取0.9；K1：风载阻力系数，此处取0.8；K3：地形、地理条件系数，此处取1.0；b 潮流荷载根据公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004之4.3.8。流水压力计算公式：Fw=KA(rV2/2g)式中Fw：流水压力标准值（KN）；r：水的重力密度，此处取10.25KN/m3；V：设计流速（m/s），此处取1.79m/s；A：桥墩阻水面

7、积（m2），计算至一般冲刷线处；g：重力加速度，g=9.8（m/s2）;K：桥墩形状系数，取值K=0.6；c 波浪作用：根据海港水文规范JTJ213-98之8.3.1规定，桩基全断面上与波向平行的正应力由速度分力和惯性分力组成，其计算公式见8.3.1-18.3.1.5（略），根据以上公式可得桩基全断面上所受的速度分力和惯性分力，其大小占总水平力的20%。3.3 通道区面板计算1）结构型式通道区面板为10mm厚花纹钢板，焊接在中心间距400mm的I25a工字钢纵梁上。2）荷载计算50t履带吊吊机履带宽度及钻机线荷载的作用范围均大于工字钢纵梁间距，故其荷载均直接作用在工字钢纵梁上， 50t履带吊自

8、重500kN，荷载考虑200kN，考虑1.3的冲击系数，则面板受到的荷载集度为: 按两端结建立模型入下：板应力图：可见板受到的最大应力为ZL50型装载机运输车正常工作时，在通道区有两种工况，一种为顺通道区，另一种为掉头时垂直通道区，分别建立模型计算，本方案所用桥面板尺寸为：1.5*6m ，即钢板每隔1.5m焊接在工字钢上，焊接端按固结算，中间支撑按铰接算。查相关资料可知在工作状态下前轮受力最大，面板在前轮作用下受到的压力荷载（考虑1.1倍的冲击系数）为：装载机在正常工作中分为两个工况，顺通道区和横通道区。工况一:顺通道区其简化计算模型为：板应力图：计算可得板应力最大为：工况二：横通道区，建立受

9、力模型如下：板应力分布图：计算可得板应力最大为：，由此可见转载机正常工作时不论横向还是纵向均能够满足受力要求。3.4 通道区I25a计算1）结构型式I25a工字钢纵梁用骑马螺栓固定于321贝雷梁主梁上，间距40cm，按多跨连续梁计算。2）荷载由于50t履带吊自重500kN，荷载考虑200kN，考虑1.3的冲击系数，则 履带吊最不利荷载时一侧履带由2根工字钢承受，则I25a工字钢所受线荷载集度为：装载机自重17.5t，荷重5t，考虑荷重只由前轴承受，则前轮单轮承受荷载为175/4+50/2=70kN。轮胎着地宽度为0.6×0.4m，则最不利荷载工况为单轮荷重由2根I25a工字钢承受，线

10、荷载集度为:3）材料力学性能参数及指标I25a工字钢： 4）受力计算工况一：恒载（面板、自重）和活载（50t履带吊）组合桥面板荷载：均布恒载为：受力模型：矩图弯：剪力图：最大弯矩 , 最大剪力 工况二：恒载（面板、自重）和活载（22.5t装载机）组合，顺通道区。 均布荷载集度同工况一受力模型弯矩图最大弯矩 , 最大剪力 均小于工况一受力，故满足受力需求。3.5 通道区贝雷梁计算1）结构型式主梁由2排单层贝雷梁组成，贝雷梁跨径12m，安装在2根I56a工钢分配梁上。2）荷载恒载：主梁以上恒载为桥面板、I25a及贝雷梁自重，沿贝雷梁上线荷载集度计算：面板：I25a：贝雷自重： 考虑1.2的组合系数

11、，则50t履带吊：履带活载为500kN，考虑1.3的冲击系数，履带吊着地长度4.8m，则施工线荷载 3）材料力学性能参数及指标单排单层贝雷梁：根据装配式公路钢桥多用途使用手册，查表3得，单排单层贝雷片的容许弯矩788.2KN·m，容许剪力为245.3 KN。4）力学计算工况一：履带吊平行贝雷方向布置时，最不利时履带吊单侧作用在一组贝雷梁上，建立受力模型如下：弯矩图剪力图 故：，合格。，合格工况二：履带吊作用在支点位置，此时其受力模型如下：弯矩图剪力图：反力图： 工况二比工况一弯矩、剪力的受力要小，故符合要求。工况三：履带吊垂直于贝雷作用时，履带吊的荷载由3片贝雷承受，单排贝雷受集中力

12、为700*1.3/2/3=151.7kN，转化为线荷载则：151.7/0.6=252.7kN贝雷一侧履带吊作用在跨中，则建立模型如下：弯矩图：剪力图： 故： 合格，合格工况四：履带吊作用在支点位置，建立模型：由于履带吊作用在支点位置，故其弯矩很小，这里只验算其剪力。剪力图245.2kN支点反力：R=351.0kN工况五：履带吊单侧履带作用在跨中位置建立模型如下：弯矩图：剪力图： 故： 合格，合格3.6 I56a桩顶横梁计算钢管桩顶分配梁采用2根I56a工字钢，工字钢横梁嵌于钢管桩内48mm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，经计算可知，

13、栈桥单单跨总重为312.6kN，则单片贝雷支反力履带吊作用在跨中位置，简化为集中力，则 立模型如下：弯矩图剪力图最大弯矩 ，最大剪力 由此可见桩顶最大荷载 3.7钢管桩弯曲应力计算本平台拟采用直径为800mm,壁厚10mm钢管作为基础，钢管间用300mm×6mm钢管连接成排架。根据以上计算可知，主横梁在几种工况情况下，钢管桩最大受力F=636kN,单根钢管桩自重（按35米考虑）为200.26×357009.4Kg70kN则桩顶荷载=636+70706kN。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

14、，因此需验算其应力是否符合要求。取V=40.3 m/s（12级风对应风速为32.6m/s）=1015Pa桥位区风压： =0.85×1.3×1.0×1.4×1015 =1.57kPa迎风面积: =0.8×2.5=2 m2所以： =1.57×2=3.14kNb 潮流水压力作用根据港口荷载规范，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*11.5=9.2m2,则c 波浪力作用海浪是

15、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“波浪对桩基和打桩建筑物的作用”有关公式（8.3.28.3.4-5）计算单桩承受的波浪力。钢管桩直径D=0.8m，波高H=1.85m，T=6.55s，L=62.54m，海水比重r=1025kg/m3 ，重力加速度g=9.81m/s2。单桩最大水平总波浪力F=19.2KN1）、按最不利工况：每根桩顶受力按706kN计算，同时受最大风力、最大涌潮流水压力以及波浪力作用下，按钢管桩底部铰接模型计算，则钢管桩整体受力模型如下：钢管桩及连接系

16、应力图如下：其位移变形图如下：根据以上计算，钢管桩最大应力为75.5Mpa,钢管桩之间连接系直径300×6mm钢管桩应力为36.2Mpa,20剪刀撑最大应力37.5Mpa，均小于钢材的强度设计值205Mpa,故钢管桩受力安全,最大位移2.2cm。反力图：最大反力为802kN。2）按钢管桩底部固结模型计算，则钢管桩应力分布图如下：钢管桩位移图如下：反力图：故按桩底固结计算，则钢管桩的最大应力为55.2钢管桩之间连接系直径300×6mm钢管桩应力为16.120剪刀撑最大应力32.4均小于钢材的强度设计值205Mpa,故钢管桩受力安全，结构最大位移6mm，最大反力756kN。综上

17、计算单桩最大承载力按802kN进行计算。3.8钢管桩受力计算主桥位土层特征参数为：泥面平均标高为-6.9m，考虑2m的冲刷，6#主墩土层分布自上而下为：灰色淤泥，层厚2.5m，极限摩阻力i=14kPa；灰色淤泥，层厚 14.8m，极限摩阻力i=15kPa；灰色淤泥质粘土，层厚6.7m，极限摩阻力i=22kPa；灰色粘土，层厚6.4m，极限摩阻力i=33kPa。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。47#主墩钢管桩长计算：47#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

18、阻力（kPa）灰色淤泥2-1-10.74.014灰色淤泥2-2-27.216.615灰色淤泥质粘土2-3-36.79.522灰黄-灰黄色粘土2-4-42.15.433灰色粘土3-1-43.91.863灰色粘土3-2-52.78.848泥面标高为-6.9m根据港口工程桩基规范中打入钢管桩的单桩容许承载力公式：47#主墩土层分布自上而下为：灰色淤泥，层厚5.1m，极限摩阻力i=14kPa；灰色淤泥，层厚 16.3m，极限摩阻力i=15kPa；灰色淤泥质粘土，层厚3.1m，极限摩阻力i=22kPa；灰黄-灰黄色粘土，层厚11.5m，极限摩阻力i=63kPa。局部冲刷深度主要与水深和流速等因素有关，经

19、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。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，假设钢管桩打入灰黄-灰黄色粘土深度为,则有如下：=3.14×=3.14×0.8=2.512m【P】=2.512 142+1516.6+22X=802计算得：X=6.3m故钢管桩入土深度H=2+16.6+6.3=24.9m，即可满足要求。因主墩处泥面标高-6.9m，考虑2.0m的冲刷，则实际泥面标高为-8.9m，钢管桩顶标高为+4.68m，故钢管桩泥面以上自由长度为13.58m，故钢管桩总长度为L=13.58+24

20、.9=38.48m4 堆载区受力验算4.1 结构型式面板（10mm） I12.6（40cm间距） I45a（纵梁） I56a（横梁）钢管桩（80cm） 堆载区考虑3m高的砂子， 图4.1-1 堆载区断面图4.2 面板受力验算工况一：砂石料产生的应力,砂石对面板的压力荷载：板受到的压应力为：工况二：装载机横向行驶时，单轮压力荷载同上，其受力后板应力分布如下：板受到的压应力为：工况三：装载机顺向行驶时，其应力分布图如下：板受到的压应力为：，由此可见在3中工况下面板均符合要求。4.3 I12.6工字钢I12.640cm，点焊在间距70cm的I45a上。1）工况一：砂石料堆载，其上的荷载主要为砂石料、

21、面板及自重，各项荷载计算如下:砂石料：面 板：自 重: 恒载集度3）受力计算建立受力模型如下：剪力图弯矩图：最大弯矩 , 最大剪力 2）工况二:装载机顺工字钢向在平台上行走，最不利荷载单轮由1根工字钢来承受。工字钢前轮受力按集中荷载考虑，则，均布荷载取两跨连续梁建立模型：弯矩图：剪力图：最大弯矩 ， 最大剪力 4.4 I45a工字钢 工字钢自重，由上计算可知堆载时I12.6工字钢最大反力，取两跨连续梁建立模型：弯矩图：19.剪力图：最大弯矩 ， 最大剪力 最大反力为：4.5 I56a工字钢受力I56a堆载荷载集度，自重荷载集度为2.1kN/m，则总荷载集度取两跨连续梁建立模型：弯矩图:剪力图：

22、最大弯矩M=881kN.m, 最大剪力Q=901kN 反力R=1803kN满足受力要求。4.6 钢管桩整体受力计算4.6.1 按桩底固结计算钢管桩入土后，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。取V=40.3 m/s（12级风对应风速为32.6m/s）=1015Pa桥位区风压： =0.85×1.3×1.0×1.4×1015 =1.57kPa迎风面积: =3.4×0.8=2.72 m2所以： =1.57×2.72=4.3kN堆载区上台风作用

23、力简化到桩顶位置，堆载区高3m，单跨6m，则受到的风力：=1.57×（3×6）=28.3kN则横桥向单根桩受力作用在桩顶的弯距=7.1×2=14.2 kN·mb、潮流水压力作用根据港口荷载规范，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*11.6=9.3m2,则c、波浪力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

24、要的意义。根据海港水文规范（JTJ2B-98）中“波浪对桩基和打桩建筑物的作用”有关公式（8.3.28.3.4-5）计算单桩承受的波浪力。钢管桩直径D=0.8m，波高H=1.85m，T=6.55s，L=62.54m，海水比重r=1025kg/m3 ，重力加速度g=9.81m/s2。单桩最大水平总波浪力F=19.2KN按最不利工况下，同时受最大风力、最大涌潮流水压力以及波浪力作用下，按钢管桩底部固接模型计算，则钢管桩整体受力模型如下：钢管桩单桩桩顶最大承载力计算：砂石料沿I56a的线荷载集度：面板： I12.6、I45、I56：则恒载沿I56a的线荷载集度：自重荷载2.1kN/m ，考虑1.2的

25、组合系数，则总荷载集度：按底端固结建立整体模型进行计算：结构应力分布图:故按桩底固结计算，则钢管桩的最大应力为61.6MPa，钢管桩之间连接系直径300×6mm钢管桩应力为82.1 MPa ， I56a最大应力为76.9MPa，均小于钢材的强度设计值205Mpa,故整个结构受力安全。结构位移变形图：钢管桩顶最大位移为5mm。结构反力图: 钢管桩最大反力R=1940kN。4.6.2 按桩底铰接计算结构应力分布图位移图：故按桩底铰结计算，则钢管桩的最大应力为79.1MPa，钢管桩之间连接系直径300×6mm钢管桩应力为79.9 MPa ， I56a最大应力为77.2MPa，均小

26、于钢材的强度设计值205Mpa,故整个结构受力安全，结构最大位移6mm。4.7 钢管桩桩长计算根据港口工程桩基规范中打入钢管桩的单桩容许承载力公式：47#主墩土层分布自上而下为：灰色淤泥，层厚5.1m，极限摩阻力i=14kPa；灰色淤泥，层厚 16.3m，极限摩阻力i=15kPa；灰色淤泥质粘土，层厚3.1m，极限摩阻力i=22kPa；灰黄-灰黄色粘土，层厚11.5m，极限摩阻力i=63kPa。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。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

27、度，假设钢管桩打入灰黄-灰黄色粘土深度为,则有如下：=3.14×=3.14×0.8=2.512m【P】=2.512 14×2+16.615+229.5+33×5.4+63×1.8+48=1940kN 计算得：X=4.7m故钢管桩入土深度H=2+16.6+9.5+5.4+1.8+4.7=40m，即可满足要求。因主墩处泥面标高-6.9m，考虑2m的冲刷，则泥面标高为-8.9m，钢管桩顶标高为+5.854m故钢管桩泥面以上自由长度为14.754m，故钢管桩总长度为L=14.754+40=54.754m。5 拌合设备区受力计算5.1 水泥罐整体受力计算

28、设备区下水泥罐基础采用800mm12mm钢管桩，中间平联采用300mm6mm钢管，斜撑为20a槽钢。水泥罐支腿采用325mm10mm钢管，支腿长2m，与水泥罐刚接形成刚体，水泥罐满罐总重1400kN。图5.1-1 设备区平面布置图钢管桩入土后，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。取V=40.3 m/s（12级风对应风速为32.6m/s）=1015Pa桥位区风压： =0.85×1.3×1.0×1.4×1015 =1.57kPa迎风面积: =4.3*0.8=

29、3.4 m2所以： =1.57×3.4=5.3kNb、潮流水压力作用根据港口荷载规范，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*12=9.6m2,则c、波浪力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“波浪对桩基和打桩建筑物的作用”有关公式（8.3.28.3.4-5）计算单桩承受的波浪力。钢管

30、桩直径D=0.8m，波高H=1.85m，T=6.55s，L=62.54m，海水比重r=1025kg/m3 ，重力加速度g=9.81m/s2。单桩最大水平总波浪力F=19.2KN按最不利工况下，同时受最大风力、最大涌潮流水压力以及波浪力作用下，按钢管桩底部固接模型计算，则钢管桩整体受力模型如下：水泥罐各连接部件的应力图水泥罐下钢管桩反力图故按桩底固结计算，则钢管桩的最大应力为49.4MPa，钢管桩之间连接系直径300×6mm钢管桩应力为17.0 MPa ，20剪刀撑最大应力18.8 MPa，均小于钢材的强度设计值205Mpa,I45a最大应力为79.1MPa，支腿最大受力62.7 MPa，故整个结构受力安全。在整体受力中变形最大位移为5cm。 按桩底铰接计算：应力分布图结构位移图：故按桩底铰结计算，则钢管桩的最大应力为49.4MPa，钢管桩之间连接系直径300×6mm钢管桩应力为18.4 ，20剪刀撑最大应力19.5，均小于钢材的强度设计值205Mpa,I45a最大应力为79.1MPa，支腿最大受力62.6MPa，故整个结构受力安全，最大位移5.5cm钢管桩最大反力为：573kN。5.2 水泥罐基础钢管桩受力