小榄栈桥平台设计与计算方案.docx

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小榄栈桥平台设计与计算方案

施工栈桥和平台设计计算

一、施工栈桥简述

小榄特大桥栈桥钢管桩采用Φ530×7mm，单跨纵向间距为9m，横向间距为4m。

钢管桩横向担2I32a工字钢做分配梁，然后在工钢上纵向搭设3组贝雷梁,贝雷梁上用I32a工钢按80厘米间距进行铺设，工钢上铺[20a槽钢作行车面板，具体布置见栈桥布置图，栈桥结构受力计算如下：

二、施工栈桥计算

1、栈桥载荷情况

（1）水上施工栈桥其主要功能为：

主墩196＃墩（北岸）和197＃墩（南岸）砼浇筑运输；

（2）活载：

汽车－20级（按砼罐车考虑，前轴力为60KN,后轮轴力为120KN）；

（3）恒载（桥面板及纵横梁的自重）:

q=（9×6×0.052+9×6×0.023）/9＋0.1×6×4=2.85t/m2、贝雷梁验算

（1）按汽车-20级作用在贝雷梁最不利位置，求出贝雷梁的最大弯矩。

MA=0则

RB＝

=14.2t

RA=30-14.2=15.8t

Mmax=

最大剪力为：

15.8t

（2）恒载作用在贝雷梁上的最大弯矩为：

Mmax=ql2/8=2.85×92/8=28t.m

最大剪力为：

Q=ql/2=2.85×9/2=12.83t

（3）贝雷梁上的最大弯矩为：

47.1+28=75.1t.m

贝雷梁上的最大剪力为：

15.8+12.83=28.63t

贝雷梁由三组六片组拼而成，其抗弯惯性矩为:

I=6×250497.2=1502983.2cm4

W=

=1502983.2/75=20039.8cm3

σ=

=75.1×105/20039.8=374.8kg/cm2＜[σ]=2100kg/cm2

贝雷梁容许弯应力[σ]=2100kg/cm2，16Mn的材料。

抗剪验算

=

=28.63×103/4×6×12.794=93.24kg/cm2＜[τ]=1250kg/cm2

以上说明贝雷梁安全系数很大，满足要求。

3、横梁验算

忽略〔20a槽钢的桥面分配作用，假定汽车－20级后轴作用于一根横梁上，此假设最为不利，最安全。

取吊点的后轮P=12t作最不利布置

RB=-1.872tRc=4.128t

RA=1.872tMmax＝2.256t.m

已知横梁I32a的截面抵抗矩

W=692cm3

σ=

=2.256×105/692=32.6MPa＜［σ］＝140MPa

=

=4.128×103/67.12=61.5kg/cm2＝6.2Mpa＜[

]=85MPa

上述计算横梁符合要求

4、钢管桩验算

按汽车－20级作用在钢管桩最不利位置计算

作用在B点的受力最大，偏安全计算得B点的支反力为39.8t，则单桩承受的荷载为19.9t，即桩基承载力按19.9t控制，要求打入淤泥粘土层。

（1）Φ530×7mm钢管桩强度计算

Φ530×7mm钢管桩钢材为Q235钢，截面面积A＝πδ（D-δ）＝114.96cm2,抵抗矩W=π（d14-d24）/32d22=2953cm3。

单根钢管桩计算设计承载力N=19.9t

则σ=N/A=19.9×103/114.96=173.1kg/cm2=17.3MPa<[σ]=140MPa，因此设计采用Φ530×7mm钢管桩满足强度要求。

（2）、Φ530×7mm钢管桩容许承载力计算：

钢管桩顶设计标高为2.25m，河床面标高为－3m，钢管桩底设计标高为－27.75m。

（见栈桥布置图）根据设计图纸提供地质资料，钢管桩埋藏20m深度范围内为淤泥粘土，桩周摩阻力f＝20KPa，钢管桩的摩阻面为内外两面，计算摩阻力时乘以系数2，即Φ530×7mm钢管桩摩阻力fi＝2f=40KPa。

Nd＝1/K（Up∑τi

i+fp·Ap）

k:

安全系数,一般取k=2.0

Up:

桩身截面周长

up=πd=3.14×0.53=1.66m

τi土层的极限摩阻力τi=60KPa

i:

淤泥黏土厚度

i=20.0米

fp:

桩端处上的极限承载力（KPa）

Ap:

桩端处横截面面积（m2）

仅考虑淤泥黏土层对桩的摩阻力，则

Ap＝π（D2-d2）/4=3.14×（0.532-0.5162）/4=0.011m2

单根Φ530×7mm钢管桩埋藏淤泥粘土20m深时容许承载力Nd=（Up∑fiLi+fpAp）/K＝1.66×40×10/2=332KPa=66.4t>19.9t。

5、横梁2I32a工钢的容许载荷计算

查钢结构设计规范《GBJ50017-2003》得出I32a工钢抗弯、抗剪强度设计值：

fm＝205N/mm2，fv＝120N/mm2。

横梁2I32a最大弯矩设计值为：

M最大＝fmW＝205×2×692.5×103＝28.39t.m（W＝692.5cm3）现根据结构进行受力分析得出2I32a工钢能承受的最大设计荷载为：

P1＝4M最大/L＝4×28.39/4＝28.39t

根据结构分析，I32a工钢的最不利点为跨中。

经计算得出传至该处的恒载自重为P2＝5.14t，所以I32a工钢在最不利点能承受的最大外荷载为：

P3＝P1-P2＝23.3t最大剪力设计值为：

V＝fvA＝120×67.12×102＝80.5t>23.3t满足要求。

二、施工平台计算

主墩平台，利用φ630×10mm的钢管桩，钢管桩中心间距为6×5.175米和6×6.5米，即贝雷梁最大跨径为

＝6米，横梁跨径为

=6.5m，在牛腿上搭设2片贝雷梁，贝雷梁上设横梁I32a,其间距为0.8米,横梁上满铺［20a槽钢，与栈桥搭设相似类。

平台上主要放冲机、吊车等施工机械，现取跨径6.0m,宽5.175m的桥面宽进行计算，根据桥面宽放一台25t吊车为最大荷载。

1、钢管桩桩基支承验算

主墩平台利用钢管桩作支承，φ630×10mm钢管桩打入强风化岩层，直径比栈桥钢管桩大，竖向承载力比栈桥钢管桩更大，可以与栈桥钢管桩基进行比较可知，利用钢管桩作支承完全偏安全，满足要求。

2、贝雷梁验算

从前述的栈桥计算可知，贝雷梁满足要求，实际上贝雷梁可承载的荷载为:

根据

单层双排[M]=157.64t.m

均布荷载:

q=8[M]/λ2=8×157.64/62＝35t/m

集中力G=qλ=35×6＝210.3t

贝雷梁可承受最大的桥面荷载应力

σ=G/（6.0×5.175）=6.8t/m2

=0.68kg/cm2＜［σ］＝2100kg/cm2

剪力Q=1/2×35×6＝100.17t

剪应力τ=Q/A=100.17/8×2×12.74＝491kg/cm2＜［τ］＝1250kg/cm2。

满足要求。

3、横梁验算

按贝雷梁的荷载验算时，保证6.0米长贝雷梁上可以放置6根横梁，则每根横梁的均布荷载为：

q＝8M/λ2=8×9.34/5.1752=2.79t/m（一根横梁最大的线荷载）

G=2.79×6/6=2.79t/m2（桥面每平方重量）

G=2.79×6×5.175＝86.63t（桥面宽承受总重量＞25t吊车）这里以考虑桥面板［20a的分配作用。

通过上述计算分析，当桥面每平方重量小于2.79t/m2时，即在6×5.175m2上的重量小于86.63t,横梁和贝雷梁是满足要求的,在实际施工过程中,桥面每平方重最大为2.79t/m2,故主墩工作平台设计是满足要求的。

三、施工平台最不利位置的设计与计算

小榄特大桥桩基操作平台钢管桩采用Φ630×10mm，横桥向共6排，每排5根。

钢管桩横桥向单跨最大间距为8.0m，纵桥向单跨最大间距为6.5m。

钢管桩顶设置I32a工钢并与钢管桩焊接成整体，横桥向设置6组单层两排贝雷梁，贝雷梁与桩顶I32a工钢用U形卡焊接固结，横桥向6组贝雷梁用[20a槽钢连接成整体，加强整体稳定性。

然后在贝雷梁上用I32a工钢按80厘米间距进行纵桥向铺设，工钢上铺[20a槽钢作行车面板，具体布置见桩基操作平台布置图。

平台结构受力计算如下：

桩基操作平台钢管桩、贝雷梁、面板[20a槽钢结构与栈桥结构相同，受力模式也相同，都满足受力要求，在此不作受力计算。

纵桥向单跨最大间距为6.5m用I32a工钢搭设，I32a工钢跨中受力为最不利截面，I32a工钢截面几何特性：

Wx＝692cm3,查钢结构设计规范《GBJ50017-2003》得出I32a工钢抗弯强度设计值：

fm＝205N/mm2,I32a工钢跨中弯矩设计值M最大＝fmWx＝205×692×103＝14.2t.m纵桥向6.5m跨按简支梁计算为最不利，最不利弯矩为M=PL/4,则能承受的最大外荷载为：

P=4M/L=14.2×4/6.5＝8.7t，

剪力：

V＝Afv＝67.15×120×102＝80t按现场工钢实际布设情况，考虑安全系数为1.2，I32a工钢能承受的最大荷载为：

P`＝7.3t。

冲机长6m，宽2m，自重15t，冲锤自重9t，共24t。

考虑一台冲机放在最不利位置作业，同时考虑1.5倍安全系数，则冲机和冲锤重共计36t。

冲机放在两根3.5m长的钢管支点上，然后传力到平台上，一根钢管承受18t力，钢管放在3根I32a工钢上，单根I32工钢承受最大外力为18/3＝6t<7.3t，故冲机放在I32a工钢受力最不利位置处于安全状态。

四、节点焊缝强度计算

节点焊缝主要分布以下几处：

1、施工平台中横梁（I32a工字钢）焊缝计算

按施工冲机放在平台上传力计算，单根I32a工钢承受最大外力为N=6t（施工平台最不利位置计算书中已详述）。

焊缝组成：

由工字钢对接焊缝和

加劲板的角焊缝组合。

计算简图如下：

焊缝强度计算：

I32a工字钢的参数：

Sx＝404cm3，I=11100cm4，tw＝9.5mm,，Q=N=6t，hf＝8mm

对接焊缝：

τ1=QS/Itw=6×404×107/11100×9.5×104＝11.5MPa

角焊缝：

τ2=N/0.7hfLw=6×104/0.7×2×8×2×200＝13.3MPa

τ=τ1+τ2=24.8MPa<[τ]=85MPa，满足要求。

2、施工栈桥中横梁（I32a工字钢）与钢管桩联结的节点强度计算

单根钢管桩所受荷载19.9t（由施工栈桥和平台计算书中所述），则I32a工字钢和钢管桩的联结节点所受的力：

P＝19.9t

简支梁计算：

M=PL/4=19.9×0.53/4=2.64t.m

σ=M/W=2.64/692.5＝38MPa<[σ]=145MPa满足要求。

τ2=Q/A=9.95×104/67.12×102＝14.8MPa<[τ]=85MPa满足要求。

3、施工栈桥中横梁（2I32a工字钢）与钢管桩连结仅起固结作用，因此该处焊缝不需要计算。