钢平台平台及通道计算书

2#引孔钢平台通道设计计算书

目录

1工程概况.....................................................1

2设计规范及依据...............................................1

2.1设计规范及依据........................................1

2.2地质条件..............................................1

2.3流速..................................................2

2.4水位..................................................2

3结构布置及材料特性...........................................2

3.1结构布置..............................................2

3.2材料特性..............................................3

3.3钢材强度设计值........................................3

4荷载分析及材料特性...........................................4

4.1结构自重..............................................4

4.2施工荷载..............................................4

4.3履带吊荷载............................................4

4.4旋挖钻荷载............................................5

4.5振动锤..............................

4.6车辆荷载..............................................6

4.7水流力计算............................................6

4.8风荷载................................................6

4.9荷载组合..............................................7

5结构受力计算.................................................8

5.1上部结构受力计算......................................8

5.2钢管桩承载能力计算...................................18

5.3钢管桩稳定性计算.....................................18

1工程概况

2#承台四周卵石清理后，原有矮栈桥必须进行拆除，现利用南岸高栈桥支平

台钢管桩搭设通道到达2#主墩引孔平台，岛礁平均标高为+206m,通道设计标高

为+208%施工期水位平均标高为+204%

2设计规范及依据

2.1设计规范及依据

1、《施工图设计文件》

2、《钢结构设计标准》(GB50017-2017)

3、《建筑结构荷载规范》(GB5009-2012)

4、《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)

5、《码头结构设计规范》(JTS+167-2018)

2.2地质条件

岛礁至2#主墩地质情况如表2.2-1、表2.2-2所示。

表2.2-1ZK10地质参数表

地层代层厚层底标桩极限摩阻力极限端承力

岩土名称状态

号(m)高qfi(kPa)qR(kPa)

Q4al卵石2.5198.95稍密/7000

J2S细砂岩3195.95强风化30()/

J2S细砂岩1.6194.35中风化15004000

J2S粉砂质泥岩32.5161.85中风化8001500

孔深5.5m以上为强风化岩层，以下为中风化岩层。

表2.2-2ZK12地质参数表

地层层厚层底标桩极限摩阻力极限端承力

岩土名称状态

代号(m)高qfi(kPa)qR(kPa)

Q4al卵石3.7197.65稍密/7000

J2S粉砂质泥岩4.8192.85强风化250/

J2S粉砂质泥岩22.7170.15中风化8001500

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2.3流速

设计水流速度v=3m/so

2.4水位

施工水位+204m

2#引孔平台通道设计标高为+208m

3结构布置及材料特性

3.1结构布置

2#引孔平台通道设计宽度为7m,从上至下依次为：10mm厚花纹钢面板，横

向分配梁采用125a,间距350mm；主纵梁选用单肢HN700,主横梁选用型钢2X

HN700,依靠高栈桥钢管柱焊接牛腿，具体布置见图3.1-1.图3.1-2o

图3.1-12#引孔平台通道纵断面图（单位：cm）

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3.2材料特性

主要材料特性见表3.2-1。

表3.2-1主要材料特性表

序号名称A(cm2)W(cm3)I(cm4)备注

1156a1352342.86656000

2HN700X300231.54553219362()0

3125a48.54025020

3.3钢材强度设计值

临时工程Q235B钢材的强度设计值，Q235钢材板厚546mm时:

弯应力、组合应力/=215MPa

剪应力=125MPa

Q235钢材板厚16mm<^><40mm时：

弯应力、组合应力f=205MPa

剪应力=120MPa

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4荷载分析及材料特性

4.1结构自重

按各构件实际重量计，g=10m/s2o

4.2施工荷载

除其他施工荷载外所有区域：%=2.5kN/n?

4.3履带吊荷载

履带吊采用QUY850A履带吊,整机质量重83t,配重质量31.6t,总重114.6t,

履带宽80cm,履带长度635.8cm,履带着地长度526cm,其外形如图4.3-1所

zj\O

50503150（展开/陶引

图4.3-1SCO850A履带吊尺寸参数图（单位：mm）

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4.4旋挖钻荷载

旋挖钻采用SWDM360型,整机自重1163履带宽90cm,履带长度612cm,

着地长度512cm,其外形如图4.4-1所示。

图4.4-1SWDM360旋挖钻外形尺寸图

表4.4-1SWDM360旋挖钻尺寸参数表

机型A(mm)B(mm)D(mm)F(mm)G(mm)H(mm)J(mn)

SWDM28099202331557009003000-4500341517595

SWDM30099202431557009003000-4500341518095

ISWDM360|104802563061209003300-4800360019210

SWDM280A99202331557009003000-4500344017595

SWDM360H104802663061209003300-4800360020210

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4.5车辆荷载

栈桥行驶车辆主要为运渣车和罐车，运渣车重量小于罐车重量，按罐车荷载

进行计算。罐车满载400kN,空载120kN,罐车前轮着地面积为20X30cm,后轮

着地面积为20X60cm,如图4.5-1所示。

图4.5-1罐车平面尺寸示意图(单位：cm)

4.6水流力计算

根据《港口工程荷载规范》(JTS-144-1-2010)13.0.1,计算:

式中匕——水流力标准值(kN)；

v-----v=3m/s；

Cw——水流阻力系数，圆形取C“=0.73；

p——水的密度(t/n?),此处为淡水，取1.0；

A——计算构件在与流向垂直平面上的投影面积(nO；

22

=%=Cu.^v=0.73xlx3=3.3kN/nr

4.7风荷载

根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)8.1.1,作用于钢管柱上的风

荷载按下式计算:

卬k一瓦N/RVo

第6页共19页

式中:

风荷载标准值(kN/nf)；

A——高度z处的风振系数，取1；

----风荷载体形系数，按前后双管计算，d=820mm,

根据表8.31，按内插法有

s=4180mm,£=4180=5_H

d820

51—4

/=1.08+(l.ll-1.08)x-——=1.096;

/s6—4

从一一风压高度变化系数，地面粗糙度为A类，离水面高度最大约

14m,风压高度变化系数，取〃z=1.39；

”----基本风压(kN/m2),根据附表E.5,泸州市重现期R=50

的基本风压为wo=O.3kN/nr'

22

综上：wk=)02//zx/s%=1x1.39x1.096x0.3kN/m=0.457kN/m

4.8荷载组合

按极限状态法计算，根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)中3.2节，

m〃

基本组合：Sd二2%丹心+々％品《+2%%%凡《

j=l

m〃

标准组合：sd=£sGj,+s^+£^,scx.

j=li=2

由永久荷载控制的效应组合，同时本工程使用年限W5年，永久荷载分项系

数由可变荷载控制时％=12,由永久荷载控制时九二1.35；可变荷载分项系数

/c=1.4,荷载组合值系数忆对于车辆荷载取1,风荷载、水流力分别取0.6、

0.7o

故本计算中：荷载设计值二L35X静载+1.4XX动载

本计算采用有限元分析软件Midas/civil20158.3.2版。

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5结构受力计算

5.1上部结构受力计算

上部采用型钢结构，从上至下依次为：10mm厚花纹钢面板，分配梁采用T25a,

间距350mm,主纵梁选用HN700X300型钢，主横梁采用2XHN700型钢，在正常

使用的各个最不利工况下，，.部结构的最大应力见表5.17。

表5.1-1栈桥上部结构最大应力汇总表

受力最大弯曲应力容许值剪应力容许值

构件名称及规格备注

工况(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)

10mm钢面板罐车184.3215-满足要求

125a横向分配粱履带吊84.121539.1125满足要求

HN700纵梁履带吊169.920552.7120满足要求

2HN700主横梁履带吊180.820591120满足要求

5.1.110mm桥面板计算

钢板厚度为10nmi,125a横向向分配梁间距为35cm,面板为单向板，取1m板

宽计算。

1、荷载计算

XOkN

(1)401罐车：q=-------=4(X)kN/m

0.2m

(2)SWDM360型旋挖钻行走，116QkN=H3.3kN/m

〜5.12mx2

(3)85t履带吊行走，q、=----------=108.9kN/m

5.26mx2

(5)10mm宽钢板自重g=0.78kN/m

2、强度计算

对比可知面板强度计算由40t罐车控制

弯矩：加二（⑶由2”+必故由》心丽d⑹107kN.m

10

M3.07x6xlQ6Nmm

弯应力:(7--==184.3MPa<f=215MPa满足要求。

W1000xl02mm3

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5.1.2125a横向分配梁

HN700X300型钢横向间距为200cm,将125a横向分配梁考虑为简支梁进行

计算。

1、荷载计算

(l)40t罐车：4=^^=133.33kN/m

0.6m

(2)SNDM360型旋挖钻行走，％二——H60kN——x0.35m=44.05kN/m

'5.12mx0.9mx2

ii46kN

(4)85t履带吊行走，q产--------------x0.35m=47.66kN/m

5.26mx0.8mx2

(5)钢板及125a自重为g=0.65kN/m

2、受力图示

各个工况下125a受力情况如图5.1-1所示。

q=133.33kN/mIUUUHUW旷44.05kN/m

A

125。型钢/IZZk

k----------------------------200j

40t堪车懒SWDM360版也钻

q.,mw=47.66kN/m

125。嵬钢/T

k3------------------I作用效应最大

85tM吊

图5.1-1125a受力示意图(单位：cm)

3、强度计算

经分析，当85t履带吊的履带与125同向时，对125a型钢作用效应最大。

闻(1.35x0.65kN/m+1.4x47.66kN/m)x(2m)2

弯矩:=33.8kNm

8

市士工M33.8xlO6N-mm.々比口曲分

弯应力：a=—=--------：---==o84.1MPa</=215MPa,)两足要求。

W402x10-mm3

剪力v_/_(L35x0.65kN/m+1.4x82.41kN/m)x2m

=67.6kN

'-22

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剪切应力：片型二一676kN—=39.1MPa<125MPa,满足要求。

It216mmx8mm

5.L3HN700纵向分配梁

1、荷载计算

(l)40t罐车，简化为集中荷载：6=80kN

(2)SWDM360型旋挖钻行走，q.=1160kN=H3.3kN/m

-5.12mx2

1146kN

(3)85t履带吊行走，%=-------=108.9kN/m

5.26mx2

(4)钢板、125a及纵梁自重为g=5.56kN/m

2、受力分析

A、横向布置，SWDM360型旋挖钻沿横桥向布置施工最为不利，如图5.1-2

所示。

6001

-------------------------------------------旋挖钻抡氐长度

图5.1-2360旋挖钻横向布置受力示意图(单位：cm)

根据有限元分析软件计算，HN700纵梁最大支反力为/二460kN,如图5.1-

3所示。

图5.1-3HN700纵梁支反力(单位：kN)

将该反力置于HN700纵梁跨中时有最大弯曲应力，位于支点处有最大剪切应

力。

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弯矩：M=---------：—=627.64kNm

4

M627.64xlO6Nmm,一、在口的4

弯及力：cr=—=-------------—=113.4MPa</=205MPa，满足要求。

W5532x10mm

剪力：V=353.6kN

剪切应力：r=^=——353.6kN——=43.7MPa<125MPa,满足要求。

It622.9mmx13mm

B、横向布置，360旋挖钻位于710cm跨中时HN700受力最不利，受力如图

5.1-4所示。

r991---------------------------------------1期〕下物钻拈压长度

ITTTTTITTTTTTTTTTTTTTTT

710H

图5.1M360旋挖钻纵向布置受力示意图（单位：cm）

弯曲应力：b=169.9MPa</=2O5MPa,满足要求

剪切应力：r=52.7MPa<120MPa,满足要求

支反力：%=4244kN

■>«-2-1S4.7.1MJ4.166.1,168.91G9.91W.9

图5.1-5HN700纵梁弯曲应力（单位：MPa）

图5.1-6HN700纵梁剪切应力（单位：MPa）

图5.1-7HN700纵梁支反力（单位：kN）

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5.1.42XHN700主横梁

钢管桩处主横梁为2XHN700,钢护筒处主横梁为单肢HN700o

1、荷载计算

(1)SWDM360型旋挖钻纵向布置，=L160kN=113JkN/m

5.12mx2

(2)SWDM360型旋挖钻横向布置，%J"kN=6444kN/m

0.9mx2

(3)钢板、125a、纵梁及主横梁自重为g=6.24kN/m

工况一：旋挖钻纵向布置时，在360旋挖钻位于主横梁正中心，2XI56a受

力模型如图5.1-8所示。

q1=113.3kN/m

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

n

图5.1-8主横梁受力示意图-1(单位：cm)

根据有限元分析软件计算，主横梁最大支反力为歹二798kN,如图5.1-9所

国5.1-9主横梁支反力T(单位：kN)

工况二：旋挖钻横向布置时，360旋挖钻位于主横梁正中心，2XI56a横梁

受力模型如图5,力模所示。

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图5.1-10主横梁受力示意图-2（单位：cm）

根据有限元分析软件计算，主横梁最大支反力为歹=1432.8kN,如图5.1-11

所示。

图5.1-11主横梁支反力-2（单位：kN）

根据5.1.3节，荷载横向分配关系，HN700纵梁的最大支反力为:

353.6

K=1432.8X=585.98kN

(353.6+78.7)X2

工况三：旋挖钻横向布置时，360旋挖钻一测履带位于主横梁正中心，2X

156a横梁受力模型如图5.1-12所示。

h_____24P______.240

rrm........Xq,=644.4kN/m

,TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT

W710W500

图5.1-12主横梁受力示意图-3（单位：cm）

根据有限元分析软件计算，主横梁最大支反力为b二1428.7kN,如图5.1-13

所示。

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8

1

2

,

8

会

2

S

图5.1-13主横梁支反力-3（单位：kN）

工况三主横梁荷载小于工况二，不再计算。

根据分析，在360旋挖钻横向布置且位于主横梁正中心时，2义156a横梁受

力最不利，如图5.1-：4、图5.1-15所示。

图5.1-14钢管桩处主横梁受力示意图（单位：cm）

700

586kN58琳N

1304kN1304k

1M

HN700

360

图5.1-15钢护筒处主横梁受力示意图（单位：cm）

根据有限元计算结果，钢管桩处2XHN700主横梁:

弯曲应力：b=180.8MPa</=205MPa,满足要求

剪切应力：r=45.7MPa<120MPa,满足要求

钢管桩处支反力：/;im=726.3kN

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图5.1-16钢管桩处主横梁弯曲应力（MPa）

0.3

图5.1-17钢管桩处主横梁剪切应力（MPa）

图5.1-18钢管桩处主横梁支反力（kN）

根据有限元计算结果，钢护筒处HN700主横梁：

弯曲应力：b=123.8MPa</=2O5MPa,满足要求

剪切应力：r=91MPa<120MPa,满足要求

钢护筒处支反力：f；m=1306.8kN

图5.1-19钢护筒处主横梁弯曲应力（MPa）

图5.1-20钢护筒处主横梁剪切应力（MPa）

«

二

X

.r三

二

?

二

三

=三

B二

.

9

O

2

图5.1-21钢护筒处主横梁支反力（kN）

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5.2牛腿计算

5.2.1钢管桩牛腿计算

5.2.1.1牛腿计算

牛腿为2156a,算得最大弯矩为M=726.3kNx（）.3m=217.9kN-m,最大剪力

V=726.3kN

弯曲应力:

a=—=217.9x10=46.5MPa勺1=2（）5MPa,满足要求。

W2x2342x1（）3

VS726.3X103/八八一nrsrx—n'拈口Hff-g

r=—=-----------=60.9MPa<f,=120MPa,满足要求。

ItH477x12.5x2'

5.2.1.2焊缝计算

焊缝厚度为8n皿，焊缝截面特性如图5.2-1所示。

13412.0933333339IP961947026.40演尸

851740377.991778我（上）2097331.23960025

110206648.40紊-Vx（下）面69280.600而）895

252.002781611871叩（左）6638瓦4而4447

90.6474546902124叩（右）663895.472344441

绕Xlft面租矩1503514.7430113埃丫油面秋矩|581572.331666734

左端若形心施志165.99999999右旗语形心跟离166.000000000004

上柒离形心在感406.10675221下端离形心距施359.493247785347

图5.2-1焊缝截面特性图（单位：mm）

弯矩产生的焊缝压应力—二梦思舒二皿MPa

剪力产生的焊缝剪切应力：r=-=726,3kN.=54.2MPa

413412mm"

焊缝强度合算为：

1（八+G『+/=J1（）39+54.22=117.2MPa</；w=16（）MPa,满足要求。

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5.2.2钢护筒牛腿计算

5.2.2.1牛腿计算

牛腿为2HN700,算得最大弯矩为M=13O6.8kNxO.3m=392kN-m,最大剪力

V=13()6.8kN

弯曲应力：

M309x1仲

(y=—=.=35.4MPa<f=205MPa,满足要求。

W2x5532x1031

3

VS1308.6xlOccc-nr,“口由+

T-——=----------------=80.8MPa</;=120MPa,满足要求。

Itw623x13x2

5.2.2.2焊缝计算

焊缝厚度为8mm,焊缝截面特性如图5.2-2所示。

A20537.2799816526IP2678925384.72443

lx2047966427.04084Wx（上）4565955.13014346

“630959957.683594Wx(T)4480637.59649893

ix31b.783878bU8391Wy(左)21U319九8b894b31

0175.278818628183Wy（右）2103195.85894531

埃X物面租矩2968485.1933631线丫轴面积矩|1694124.66008543

左湍碧的心距濠300右湍离形心距落300

上i糠出心距图448.52968736下端离形心苑离457.070312636101

图5.2-2焊缝截面特性图（单位：mm）

392kNm

弯矩产生的焊缝压应力：crM=—=A=87.5MPa

“W4480637mm3

剪力产生的焊缝剪切应力：r=-=13°8,6kN=63.7MPa

A20537mm2

焊缝强度合算为:

J（°N=787.52+63.72=108.2MPa</；w=16()MPa,满足要求。

第17页共19页

5.3钢管桩承载能力计算

根据《泸州市榕山长江大桥高栈桥设计计算书》，在引孔平台通道使用过程

中，高栈桥支平台最不利工况为85t履带吊的吊装作业，钢管桩最大轴力为78t。

《码头结构设计规范》(JTS+167),嵌岩桩单桩轴向抗压承载力设计值按下

式计算：

Q_0用小UH5A

Rd一+

九/cR

式中：2”一—嵌岩桩单桩轴向抗压承载力设计值(kN)；

5、U2一一覆盖层桩身周长，嵌岩段桩身周长；

小一一嵌岩段单桩轴向受压承载力分项系数，取1.8；

frk一—岩石单轴饱和抗压强度；

一一桩周入岩长度(m)；

£——分别为嵌岩段侧阻力和端阻力计算系数，分别取0.096、

0.54；

A一—桩端外周面积(Ml

约卜C务%//2"4+"A_0.54X12000X3.14X0.412

坏JL:-----------1------------------------------------1VUUK1N

YesYCRI》

Qd=1900kN>780kN+726.3=15O6.3kN,满足要求。

5.4钢管桩稳定性计算

河床顶标高+202m,钢管桩顶标高+206m,钢管桩原规格为6820X10【nn】，经

过之前使用过程的损耗，现实际壁厚为8nm1,因此以下计算中钢管桩参数均按规

格为“820X8mm考虑。

5.4.1钢管稳定性计算

正常施工工况时平台主要考虑结构自重、通道过车、上部履带吊作业、风荷

第18页共19页

载及水流力的作用。取2排钢管桩运用有限元分析软件进行屈曲分析及强度计

算。计算结果见下图，临界荷载系数为27.6,钢管桩的轴应力为69.3MPa,弯应

力为67.4MPa0

4-1临界系数计算图

图5.4-2钢管柱轴应力（单位：MPa）

图5.4-3钢管班弯应力（单位:

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由欧拉公式计算换算长细比：

2房I206000g

1

\acrV69.3x67.4」

属b类截面，查表得稳定系数：外=0.967

根据《钢结构设计标准》(GB50017-2017)8.2.4条，钢管桩的平面内稳定性

计算为：

。J+一限”z

6A/Mx(l-0.8x?)

NEX

3

式中：叫]一一毛截面模量，VV1A=5090cm；

Pmx一一等效弯矩系数，取L0；

yx——截面塑性发展系数，取L15

N七——欧拉临界力，

TU2EA7i2x2.06x10?MPax254.4cm2

N\.=——=---------------------；-----------=1119243kNXT

“xA220.82

^MN

”八叱贝一().8、/

NEX

=139.35MPa</=215MPa

钢管桩稳定性满足要求。

5.4.2支撑稳定性计算

2[25轴应力为34.5MPa,弯应力为15.2MPa<)

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22144te-C01

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图5.4-42[25轴应力(单位：MPa)

LS：lL3a«C0l

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