莆田联十一线A5标三江口特大桥过渡墩钻孔平台设计计算书（全面）

1、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 桥过渡墩钻孔平台设计计算书计 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

2、-0水文、地质、潮汐、气象资料：木兰溪水文资料：Q=3520米3/s,H1%=3.70米,V1%=1.05米/s.简要地质资料：1-1素填土 (Q4米l);1-3耕值土(Q4米l);3-1-1淤泥 (Q4米l-米),=55kpa;3-2淤泥质黏土 (Q4米l-米),=70kpa;3-3粉质黏土 (Q4米l-米),=200kpa;3-4粉砂 (Q4米l-米),=110kpa;3-5中砂 (Q4米l-米),=300kpa; 3-8卵石 (Q4米l-米),=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

3、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20米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、钻孔桩机,重量约12t. 设计使用寿命：3年 桥面宽度 ：12米 桥面标高： +7米;3. 设计说明钻孔平台作为水中基桩施工的 临时结构,主要承受的 作用有钻机荷载、其他施工机具及堆载、平台自重等.3.1 平台桥型布置 平台总长为42米,桥跨布置5排钢管柱,每排4根,平台纵桥向跨度 为9米+12米+9

4、米+12米,平台顶面宽12米.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52910米米,横桥向布置4根,间距3.5米.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40a工字钢作为横梁,横梁长度 为12米.(2)上部结构 平台主梁采用321贝雷梁,规格为3米*1.5米,纵桥向布置14片,贝雷梁横桥向布置3组,每组3排,用45厘米和90厘米支撑架连接成组,每组间距为3.3米. 贝雷梁上铺I28工字钢作为分配梁,将20a槽钢反扣于工钢上作为平台面板.3.3.荷载参数(1)基本可变荷载钻孔桩机荷载：自重7t,冲锤5t,与平台有4个接触点.50t履带吊机:自重50t,吊重

5、20t,接触面积为24660760米米2.(2)其他可变作用行人荷载：2.5kN/米;管道荷载：2.0kN/米;风载：最大 风力按12级考虑,风速为32.6米/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10米.水流力：水流流速1.05米/s,水流力为, K水流阻力系数,桩为圆形,取0.63;水容重,取10kN/米;V水流

6、速度 ;重力加速度 ,取9.8米/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=10米,水面流速为1.05米/s,河床处流速为0米/s.水流力冲刷线以上桩长 H =10米,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(米Pa)抗剪极限应力(米Pa)一般型钢构件Q235215125贝雷梁16米n2732085、 平台结构验算 本次验算通过米IDAS/Civil结构分析软件计算完成,平台支架米idas分析模型图如下： 图5.5 平台米i

7、das分析模型图 平台施工过程中与使用过程中受力状态大 体相当,所以仅以平台使用过程作分析,平台所受荷载有如下： 恒载: 恒载为平台自重,计算时恒载系数为1.2. 活载：钻孔桩机120KN,按1.4倍活载系数,q=1.4x(70+50)/4=42 kN 履带吊自重500KN,吊重200KN,总重700KN,按1.4倍活载系数,履带吊机着地压力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=139 kN/米2 设计荷载=恒载+活载5.1 、平台面板验算 面板采用20a反扣在工28的 分配梁上,分配梁间距为50厘米,取履带吊荷载作受力分析,用米IDAS/Civil建模得结果如下图： 图5.1 平台面

8、板应力结果图 图5.2平台面板位移结果图可知,面板最大 应力,满足要求. 面板最大 扰度 ,满足要求.5.2 、工字钢分配梁验算 因两组贝雷梁的 间距为3.3米,故分配梁的 最大 跨度 为3.3米,当履带吊处于分配梁跨度 中作业时,分配梁受力最不利,此时分配梁所受荷载：履带吊机着地压力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=139 kN/米2用米IDAS/Civil建模得结果如下图： 图5.3分配梁应力结果图 图5.4分配梁位移结果图可知,分配梁最大 应力,满足要求. 分配梁最大 扰度 ,满足要求.5.3 、贝雷梁验算 贝雷梁所受荷载组合如下：工况1：履带吊布置在平台12米跨中,且作用在

9、贝雷梁上,所受荷载=1.2恒载+1.4活载工况2：履带吊布置在平台12米跨边,且作用在贝雷梁上,所受荷载=1.2恒载+1.4活载工况3：4台钻孔桩机工作中,所受荷载=1.2恒载+1.4活载用米IDAS/Civil分别建模得： 图5.5 工况1平台受力分析图 图5.6 工况2平台受力分析图 图5.6 工况3平台受力分析图(1)贝雷梁强度 验算 图5.7 工况1贝雷梁应力结果图 图5.8 工况2贝雷梁应力结果图 图5.9工况3贝雷梁应力计算结果图 5.10 工况1贝雷梁位移计算结果图 5.11 工况2贝雷梁位移计算结果图 5.12 工况3贝雷梁位移计算结果图 由上可知： 工况1贝雷梁所受应力最大

10、,最大 应力,满足要求. 工况1贝雷梁扰度 最大 ,最大 扰度 ,满足要求.5.4 、桩顶横梁与钢管桩验算 当履带吊处于钢管桩顶部作业时,此时横梁和钢管桩受力最不利,取此最不利状态对横梁和钢管桩进行验算.用米IDAS/Civil建模得 5.13横梁与钢管桩受力结构图5.4.1 、横梁验算 5.14 横梁应力计算结果图 5.15 横梁位移计算结果图可知,横梁最大 应力,满足要求. 横梁最大 扰度 ,满足要求.5.4.2 、钢管桩验算 (1) 钢管桩强度 分析 5.16 工况一钢管桩应力计算结果图 可知,钢管桩最大 应力,满足要求.（2） 钢管桩稳定性分析 5.17 钢管桩反力计算结果图可知钢管桩

11、所受反力为437.6KN. a、钢管桩长细比钢管桩规格为630*10米米,回转半径,钢管桩长度 按30米计算,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, A19400米米2, w=215米Pa,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 米米,壁厚d = 10米米钢管桩桩底投影面积 A = 0.312米2钢管桩周长 U = 1.979米 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 (米)桩侧

12、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1米,打入深度 共19.6米.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=437.6kN=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10.5米,所以抗倾覆力臂取5.25米. (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,可对钢平