水上施工平台计算资料Word文件下载.docx

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•《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

•《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，TJ025-86

•《港口工程荷载规范》JTJ215-98

•《港口工程桩基规范》JTJ254-98

四、计算条件

1■水文条件及高程

根据设计提供的水文资料，确定平台顶标高：

32.00m。

根据设计资料，桥区最底河床标高为15.00m,平均河床高程19.80m。

设计水流流速：

1.702m/s

2■地质条件

根据设计文件显示，Z1-Z5主墩位置覆盖层厚度在0.5M-1.8M之间。

下层为全风化泥质粉砂岩。

3.平台使用荷载

平台承载力应满足：

一台50t履带吊、一台旋挖钻机、三台RC-300型钻机及配套设备重量的要求。

4■河床冲刷计算

考虑到五个主墩的钢平台均布置在湘江的中间，为了偏安全计算，五个主墩位置的水

上钻孔平台的钢管桩冲刷深度均按XXX过江通道防洪评价报告中提供的最大冲刷深度

2.86M采用。

由设计图所提供的桥位处的地质资料及以上数据可知：

要实现钢平台的安全渡洪，必

须保证在冲刷后钢管桩埋深》4.0m,因此总埋深应》6.86m,对埋深不足的钢管桩采用锚桩进行加固。

五、计算荷载

1■作用在钢管上的水流力

水流力标准值：

Fw=Cw（/2）V2A

式中：

Fw—水流力标准值，kN;

V-水流设计流速，m/s；

取断面平均流速v=1.702m/s

CW—水流阻力系数；

p—水的密度，1.0t/m;

A—投影面积，m2;

A=0.7218.81=13.54m2

L5.28

7.33

D0.72

考虑前后墩之间的水流遮挡效应产生的折减,

查《港口工程荷载规范》JTJ215-98表13.0.3-2得后桩m1=0.84,

前墩为1

墩柱相对水深影响系数：

H=26.1,n2=1

D

考虑以上所有修正后,

迎水面管桩Cw=0.73gmzn0.7311.251=0.91

后排管桩Cw=0.73mm2n0.730.841.251=0.77

前排①720X10:

Fw=0.9111.702213.54J7.85KN作用点高程：

H=24.63m。

2

后排①720X10:

Fw=0.7711.702213.54=15.1KN作用点高程同样为：

H=24.63m

2■作用在钢管顶上的水流力

Fw=Cw（/2）V2A式中：

取断面平均流速v=1.702m/scw—水流阻力系数；

A—投影面积，m；

A=0.996.6=6.53m2

查表得：

Cw=2.32

Fw=Cw（⑵V2A=2.32x（1/2）x1.7022x6.53=21.9KN作用点在钢管顶部

3■风荷载

包含作用在钢管桩上的及作用在上部结构型钢梁上的风荷载。

只考虑在高水位时的横桥向风荷载作用。

根据设计说明，长沙地区历年来最大风力为9级，极端最大风速为24m/s所以考虑风载不利组合以9级风考虑,并作用于平台钢管顶面。

此时风速V10=24m/sVd=K2XK5X24m/s=1.08X1.38x24=35.77m/s。

K2-高度修正系数，查规范取1.08（A类地表，离水面5米）;

K5-阵风风速系数，查规范取1.38（A类地表）;

设计基准风压为：

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Vd20.012017xe』0001>

5X35.772n_QQI.D

Wj-0.783KPa

2g2^9.81

横桥向风压计算：

W=k0k1k3w-

设计风速重现期换算系数，取1.0；

Ki—风载阻力系数，近似取1.3;

Kb—地形，地理条件系数，取1.0

W=1.018KPa

将风荷载转化成集中荷载加载到钢管的顶面。

上部结构高度h=0.450.450.09二0.99,且L=6.6m

.Fw-1.0186.60.99二6.65KN

4■平台上部荷载

探上部结构自重：

包括横梁、纵梁、平台面横向分配梁的结构自重完全通过程序自动加载。

探使用荷载：

根据施工需要，平台上除施工作业人员、小型机具外，最主要的是要承载一台50T履带吊（加吊重后按80T考虑），一台80T旋挖钻机，RC350型回旋钻机三台、泥浆渣箱三个以及空压机三台的钻孔用机械设备的荷载。

-RC-300型钻机的平面几何尺寸：

4.3m（长）x5.4m（宽）;

作用在单台钻机上的荷载包括：

钻机自重46T+钻杆自重（按102M长、每3M重0.9T计算）30.6T+钻头7.5T+钻头配重20T=104.1T

丄单个渣箱的平面尺寸：

4.5m（长）x2.4m（宽），单个渣箱重20T

-单台空压机重4.8T

右：

作用在每台回旋钻机上的最大扭矩300KN-M

50T履带吊及旋挖钻机均采用以下荷载图式:

J]

六、平台结构验算

i■计算步骤

选取河床标高最底的Z5主墩的钢平台做整体结构计算。

布置最不利三台钻机位置和相应配套设备荷载，一台50T履带吊、一台80T旋挖钻、三台钻机的扭矩以及平台侧向水流荷载及风荷载对结构进行受力分析，求解得到平台各部位构件的最大受力及最大变形值。

将履带吊、旋挖钻机、成孔钻机作为可变荷载，对结构进行屈曲分析验算平台整体稳定

2■结构分析计算

建立水上钻孔平台模型，平台各部位构件全部采用梁单元模拟。

平台计算模型

2.1荷载组合

LCB1:

1.2X结构自重+1.4X履带吊荷载+1.4X旋挖钻荷载+1.4X三台成孔钻机荷载

+1.2X三台泥浆渣箱及空压机荷载+1.4X风荷载+1.4X流水压力+成孔钻机扭矩荷载。

验算整体强度及刚度以及整体稳定性均采用LCB1荷载组合

2.2强度计算结果

平台最不利荷载计算模型图

平台最不利荷载时的结构组合应力图

从应力图可以看出，结构最大组合应力为179.9（MPa）

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平台最不利荷载时的结构剪应力图

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XrQ4B3

从应力图可以看出，结构最大剪应力为44.8（MPa）

水上钻孔平台结构应力表

部位

最大组合应力（MpQ

最小组合应力

最大剪应力（Mg）

最小剪应力〔MpQ

钢管桥

40*8

-165.2

9・2

-9.6

钢管横联

105.7

-93.6

6

-1.4

平台横梁

79,3

-179.9

4L8

-44,6

平台纵梁

53」

-170

40*6

-30

平台分配梁

162.3

-95.8

15.3

-15.3

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，临时结构荷载组合容许应力提高系数1.3

[（TW]=145X1.3=188.5Mpa,[t]=85X1.3=110.5Mpa。

因此计算结果均满足强度要求。

2.3刚度计算结果

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平台最不利荷载时DX方向上的的结构变形图

从结构变形图可以看出，结构最大位移为5.6（cm）

平台最不利荷载时DY方向上的结构变形图

从结构变形图可以看出，结构最大位移为0.57（cm）

平台最不利荷载时DZ方向上的结构变形图

从结构变形图可以看出，结构最大位移为3.14（cm）

19000

最大位移也56加叽药厂63知，刚度满足使用要求。

2.4整体稳定性计算

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平台最不利荷载时的一阶失稳模态

从图中可以看出，一阶屈曲特征值为32.3

屈曲模态特征值表

模态

特征值

容许误差

1

32.3

0.000001

38.4

3

40.2

4

40.9

5

41.8

42.7

从以上计算结果可看出，一阶屈曲特征值大于4,平台满足稳定性的要求。

七、结语

通过对平台结构分析表明，水上钻孔平台的各部位构件内力均在容许范围之内。

平台结构是安全可靠的。

但由于DX方向（顺河方向）上的位移已经达到了5.66cm,所以，在洪期来监之前，应将已成的桩其与整个水上平台联接起来，以增大整个平台的安全稳定性。

八、钢管桩埋入深度计算

根据公路桥涵设计规范，摩擦桩入土深度不得小于4M，最大冲刷深度按XXX过江通道防洪

评价报告中提供的2.86M采用，则每根钢管桩的最小入土深度为6.86M。

k0=l+l/b=1+1/0.72=2.39

b=d=0.72M

ku=0.9

b1=kuxk0xb=0.9x2.39x0.72=1.55

m=120000KN/M4;

E=2.1x108KN/M;

I=0.0011M4;

EI=231000KN-M

根据前面的电算结果：

作用在钢管底部的最大内力分别为：

V=1068.57KN;

H=30KNM=249.9KN-M

将以上数据代入桥梁桥博士基础计算程序得到钢管桩对土体的侧向应力最大值:

cmax=83.3（KPa），位置在距最大冲刷线下80cm处

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4外力P=ia（ia.57DKNrH=3D.UIIIIKhLM^=249.9UUKN-m外着軌】=n.nnorq?

=n.nnnr砒=n.non.qd=o.nnn蚀m基底不議入岩石层

计算对果：

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地面臥下各点桩身水平僅移图

根据以上计算数据表明，钢管桩的入土深度达到6.86M，已完全能满足桩基受力需要