桥梁主墩防撞计算书.docx
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桥梁主墩防撞计算书
某桥通航孔主墩基础防撞设计
计算书
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审定人：
目录
1、工程概况1
2、设计依据1
2.1基础资料1
2.2主要技术标准1
3、设计条件1
4、结构布置型式2
5、主要材料特性2
5.1几何特性2
5.2物理力学特性2
6、钢管桩嵌固点计算3
7、荷载分析3
7.1荷载计算3
8、工况分析及荷载组合4
8.1计算工况4
8.2荷载组合4
9、模型计算5
9.1工况一计算5
9.2工况二计算8
10、钢管桩桩长计算11
10.1地质条件11
10.2钢管桩受拔承载力计算11
10.3钢管桩受压承载力计算11
11、钢管桩稳定性验算12
12、平联1稳定性验算12
13、平联2稳定性验算13
14、钢管桩管壁局部强度验算13
1、工程概况
某特大桥为厦漳高速公路跨九龙江某段，本工程为确保某特大桥基础桥墩安全。
并且在V级航道条件下，大部分船舶能安全通航，设计某桥主通航孔主墩基础防撞墩。
2、设计依据
2.1基础资料
1、《厦漳高速公路某特大桥病害情况调查报告》
2、《厦漳高速公路D段详勘报告》
3、《某大桥施工图设计》
2.2主要技术标准
1、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
2、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；
3、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
4、《钢结构设计手册》（第二版）；
5、《港口工程荷载规范》（JTJ144－1-2010）；
6、《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）；
7、《高桩码头设计与施工规范》（JTS167-1-2010）
3、设计条件
1、地质条件
（1）14、18#墩，取K28+130处地质条件
岩土名称
深度（m）
层底标高（m）
桩周土极限摩阻力（kPa）
桩尖土极限承载力（MPa）
含贝壳粗砂
4.15
-10.15
35
——
含贝壳淤泥中砂
8.10
-18.25
20
——
含卵石的圆砾
8.70
-26.95
70
5.0
（2）15~17#墩，取K27+980处地质条件
岩土名称
深度（m）
层底标高（m）
桩周土极限摩阻力（kPa）
桩尖土极限承载力（MPa）
淤泥夹细砂
6.4
-13.65
20
——
细砂
5.1
-18.75
40
2.0
卵石
19.2
-37.95
70
5.0
2、水流速度
桥梁设计流速：
2.4m/s
3、防撞设施设计船型：
设计船型：
300t驳船
校核船型：
1000t驳船
4、设计使用年限：
30年
5、防撞水位
根据相关数据分析、研究，考虑大船可乘潮过桥，某特大桥的防撞水位按：
防撞高水位1.5m（最高通航水位）
防撞低水位-3.0m（最低通航水位）
6、防腐蚀
水下区，预留腐蚀厚度：
，取4.5mm
泥下区，预留腐蚀厚度：
，取1.5mm
4、结构布置型式
防撞墩采用φ1000×16钢管桩，平联采用型钢2HM588×300及钢管φ351×14。
钢管桩和平联上布置橡胶护舷，具体布置见施工图。
5、主要材料特性
5.1几何特性
本设计使用的主要材料几何特性如下表：
序号
构件名称
材料类型
几何参数
（mm）
截面积
（cm²）
每米重
（kg/m）
惯性矩
（cm4）
1
钢管桩
Q345
φ1000×16
494.6
388.3
598797
2
平联1
Q345
2HM588×300
385
302
236000
3
平联2
Q345
φ351×14
148
116
21077
建模计算时构件尺寸均减去防腐蚀厚度。
5.2物理力学特性
本设计使用的主要材料的物理力学特性如下表：
序号
构件名称
材料类型
拉、压、弯强度设计值
弹性模量
剪切强度
设计值
剪切模量
1~3
普通钢材
Q345
310MPa
206GPa
180MPa
79GPa
6、钢管桩嵌固点计算
按桩基规范取m=4000，钢管桩规格φ1000×16
14、18#墩泥面标高-3.0m，考虑3m冲刷，取-6.0m。
嵌固点标高取-10.5m。
15~17#墩泥面标高-6.0m，考虑3m冲刷，取-9.0m。
嵌固点标高取-13.5m。
7、荷载分析
7.1荷载计算
7.1.1、恒载
系统自重。
7.1.2、活载
1、船舶撞击力
根据《公路桥涵设计通用规范》表4.4.2-1，内河上船舶撞击作用的标准值：
按照三级航道，船舶吨级1000t，横桥向撞击作用力800kN，顺桥向撞击作用力650kN。
2、钢管桩水流力
（1）14、18#墩采用φ1000钢管桩，高水位3.64m，泥面标高-6m。
P=0.73×1/2×2.42×（1.0×9.64）=20.3kN
作用点标高：
3.64-9.64/3=0.43m
（2）15~17#墩采用φ1000钢管桩，高水位3.64m，泥面标高-9m。
P=0.73×1/2×2.42×（1.0×12.64）=26.6kN
作用点标高：
3.64-12.64/3=-0.57m
8、工况分析及荷载组合
8.1计算工况
工况一：
高水位防撞，船舶横向撞击力分别作用在点A~G，作用点标高3.5m。
工况二：
高水位防撞，船舶纵向撞击力分别作用在点A~G，作用点标高3.5m。
如图示：
8.2荷载组合
每个工况考虑两种荷载组合形式，即标准组合和基本组合。
组合形式如下：
9、模型计算
9.1工况一计算
9.1.1、15#~17#防撞墩计算模型
9.1.2、15#~17#防撞墩计算结果
船舶横向撞击力作用点A：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
18.9
170
525
613
平联2HM588×300
3HM588×300
15.7
133
441
160
平联φ351×14
10.2
41.6
61.5
151
船舶横向撞击力作用点B：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
18.8
181
531
609
平联2HM588×300
3HM588×300
21.3
146
611
517
平联φ351×14
10.6
60.3
143
157
船舶横向撞击力作用点C：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
11.6
203
535
606
平联2HM588×300
3HM588×300
12.6
163
267
351
平联φ351×14
17.4
56.3
257
162
船舶横向撞击力作用点D：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
14.8
223
539
602
平联2HM588×300
3HM588×300
28.8
177
273
825
平联φ351×14
15.9
53.2
234
152
船舶横向撞击力作用点E：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
15.1
243
546
599
平联2HM588×300
3HM588×300
31.1
192
281
890
平联φ351×14
10.2
47.2
66.0
151
船舶横向撞击力作用点F：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
20.8
258
872
643
平联2HM588×300
3HM588×300
19.7
224
567
119
平联φ351×14
5.2
57.7
78.5
81.1
船舶横向撞击力作用点G：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
20.7
257
873
644
平联2HM588×300
3HM588×300
21.5
225
615
584
平联φ351×14
5.8
57.7
85.9
83.8
9.1.3、14#、18#防撞墩计算模型
9.1.4、14#、18#防撞墩计算结果
船舶横向撞击力作用点F：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
22.0
275
1010
796
平联2HM588×300
3HM588×300
19.6
150
561
103
平联φ351×14
1.5
40.8
18.0
22.5
船舶横向撞击力作用点G：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
28.9
277
1010
795
平联2HM588×300
3HM588×300
21.4
267
613
595
平联φ351×14
2.2
75.3
32.4
32.4
9.2工况二计算
9.2.1、15#~17#防撞墩计算模型
9.2.2、15#~17#防撞墩计算结果
船舶顺向撞击力作用点A：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
11.9
287
707
426
平联2HM588×300
3HM588×300
35.6
156
1020
1010
平联φ351×14
4.6
207
102
102
船舶顺向撞击力作用点B：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
18.3
258
696
415
平联2HM588×300
3HM588×300
20.5
210
631
748
平联φ351×14
13.2
217
196
130
船舶顺向撞击力作用点C：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
18.3
180
696
415
平联2HM588×300
3HM588×300
13.2
122
370
377
平联φ351×14
31.1
217
460
290
船舶顺向撞击力作用点D：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
19.7
188
749
467
平联2HM588×300
3HM588×300
14.6
175
417
345
平联φ351×14
31.2
176
464
285
船舶顺向撞击力作用点E：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
20.4
235
773
492
平联2HM588×300
3HM588×300
17.6
223
502
155
平联φ351×14
6.3
155
93.9
93.3
船舶顺向撞击力作用点F：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
18.9
211
717
489
平联2HM588×300
3HM588×300
32.4
119
927
510
平联φ351×14
9.7
47.8
144
131
船舶顺向撞击力作用点G：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
14.0
148
543
319
平联2HM588×300
3HM588×300
10.3
132
278
296
平联φ351×14
34.7
70.4
513
9.8
9.2.3、14#、18#防撞墩计算模型
9.2.4、14#、18#防撞墩计算结果
船舶顺向撞击力作用点F：
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
19.4
288
1480
603
平联2HM588×300
3HM588×300
23.1
232
662
571
平联φ351×14
3.2
96.1
46.2
28.3
船舶顺向撞击力作用点G
构件名称
最大轴应力（MPa）
最大弯应力（MPa）
最大压力
（kN）
最大拉力（kN）
钢管桩φ1000×16
19.6
241
1490
610
平联2HM588×300
3HM588×300
14.7
197
420
369
平联φ351×14
34.8
81.9
515
9.8
10、钢管桩桩长计算
10.1地质条件
1、地质条件
（1）14、18#墩，取K28+130处地质条件
岩土名称
深度（m）
层底标高（m）
桩周土极限摩阻力（kPa）
桩尖土极限承载力（MPa）
含贝壳粗砂
4.15
-10.15
35
——
含贝壳淤泥中砂
8.10
-18.25
20
——
含卵石的圆砾
8.70
-26.95
70
5.0
（2）15~17#墩，取K27+980处地质条件
岩土名称
深度（m）
层底标高（m）
桩周土极限摩阻力（kPa）
桩尖土极限承载力（MPa）
淤泥夹细砂
6.4
-13.65
20
——
细砂
5.1
-18.75
40
2.0
卵石
19.2
-37.95
70
5.0
10.2钢管桩受拔承载力计算
按照《港口工程桩基规范》计算单桩极限承载力设计值：
（1）14、18#墩，采用φ1000×16钢管桩，最大拔力796kN。
泥面标高-3.0m，冲刷3m，取泥面标高-6.0m，受拔桩桩底标高-21m。
钢管桩抗拔承载力计算如下：
（2）15~17#墩，采用φ1000×16钢管桩，最大拔力644kN。
泥面标高-6.0m，冲刷3m，取泥面标高-9.0m，受拔桩桩底标高-20m。
钢管桩抗拔承载力计算如下：
满足要求。
10.3钢管桩受压承载力计算
按照《港口工程桩基规范》计算单桩极限承载力设计值：
（1）14、18#墩，采用φ1000×16钢管桩，最大压力1490kN。
泥面标高-3.0m，冲刷3m，取泥面标高-6.0m，受压桩桩底标高-19m。
钢管桩抗拔承载力计算如下：
（2）15~17#墩，采用φ1000×16钢管桩，最大压力873kN。
泥面标高-6.0m，冲刷3m，取泥面标高-9.0m，受压桩桩底标高-16m。
钢管桩抗压承载力计算如下：
满足要求。
11、钢管桩稳定性验算
钢管桩φ1000×16，泥下区防腐蚀预留厚度1.5mm，按照φ1000×14.5计算。
钢管桩在工况二作用点F时受力最不利。
轴应力19.4MPa，弯应力288MPa。
计算长度为，l0=12.5m
按b类截面进行计算
查表得：
φ=0.914
稳定性满足要求。
12、平联1稳定性验算
平联1采用2HM588×300，水下区防腐蚀预留厚度4.5mm，在工况二作用点B时受力最不利。
轴应力18.3MPa，弯应力258MPa。
计算长度为，l0=8m
按b类截面进行计算
查表得：
φ=0.929
稳定性满足要求。
13、平联2稳定性验算
平联2采用φ351×14，水下区防腐蚀预留厚度4.5mm，按照φ351×9.5计算，在工况二作用点C时受力最不利。
轴应力31.1MPa，弯应力217MPa。
计算长度为，l0=5.5m
按b类截面进行计算
查表得：
φ=0.878
稳定性满足要求。
14、钢管桩管壁局部强度验算
平联对钢管桩管壁局部最大压力1020kN，最大拉力1010kN。
主管直径为1000mm，厚度为16mm，加强板厚度14mm，考虑防腐蚀总厚度25.5mm。
支管等面积等效为直径600mm，厚度为7.5mm钢管。
T型节点为保证节点处主管强度，支管轴压力不大于下列设计值：
支管轴拉力不大于下列设计值：
其中：
，支主管外径之比
：
支主管夹角，700
：
主管外径，1000mm
：
主管壁厚，25.5mm
：
钢材强度设计值：
295MPa
计算得：
满足要求。
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