桥梁主墩防撞计算书.docx

桥梁主墩防撞计算书.docx

《桥梁主墩防撞计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥梁主墩防撞计算书.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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

编制人：

校核人：

审核人：

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。