16000kN静载钢平台承载力验算书及设计书

钢平台结构计算书惠州市林浩钢结构建设有限公司钢平台结构计算书编制：审核：批准：惠州市林浩钢结构建设有限公司二〇二〇年一月PAGE2钢平台结构计算书一、概述1.1单桩竖向抗压静载试验概述单桩竖向抗压静载试验（以下简称单桩静载），适用于检测单桩的竖向抗压承载力。既可用于设计阶段的试验桩检验，也可用于施工阶段工程桩抽样检测。图1静载试验现场1.2加载反力装置概述单桩静载试验设备由包括加载系统、反力系统和量测系统三大部分组成，见图2。常用压重平台作为反力装置，即所谓堆载法、堆重法。堆载法反力装置由支墩、主梁、次梁、混凝土试块组成。加载装置由千斤顶构成，通过控制仪器自动加载。图2压重平台反力装置示意图1.3试验加载要求按单桩承载力特征值为8000kN，垂直静载试验加荷最大值为16000kN计。主要受力参数如下表所示：表1受力指标序号受力条目力值（kN）计算备注(1)单桩承载力特征值8000(2)最大加载量16000(2)＝(1)×2JGJ106-2014第4.1.3条(3)反力（砼块重量）19200(3)＝(2)×1.2JGJ106-2014第4.2.2条第1款1.4平台细部构造1.4.1拟选用主、次梁及其尺寸主梁、次梁采用箱形钢梁，主梁长度为10m，配置2根；次梁长度为12m，配置10根。细部尺寸见图3、图4。图3：主梁细部尺寸图图4：次梁细部尺寸图主梁截面高度H=1000mm，宽度B=500mm，腹板厚度tw=32mm，上下翼缘厚度tf=50mm，翼缘自由外伸宽度c=18mm，不设加劲肋。次梁截面高度H=600mm，宽度B=600mm，腹板厚度tw=20mm，上下翼缘厚度tf=20mm。翼缘自由外伸宽度c=100mm，加劲肋间距为1000mm。钢垫块尺寸1000mm×2000mm、厚度25mm，配置3~4块。1.4.2平台尺寸两支墩轴线间距8.0m，净距7.0m，并保证支墩边与桩中心距离不少于4D且不少于2.0m。钢平台尺寸为12m×10m，次梁两端搁置于支墩上，主梁置于次梁之下，未加载时主次梁间为脱离状态；次梁两端伸出支墩轴线外长度2.0m，跨度8.0m，次梁间横向轴线间距1.0m。水泥试块尺寸为1m×1m×2m，单块重量为50kN。第一层混凝土试块沿主梁方向码放5个，次梁方向12个混凝土试块；第二层错向码放，以此类推，加载至设计荷重。二、计算依据1、《钢结构设计标准》（GB50017-2017）；2、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；3、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；4、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）。三、设计参数主梁、次梁均为钢梁，采用Q345B钢材。按《钢结构设计标准》（GB50017-2017），Q345钢材的强度设计值取值如见表2：表2选用钢材强度参数值一览表钢材型号屈服强度强度容许值弹性模量抗拉,抗压,抗弯抗剪钢材序号构件钢号厚度fyffvEmmMPaMPaMPaMPa1Q34516~403352951702.06×1052Q34540~633252901652.06×1051、箱形截面塑性发展系数γx=1.05；2、挠度控制［v］：L/250。四、钢平台体系受力分析4.1地基承载力复核试验前收集地勘资料，查阅勘察报告提出的地基土的承载力建议值。根据支墩设置尺寸和平台荷载，复核支墩施加的压应力是否大于地基土承载力特征值的1.5倍，否则应进行局部地基处理。4.2荷载换算与计算简图4.2.1荷载换算1、平台均布荷载混凝土试块作用于钢平台荷载按均布面荷载考虑，相当。2、次梁线荷载每一根梁按等间距承担试块传递的均布荷载，考虑不利布置，荷载宽度取1.0m计算，则次梁承担的线荷载。3、千斤顶作用于主梁最大集中荷载当千斤顶按两倍单桩承载力特征值即最大加载量施加反向力时，千斤顶通过钢垫块作用于主梁最大集中荷载。安装时，确保千斤顶合力作用线、钢垫块中心和组合主梁的几何中心均在同一竖向位置。4、次梁作用于主梁上的集中荷载次梁作用与主梁上的集中力为试桩时千斤顶加载后试桩钢平台次梁通过与主梁的接触点转移至主梁的堆载自重。4.2.2主、次计算工况分析与计算简图1、主梁工况分析主梁荷载为中点处施加的试桩荷载，该荷载计算时相当于主梁的支点；加载时堆载传递的自重荷载可视为主梁荷载。本加载方案中共使用两根主梁，单根主梁重约80KN<0.05×19200/2KN=480KN，计算时梁体自重可忽略不计；主梁单梁计算简图如图5所示。图5主梁计算简图（单位：m）2、次梁工况分析次梁受力可分为两个阶段；试桩加载前通过次梁两端的支墩承担承担堆载荷载，该阶段为两端带短悬臂的简支梁模型，次梁上荷载连续均匀分布，计算简图如图6；第二阶段为试桩加载时由于主梁向上顶升的作用下次梁荷载逐渐转移至主、次梁接触点，直至千斤顶达到设计最大荷载，最终成为由只受压支座支撑的多点连续梁或两端悬臂梁，如图7。图6次梁计算简图一（单位：m）图7次梁计算简图二（单位：m）4.2.3钢平台受力分析模型为考虑钢平台荷载效应的空间分布情况，采用MIDASCIVIL2017有限元软件建立钢平台的整体计算模型。次梁承受均布线荷载作用，在距梁端2m处设铰支座，主次梁相交处由20个只受压支座连接；计算模型如图8。由于计算分析中不计梁体自重，因此可通过不同的工况组合模拟平台两个不同的受力阶段。图8钢平台受力分析模型4.2.4钢平工况组合根据钢平台的工作过程，对钢平台不同荷载进行如下组合，如表3；考虑到钢平台试桩时千斤顶施加荷载及堆载总荷载均能较准确地控制，同时整体模型分析是能够考虑变形因素导致的荷载分布传递不均匀，因此考虑平台堆载的分项系数最大1.2、试桩千斤顶的最大分项系数1.1。表3钢平台荷载组合一览表组合名称组合类型分项系数说明平台堆载试桩荷载组合1组合2组合3组合1相加1.2次梁工况一组合2相加1.01.1试桩时效应，试桩时堆载为有利荷载组合3相加11试桩时效应及变形组合4相加1次梁工况一变形组合5包络111各工况最不利效应4.3钢平台计算结果钢平台各构件主要控制指标计算结果如图9~图21。图9次梁组合应力包络图10次梁剪应力包络图图11次梁弯矩包络图图12次梁剪力包络图图13次梁最不利单元MISES应力图14主梁组合应力包络图图15主梁剪应力包络图图16主梁弯矩包络图图17主梁剪力包络图图18主梁最不利单元MISES应力图19次梁工况一变形图20次梁工况二变形图21主梁变形表4钢平台各构件主要控制指标计算结果汇总构件正应力剪应力von-MISES应力变形跨中悬臂端MPaMPaMPamm次梁计算值272.141.1273.911.647.19/47.17控制值2951702952010/60验算结论满足要求满足要求满足要求满足要求满足要求主梁计算值258.954.9260.3/18.08控制值2950165290/50验算结论满足要求满足要求满足要求满足要求注：表中悬臂端变形值斜杠前后分别为次梁工况一与工况二结果与控制值，悬臂计算长度为等效支点到自由端长度的2倍。4.4钢平台主、次梁稳定性验算4.4.1主、次梁整体稳定性验算根据《钢结构设计标准》GB50017-2017第6.2.4条规定，主、次梁稳定验算判别如表6。表6主、次梁整体稳定验算边界条件构件计算值稳定验算界限值是否需要验算整体稳定主梁高宽比1000/500=26不需要长宽比10000/500=2064.7次梁高宽比600/400=1.56不需要长宽比12000/400=3064.7注：次梁计算长度l1取简支模型与等效悬臂模型长度的较大值，主梁取等效悬臂模型长度的2倍。4.4.2主、次梁腹板局部稳定验算根据《钢结构设计标准》GB50017-2017第6.3.1条规定，主、次梁腹板局部稳定验算判别如表7。表7主、次梁局部稳定验算边界条件构件计算值稳定验算界限值是否需要验算腹局部稳定主梁腹板高厚比900/32=28.1366不需要次梁腹板高厚比560/20=2866不需要根据主、次梁稳定性判别条件可知，主梁与次梁的承载能力均受板件强度控制，发生整体或局部失稳的可能性较小；可根据构造要求适当布置横向加劲肋，考虑主两腹板tw=32mm，高厚比较小不再配置横向加劲肋。五、结论经计算，拟选用主梁（H=12000mm、B=500mm、tw=32mm、tf=50mm），次梁（H=600mm、B=600mm、tw=20mm、tf=20mm）组成的平台反力装置，满足最大加