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采用构造配筋。
2、负弯距配筋
(二)粉喷桩及强夯复合地基计算书
1.设计依据:
(1)项目部提供的梁厂各结构的平面尺寸、地质情况简述和承载力要求。
(2)《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002。
(3)《建筑地基基础技术规范》DB42/242-2003。
2.设计要求:
经加固后复合地基承载力特征值fspk≥150Kpa。
3.设计计算:
(1)粉喷桩复合地基:
根据结构的受力特点及地质情况,本方案采用φ500的粉体搅拌桩(简称粉喷桩)处理该软弱地基,具体方案设计如下:
(2)桩长:
本工程粉喷桩主要处理填土及淤泥质土,因此,粉喷桩应穿过填土及淤泥质土层,并进入其下相对较好的粉质粘土层一定深度,故此,本工程粉喷桩桩长定为11.0m。
(3)桩身材料:
本工程粉喷桩的粉体材料选用PO或PS32.5的普通硅酸盐水泥,水泥掺入量按50kg/m考虑。
(4)单桩承载力特征值:
①按桩身强度计算:
②按地质情况计算:
粉喷桩单桩承载力由桩身强度控制,取100KN。
(5)粉喷桩面积置换率:
则:
本工程,
不小于170Kpa,
取80Kpa。
因此,本工程的粉喷桩面积置换率不应小于0.224。
(6)粉喷桩的布置:
根据本工程的结构型式,拟采用矩形布置。
桩间距确定:
由
,得:
则,当B=1.5m时,
当B=1.6m时,
因此,桩间距当B=1.5m时,不得大于1.17m,当B=1.6m时,不得大于1.09m。
详见粉喷桩平面布置图。
4.置换强夯处理方案:
(1)土层参数:
人工填土:
=120Kpa
淤泥质粉质粘土:
=90Kpa
淤泥质粘土:
=80Kpa
粉质粘土:
(2)块石墩设计取值:
平均墩长10.5m,墩体直径1.5m,单墩承载力R=400KN
3、复合地基承载力:
Kpa≥150Kpa(可行)
:
复合地基承载力(KPa)
墩间土承载力(KPa)
S:
单墩所占面积(m2)
S1:
单墩面积(m2)
R:
单墩承载力(KN)
六.出海码头设计计算书
(一)设计采用规范及文件
1.波浪力按行业标准《海港水文规范》(JTJ213-87)确定;
2.《港口工程荷载规范》(JTJ215-98);
3.在钢管桩内灌注混凝土所形成的钢管混凝土桩,其桩身结构承载力按《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28)确定;
4.《港口工程桩基规范》(JTJ254-98);
5.钢管桩强度计算和稳定性验算,按《钢结构设计规范》(GBJ17)执行;
6.钢管桩采用Q235钢,应采用E4301、E4303型等E43XX系列焊条。
钢材的强度设计值为:
抗拉、抗压和抗弯f:
200x0.95=190Mpa
抗剪fV:
115x0.95=110Mpa
7.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025—86)
8.《杭州湾跨海大桥招标文件》
9.《杭州湾跨海大桥施工招标图纸》
(二)设计、计算项目
1.箱梁出海码头普通墩的设计;
2.栈桥端部防撞墩;
3.运架船靠船墩;
4.材料码头的设计计算;
5.钢箱梁的设计计算
(三)设计资料
1.设计船型
设计船型为专用运架船。
船长L=88.2m,船宽B=40m,型深D=7.0m,满载吃水T=3.5m,满载排水量10901t。
满载梁航行时,抗风蒲氏8级及相应波浪。
2.水文及气象资料
(1)水位(国家85高程系统)
设计高水位:
H=1.7m;
极端高水位:
H=3.2m;
设计低水位:
-2.3m;
极端低水位:
-3.44m。
(2)波浪
波浪重现期为100年,
H=3.0m;
H=2.65m;
(3)水流
最大涨潮表面流速:
V1=0.76m/s,流向339°
(与北向夹角);
最大落潮表面流速:
V1=0.62m/s,流向182°
(4)风
工作风力按8级风,风速V=20.3m/s;
非工作风力按12级风,风速V=32.2m/s。
(四)荷载计算
1.预制梁自重约2000t,施工荷载按2400t控制设计;
横移小车一个支点的压力按600t设计;
2.箱梁出海码头钢梁纵向水平力:
G·
μ=1200x0.15=180t(由滑道自相抵消);
3.专用架运船系缆力
(1)船舶受风面积
工作风速V=20.3m/s(8级风),非工作风速V=23m/s(9级风),按《港口工程技术规范》(JTJ215-98)10.2.2条计算。
满载时,LogAxw=-0.036+0.742log10000
Axw=855m2
I.LogAyw=-0.107+0.621log10000
Ayw=238m2
压载时,LogAxw=0.238+0.727log10000
Axw=1552m2
LogAyw=0.019+0.628log10000
Ayw=340m2
(2)作用于船舶上的风压力
计算风压力按(JTJ215-98)10.2.1条计算。
工作状态,Fxw=73.6x10-5x855x20.32x0.9=233kN
Fyw=49x10-5x238x20.32x0.9=43kN
非工作状态,Fxw=73.6x10-5x1552x232x0.9=544kN
Fyw=49x10-5x340x232x0.9=79kN
(3)作用于船舶上的水流力
水流力按(JTJ215-98)附录E.0.11条计算。
水流向与船舶纵轴夹角30度。
船舶吃水线以下横向投影面积(E.0.4.1)
logB’=0.484+0.612xlog10000
B’=855m2
Axc=B’sin30°
=428m2(E.0.14)
Ayc=B’cos30°
=740m2(E.0.14)
Cxc=1.72x3.1416x30/180+0.05=0.951(E.0.12-1)
Cyc=1.72x3.1416x30/180+0.1=1.0(E.0.12-2)
涨潮时,Fxc=0.652x1.025x1.722x740/3=487kN(E.0.11-1)
Fyc=1.0x1.025x1.722x428/3=432kN(E.0.11-2)
落潮时,Fxc=0.951x1.025x1.252x740/2=563kN(E.0.11-1)
Fyc=1.0x1.025x1.252x428/2=342kN(E.0.11-2)
(4)系缆力
系缆力按(JTJ215-98)10.4.1条计算。
N=1.3/3x(843/sin30/cos30+265/cos30/cos30)=996.7kN
Nx=996.7xsin30xcos30=418KN
Ny=996.7xcos30xcos30=725KN(由栈桥中间的系缆墩承担)
若按两个系缆墩计,N=1.2/2x(843/sin30/cos30+265/cos30/cos30)=1380kN
Nx=1380xsin30xcos30=597KN
(4)、“专用架运船”挤靠力
挤靠力按(JTJ215-98)10.5.3条计算。
Fj’=1.3x(544+487)/3=446KN
对于防撞墩B为1031KN
(5)撞击力
船舶靠岸撞击力按(JTJ215-98)10.6.2条计算:
专用架运船:
E=0.75x0.5x10901x0.152=92kJ
初选标准型橡胶护舷,E=98KJ,反力R=274KN
1000t级驳船:
E=0.75x0.5x1000x0.22=33.8kJ
(6)波浪引起的船舶撞击力按(JTJ214-87)附录七计算:
天一号对码头撞击的法向速度:
V=0.22x2.11x39.61x13/7/40/3.2=0.267m/s
有效撞击能量:
E=0.5x1.1x6771x0.2672=265.5KJ
选用标准型橡胶护舷,E=302KJ,反力R=590KN
船舶(1000t级)对码头撞击的法向速度:
V=(0.22x2.11x39.61x13/7/12/1.8)sin15=0.41m/s
E=0.5x1.1x2500x0.412=232.4KJ
4.水流力
水流力按(JTJ215-98)13.0.1条计算。
栈桥每根钢管桩所受水流力:
Fw=0.73x(1.025/2)x1.12x1.2x13.5+1.5x(1.025/2)x1.12x1.2x7.5=15.7kN
5.波浪力
波浪力按(JTJ213-87)7.3.1~4条计算。
由H/d=4.2/14=0.3,查图7.3.3-1,波峰在静水面以上的高度
ηmax=0.67m,
Z1=0
Z2=14+0.67=14.67m
Z2’=14+0.67-4.2/2=12.57m
Z2/L=14.67/63.4=0.23
Z2’/L=12.57/63.4=0.20
d/L=14/63.4=0.22
查图7.3.3-2,得K1=0.158
查图7.3.3-3,得K2=0.77
查图7.3.3-5,得K3=0.064
查图7.3.3-7,得K4=0.455
作用于整个柱体高度上的最大速度分力为(式7.3.3-1):
PDmax=1.2x10.868x1.2x4.22x0.158/2=22.23KN
1.19xPDmax=1.19x22.23=26.5KN
PDmax对桩在地面处的力矩为
MDmax=1.2x10.868x1.2x4.22x63.4x0.064/2/3.14=181.8KNm
1.19xMDmax=216KNm
PImax对桩在地面处的力矩为
MImax=2.0x10.868x4.1526x4.2x63.4x0.455/4/3.14=887.56KNm
作用于整个柱体高度上的最大惯性分力为(式7.3.3-1):
PImax=2.0x10.868x4.1526x4.2x0.77/2=144.11KN
当PDmax<0.5PImax时,最大水平总波浪力Pmax=PImax=144.11KN
对水底面的最大总力矩
Mmax=216x(1+0.25x543.622/324.52)=367KNm
换算成桩顶水平力P=367/14=26KN
波浪对钢箱梁的水平力P’=15x6x2=180KN
每组4根桩的总水平力
P总=26x4+180x2=464KN
6.竖向力
栈桥双桩竖向力V=6000+6000x(6-5.45)/6+250+150=6900KN
单桩设计竖向承载力3500KN。
(五)荷载组合
1.栈桥桩
设计控制组合:
设计高水位时风力+波浪力+横移箱梁荷载
V=3500KN(单桩)
校核组合:
极端高水位时风力+波浪力+横移箱梁荷载
H=464KN(每组桩)
2.靠船墩
设计高水位时风力+波浪力+船挤靠力
V=1800KN
H=12+26x6+446=614KN
1000t铁驳:
V=2000KN
H=11+56x2+90=213KN
极端高水位时风力+波浪力
天一号:
H=6+26x6x1.3=209KN
H=26x4+6=110KN
(六)设计拟定的主要数据
1.栈桥第一跨跨度12米,其余跨度均为6米,除第一跨内桩基础采用钻孔桩外,其余均为砼管桩+钢管桩的形式。
钢箱梁第一跨海侧桩基础采用2-φ1.5米钻孔摩擦桩,入土深度60米,单桩桩顶设计承载力500t;
第2~9跨(地面标高-2以上)桩基础采用2-φ1.0米A型砼管桩(顶节采用壁厚18mm同直径钢管桩),入土深度45米;
其余跨(地面标高-2以下)桩基础采用2-φ1.2米A型砼管桩(顶节采用壁厚18mm同直径钢管桩),入土深度40米。
管桩地面以下2米至桩顶填充C30砼,以增强抵抗水平力,单桩桩顶设计承载力350t。
栈桥普通墩外侧桩基础采用φ0.7米A型砼管桩(顶节采用壁厚12mm同直径钢管桩)。
管桩入土深度15米,单桩桩顶设计承载力60t。
每相邻两排共6根钢管桩间设桩间联结系以进一步增强抵抗纵、横向水平力。
2.专用架运船靠船墩分别采用6-φ1.0、5-φ1.0砼管桩(顶节采用壁厚16mm同直径钢管桩),靠船侧两根桩采用直桩,其余采用斜桩,斜度4:
1。
3.材料码头系缆墩采用钢管桩结构,每个系缆墩下设4-φ1.2米垂直A型砼管桩(顶节采用壁厚16mm同直径钢管桩),桩顶设联接系,壁厚16毫米,入土深度15米,靠船侧管桩地面以下2米至桩顶填充C30砼,每个系缆墩上设一个25T系缆柱。
4.箱梁出海码头钢箱梁、桩顶分配梁截面尺寸:
第一跨钢箱梁截面高2.8m,宽0.8m;
其余跨主钢箱梁截面高1.7m,宽0.8m。
钢箱梁最大计算跨度12m,最小计算跨度6m。
桩顶分配梁截面高1.2m,宽0.6m,跨度1.2+2.3+1.2m。
(七)计算结果
使用桩基计算程序及结构计算程序计算,结果如下:
1.出海码头第一跨钻孔桩墩:
墩顶最大水平位移16.7mm;
沉降量3.8mm,(单桩桩顶设计承载力竖向V=500t,水平H=10t);
2.出海码头普通墩(按四根一组):
墩顶最大水平位移24.6mm;
沉降量4.6mm,(单桩桩顶竖向力V=350t,群桩水平力H=46t,桩顶铰接)。
3.出海码头端部防撞墩A:
墩顶最大水平位移11mm;
(群桩设计水平力H=60t,桩顶按铰接计算);
4.专用架运船靠船墩:
墩顶最大水平位移15.6mm,
(群桩设计承载力竖向V=180t,水平H=61t,桩顶按铰接计算);
5.栈桥中部“天一号”系缆墩:
墩顶最大水平位移15.4mm,
(群桩设计承载力竖向V=200t,水平H=50t,桩顶按铰接计算);
6.材料码头系缆墩:
墩顶最大水平位移25.1mm;
沉降量2.1mm,
(群桩设计承载力竖向V=200t,水平H=25t,桩顶按固接计算);
7.首跨(12m)主钢箱梁最大挠度fmax=5.1mm,
f/L=1/2350<[1/600],
σmax=128Mpa<[190Mpa]
τmax=86Mpa<[110Mpa]
其余跨(6m)主钢箱梁最大挠度fmax=2mm,
f/L=1/3000<[1/600],
σmax=120Mpa<[190Mpa],
τmax=98Mpa<[110Mpa]
8.桩顶分配梁最大挠度fmax=0.45mm,
f/L=1/5100<[1/600],
应力σmax=130Mpa<[190Mpa],
τmax=89Mpa<[110Mpa]
满足规范及施工要求。
七.箱梁预制、移位
(一)纵横移轨道计算
1.设计依据:
《青岛海湾大桥设计图纸》
2.参考规范:
(1)《公路桥涵设计通用规范》
(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)
(3)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)
(4)《公路桥涵施工技术规范》
3.计算施工荷载:
(1)预制梁自重按2000t控制设计。
(2)横移小车一个支点的压力按525t设计。
4.设计拟订数据:
(1)纵横移滑道梁为普通钢筋混凝土连续梁,梁高3.0米,梁宽1.4米。
(2)在横移滑道上横移主梁时两支点间距5.45米,纵移滑道上纵移时两支点间距57米。
(3)横移滑道最大计算跨度8.5米,纵移滑道最大计算跨度9.5米。
(4)为简化计算,横移滑道按五等跨连续梁计算,纵移滑道按单集中荷载五等跨连续梁计算。
5.横移滑道计算
结构在自重作用下弯距如图所示
结构在活载作用下最大正弯距:
结构在活载作用下最大负弯距:
故设计弯距M+max=1.2×
549+1.4×
8914=13138.4
故设计弯距M-max=1.2×
799+1.4×
7316=11201
配筋计算
根据结构受力特点,取轨道梁截面尺寸为梁高3m、宽1.4m。
混凝土为C30,钢筋为HRB335直径32mm。
出于安全考虑按单筋截面配筋。
由公式
根据材料,混凝土轴心抗压设计强度取Ra=17.5MPa,Ⅱ级钢筋抗拉设计强度Rg=340MPa,混凝土安全系数γc=1.25.分别带入最大正负弯距算得下缘所需钢筋数量Ag=17113mm2,选取φ32钢筋,需22根;
上缘所需钢筋数量Ag=14483mm2,选取φ32钢筋,需18根。
6.纵移滑道计算
686+1.4×
10248=15170.4
997+1.4×
5155=8413.4
根据结构受力特点,取轨道梁截面尺寸为梁高3m、宽1.4m。
出于安全考虑按单筋截面配筋。
根据材料,混凝土轴心抗压设计强度取Ra=17.5MPa,Ⅱ级钢筋抗拉设计强度Rg=340MPa,混凝土安全系数γc=1.25.分别带入最大正负弯距算得下缘所需钢筋数量Ag=23058.8mm2,选取φ32钢筋,需29根;
上缘所需钢筋数量Ag=13691.2mm2,选取φ32钢筋,需18根。
7.结论
通过桥梁博士演算分析,结构在承载能力极限状态下满足强度要求,在正常使用状态下裂缝均满足要求。
(二)钻孔桩计算
1.设计依据:
2.参考规范:
3.设计地质数据:
地层分布从上向下为淤泥混砂、粘土、砂层、粘土、泥岩层、角砾岩层,各单元土层承载力标准值,桩基础设计参数按规范要求并结合当地建筑经验如下:
单元土体名称
本层土底面所在深度(m)
每层土厚度(m)
地基承载力标准值(KPa)
钻孔桩极限侧阻力标准值(KPa)
人工填土
2.3
90
18
淤泥质粉质粘土
8.1
5.8
淤泥质粘土
10.18
2.08
80
20
粉质粘土
13.48
3.3
120
28
粗砾砂
17.08
3.6
420
116
18.48
1.4
120
28
25.48
7
420
26.98
1.5
32.68
5.7
强风化泥岩
34.68
2
400
80
强风化角砾岩
38.68
4
450
90
4.横移滑道钻孔桩计算
由桥梁博士计算得桩顶外力为Nj=9780KN.
计算桩长
Nj=
U∑Liτi+λm0A{[σ0]+K2γ2(h-3)}
计算时取以下数据:
桩的成孔直径1.3m,桩周长U=π×
1.3=4.082m,A=
π=1.27m2,λ=0.7,m0=0.6,K2=5.0,h>
40,取40,[σ0]=400kPa,γ2=15kN/m3(已扣除浮力)。
带入资料估算出桩长h=51.25,取h=52m。
按轴心受压构件配筋
Nj≤Nu=ψγb(RaA/γc+Rg′Ag′/γs)
混凝土满足抗压强度,只需按构造配筋24φ22根就可以。
5.纵移滑道钻孔桩计算
由桥梁博士计算得桩顶外力为Nj=6530KN.
带入资料估算出桩长h=35m。
6.存梁台位钻孔桩计算
由桥梁博士计算得桩顶外力为Nj=5000KN.
带入资料估算出桩长h=32m。
八.箱梁运输、架设
(一)龙门吊轨道基础计算(设计依据)
1.《地基基础设计规范》
2.《混凝土结构设计规范》
3.《龙门吊机设计参数》
(二)基本假定:
1.在最大荷载情况下,吊机每个轮子均匀受压;
2.在最大荷载情况下,地基基础均匀受力,按倒梁法建立计算模型,计算截面最大内力
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