莆田聯十一線A5標三江口特大橋過渡墩鉆孔平臺設計計算書.docx
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2024-09-21
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1、中國建筑股份有限公司莆田聯十一線A5標 莆田聯十一線A5標三江口特大橋過渡墩鉆孔平臺設計計算書計 算 :復 核 :審 核 :審 定 中國建筑股份有限公司莆田聯十一線A5標項目部2016年4月1. 設計依據公路橋涵設計通用規范(JTG D60-2015)公路橋涵地基與基礎設計規范(JTG D63-2007)公路橋涵鋼結構及木結構設計規范(JTJ025-86)公路橋涵施工技術規范(JTJ041-2000)鋼結構設計規范(GB50017-2003)港口工程設計荷載規范(JTJ215-98) 黃紹金 劉陌生 裝配式公路鋼橋多用途手冊 路橋施工計算手冊(人民交通出版社)ISBN 7-114-03855-2、0水文、地質、潮汐、氣象資料:木蘭溪水文資料:Q=3520m3/s,H1%=3.70m,V1%=1.05m/s。簡要地質資料:1-1素填土 (Q4ml);1-3耕值土(Q4ml);3-1-1淤泥 (Q4ml-m),=55kpa;3-2淤泥質黏土 (Q4ml-m),=70kpa;3-3粉質黏土 (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全風化花崗巖 (52),,=350kpa; 6-2-1 砂土狀強風化花崗巖(52),=450kpa;6-2-2 碎塊狀強風化3、花崗巖(52),=750kpa;6-3 中風化花崗巖(53),=1800kpa;6-4 微風化花崗巖(53),=3800kpa。根據勘察地質資料,橋址地面下20m范圍內主要為沖海積層,下伏基巖為燕山晚期花崗巖及其風化層。2. 設計參數 設計控制荷載:A、50t履帶吊機,自重50t,吊重20t。B、鉆孔樁機,重量約12t。 設計使用壽命:3年 橋面寬度:12m 橋面標高: +7m;3. 設計說明鉆孔平臺作為水中基樁施工的臨時結構,主要承受的作用有鉆機荷載、其他施工機具及堆載、平臺自重等。3.1 平臺橋型布置 平臺總長為42m,橋跨布置5排鋼管柱,每排4根,平臺縱橋向跨度為9m+12m+9m+124、m,平臺頂面寬12m。3.2 結構說明(1)下部結構 平臺基礎采用鋼管樁,鋼管樁規格為52910mm,橫橋向布置4根,間距3.5m。鋼管樁間用槽鋼橫向連接,以提高穩定性。鋼管樁頂采用雙拼40a工字鋼作為橫梁,橫梁長度為12m。(2)上部結構 平臺主梁采用321貝雷梁,規格為3m*1.5m,縱橋向布置14片,貝雷梁橫橋向布置3組,每組3排,用45cm和90cm支撐架連接成組,每組間距為3.3m。 貝雷梁上鋪I28工字鋼作為分配梁,將20a槽鋼反扣于工鋼上作為平臺面板。3.3.荷載參數(1)基本可變荷載鉆孔樁機荷載:自重7t,沖錘5t,與平臺有4個接觸點。50t履帶吊機:自重50t,吊重20t,接5、觸面積為24660760mm2。(2)其他可變作用行人荷載:2.5kN/m;管道荷載:2.0kN/m;風載:最大風力按12級考慮,風速為32.6m/s。風載按公路橋涵設計通用規范進行計算,其中:(按施工架設期間取值); (桁架風載系數); (按最不利地形地理條件選取);(按A類地表,離地面或水面3高度計); (按A類取陣風風速系數);,12級風載時:求得: 單片貝雷片及橋面板迎風面積:;風載為:平臺風載水平力為:假定作用點在沖刷線上,鋼管樁在沖刷線上的長度為10m。水流力:水流流速1.05m/s,水流力為, K水流阻力系數,樁為圓形,取0.63;水容重,取10kN/m;V水流速度;重力加速度,6、取9.8m/s;A單樁入水部分在垂直于水流方向的投影面積;棧橋鋼管樁水中長度h=10m,水面流速為1.05m/s,河床處流速為0m/s。水流力沖刷線以上樁長 H =10m,作用點位于樁頂1/3H 4、主要材料設計指標 根據鋼結構設計規范(GB50017-2003) 以及 裝配式公路鋼橋多用途使作手冊主要材料的設計指標如下 材料名稱材質抗彎拉極限應力w(MPa)抗剪極限應力(MPa)一般型鋼構件Q235215125貝雷梁16Mn2732085、 平臺結構驗算 本次驗算通過MIDAS/Civil結構分析軟件計算完成,平臺支架Midas分析模型圖如下: 圖5.5 平臺Midas分析模型圖 平臺施工過7、程中與使用過程中受力狀態大體相當,所以僅以平臺使用過程作分析,平臺所受荷載有如下: 恒載: 恒載為平臺自重,計算時恒載系數為1.2。 活載:鉆孔樁機120KN,按1.4倍活載系數,q=1.4x(70+50)/4=42 kN 履帶吊自重500KN,吊重200KN,總重700KN,按1.4倍活載系數,履帶吊機著地壓力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=139 kN/m2 設計荷載=恒載+活載5.1 、平臺面板驗算 面板采用20a反扣在工28的分配梁上,分配梁間距為50cm,取履帶吊荷載作受力分析,用MIDAS/Civil建模得結果如下圖: 圖5.1 平臺面板應力結果圖 圖5.2平臺面板位8、移結果圖可知,面板最大應力,滿足要求。 面板最大擾度,滿足要求。5.2 、工字鋼分配梁驗算 因兩組貝雷梁的間距為3.3m,故分配梁的最大跨度為3.3m,當履帶吊處于分配梁跨度中作業時,分配梁受力最不利,此時分配梁所受荷載:履帶吊機著地壓力 q=1.4x700/2/4.65/0.76=139 kN/m2用MIDAS/Civil建模得結果如下圖: 圖5.3分配梁應力結果圖 圖5.4分配梁位移結果圖可知,分配梁最大應力,滿足要求。 分配梁最大擾度,滿足要求。5.3 、貝雷梁驗算 貝雷梁所受荷載組合如下:工況1:履帶吊布置在平臺12m跨中,且作用在貝雷梁上,所受荷載=1.2恒載+1.4活載工況2:履帶9、吊布置在平臺12m跨邊,且作用在貝雷梁上,所受荷載=1.2恒載+1.4活載工況3:4臺鉆孔樁機工作中,所受荷載=1.2恒載+1.4活載用MIDAS/Civil分別建模得: 圖5.5 工況1平臺受力分析圖 圖5.6 工況2平臺受力分析圖 圖5.6 工況3平臺受力分析圖(1)貝雷梁強度驗算 圖5.7 工況1貝雷梁應力結果圖 圖5.8 工況2貝雷梁應力結果圖 圖5.9工況3貝雷梁應力計算結果圖 5.10 工況1貝雷梁位移計算結果圖 5.11 工況2貝雷梁位移計算結果圖 5.12 工況3貝雷梁位移計算結果圖 由上可知: 工況1貝雷梁所受應力最大,最大應力,滿足要求。 工況1貝雷梁擾度最大,最大擾度,滿10、足要求。5.4 、樁頂橫梁與鋼管樁驗算 當履帶吊處于鋼管樁頂部作業時,此時橫梁和鋼管樁受力最不利,取此最不利狀態對橫梁和鋼管樁進行驗算。用MIDAS/Civil建模得 5.13橫梁與鋼管樁受力結構圖5.4.1 、橫梁驗算 5.14 橫梁應力計算結果圖 5.15 橫梁位移計算結果圖可知,橫梁最大應力,滿足要求。 橫梁最大擾度,滿足要求。5.4.2 、鋼管樁驗算 (1) 鋼管樁強度分析 5.16 工況一鋼管樁應力計算結果圖 可知,鋼管樁最大應力,滿足要求。(2) 鋼管樁穩定性分析 5.17 鋼管樁反力計算結果圖可知鋼管樁所受反力為437.6KN. a、鋼管樁長細比鋼管樁規格為630*10mm,回轉11、半徑,鋼管樁長度按30m計算,長細比=150,鋼管樁長細比滿足要求。b、鋼管樁穩定性驗算: 查鋼結構設計與計算 P520頁知:穩定系數0.357, A19400mm2, w=215MPa,鋼管樁穩定性滿足要求。(3) 鋼管樁承載能力分析 根據公路橋涵地基與基礎設計規范沉樁的單樁軸向受壓容許承載力: 鋼管樁參數:鋼管樁采用外徑 D = 630 mm,壁厚d = 10mm鋼管樁樁底投影面積 A = 0.312m2鋼管樁周長 U = 1.979m 土層摩阻力統計見下表: 土層摩阻力統計表編號土層名稱土層厚度(m)樁側土摩阻力標準值 (kPa)地基承載力基本允許值 (kPa)3-1-1淤泥15125512、3-8卵石3.61805506-2-1砂土狀強風化花崗巖9.91104506-2-2碎塊狀強風化花崗巖2.1150750不計地基承載力,鋼管樁長度按穿過淤泥層與卵石層,打入強風化花崗巖1m,打入深度共19.6m。鋼管樁單樁容許承載力: 由上面計算可知鋼管樁最大反力N=437.6kN=928.151KN 承載力滿足要求。5.5、棧橋整體穩定性驗算(1)、荷載分析鋼平臺最不利受力為在最高潮水位時水流力、風荷載產生的同向傾覆彎矩,取整個平臺進行整體穩定性分析。(2)、傾覆力水流傾覆力矩:風力傾覆力矩:整體傾覆力矩:(3)、抗傾覆力水流力、風荷載產生的同向力矩作用下,平臺有向水流方向傾覆的趨勢,平臺通13、過自身重量和鋼管樁與土層的摩阻力產生的抗傾覆彎矩來保持平臺穩定。平臺外側兩根鋼管樁橫橋向間距為10.5m,所以抗傾覆力臂取5.25m。 (4)、整體穩定分析棧橋整體穩定安全系數,滿足整體穩定性要求。6、 結論 經驗算,鋼平臺的結構受力滿足要求。 現場實際施工中,可對鋼平臺的某些主要部位進行加強,提高平臺的安全可靠性。施工中需注意以下事項: 1、樁頂橫梁腰部用加勁鋼板加強,鋼板間距40cm,樁頂處鋼板間距加密為10cm。 2、平臺橫向每組貝雷梁用工字鋼或槽鋼連接,平臺每跨貝雷梁至少用連接2道,提高貝雷梁的整體性。 3、每根工字鋼分配梁與貝雷梁需用U型螺栓相連接。 4、樁頂橫梁設置在鋼管樁槽口內,并在底部與鋼管樁間焊接牛腿加固,且兩側與鋼管樁用鋼板焊接固定。