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。
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- 栈桥 平台 设计 计算 方案