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水上施工平台计算资料
湖南省长沙市XXX
湘江大桥
水上施工平台计算书
2010年10月
一、前言1…
二、工程概况1...
三、计算依据1...
四、计算条件2…
1•水文条件及高程2
2•地质条件2
3.平台使用荷载2
4•河床冲刷计算2
五、计算荷载2...
1•作用在钢管上的水流力2
2.作用在钢管顶上的水流力3
3.风荷载3
4.平台上部荷载4
六、平台结构验算5..
1.计算步骤5
2.结构分析计算5
2.1荷载组合6
2.2强度计算结果7
2.3刚度计算结果9
2.4整体稳定性计算10
七、结语.11.
八、钢管桩埋入深度计算11
水上施工平台计算书
一、前言
本计算书根据水上施工平台的结构构造建立有限元模型,并根据其使用功能要求确定相应的荷载组合,计入荷载分项系数影响后,进行结构分析计算。
主要计算项目和内容包括:
1.荷载计算,包括使用荷载(指一台履带吊机、一台旋挖钻机、三台回旋钻机、三台泥浆渣箱、三台空压机)、风荷载、流水压力荷载的取值计算。
2.平台型钢梁的内力计算、抗弯抗剪承载力验算;
3.平台下部构造(含横梁、纵梁、平联和钢管桩)的应力验算。
并考虑了按规范公式进行稳定验算。
二、工程概况
大桥主墩Z1-Z5均位于湘江中,在枯水期水位27M时的最大水深在Z5主墩位置,水深为12M最小水深在Z1主墩位置,水深为7.8M,所以,Z1-Z5主墩桩基及承台均采用水上钻孔平台施工。
Z6主墩位于河东江边位置,采用筑岛施工。
水上钻孔平台的几何尺寸为39m(顺河)x33.8m(顺桥),平台顶标高为32.00m。
每个主墩的水上钻孔平台均采用u720x8mn钢管桩基础,桩顶设3140b工字钢横梁,其上铺设I40b工字钢纵梁。
为增加整个平台的稳定性,钢管桩腰身水面以上位置,纵、横向均采用U290x8mm钢管进行水平联接。
平台顶面采用在纵梁工字钢上横向满铺[32b槽钢。
三、计算依据
•《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
•《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
•《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》,TJ025-86
•《港口工程荷载规范》JTJ215-98
•《港口工程桩基规范》JTJ254-98
四、计算条件
1■水文条件及高程
根据设计提供的水文资料,确定平台顶标高:
32.00m。
根据设计资料,桥区最底河床标高为15.00m,平均河床高程19.80m。
设计水流流速:
1.702m/s
2■地质条件
根据设计文件显示,Z1-Z5主墩位置覆盖层厚度在0.5M-1.8M之间。
下层为全风化泥质粉砂岩。
3.平台使用荷载
平台承载力应满足:
一台50t履带吊、一台旋挖钻机、三台RC-300型钻机及配套设备重量的要求。
4■河床冲刷计算
考虑到五个主墩的钢平台均布置在湘江的中间,为了偏安全计算,五个主墩位置的水
上钻孔平台的钢管桩冲刷深度均按XXX过江通道防洪评价报告中提供的最大冲刷深度
2.86M采用。
由设计图所提供的桥位处的地质资料及以上数据可知:
要实现钢平台的安全渡洪,必
须保证在冲刷后钢管桩埋深》4.0m,因此总埋深应》6.86m,对埋深不足的钢管桩采用锚桩进行加固。
五、计算荷载
1■作用在钢管上的水流力
水流力标准值:
Fw=Cw(/2)V2A
式中:
Fw—水流力标准值,kN;
V-水流设计流速,m/s;取断面平均流速v=1.702m/s
CW—水流阻力系数;
p—水的密度,1.0t/m;
A—投影面积,m2;A=0.7218.81=13.54m2
L5.28
7.33
D0.72
考虑前后墩之间的水流遮挡效应产生的折减,
查《港口工程荷载规范》JTJ215-98表13.0.3-2得后桩m1=0.84,
前墩为1
墩柱相对水深影响系数:
H=26.1,n2=1
D
考虑以上所有修正后,
迎水面管桩Cw=0.73gmzn0.7311.251=0.91
后排管桩Cw=0.73mm2n0.730.841.251=0.77
前排①720X10:
Fw=0.9111.702213.54J7.85KN作用点高程:
H=24.63m。
2
后排①720X10:
Fw=0.7711.702213.54=15.1KN作用点高程同样为:
H=24.63m
2
2■作用在钢管顶上的水流力
水流力标准值:
Fw=Cw(/2)V2A式中:
Fw—水流力标准值,kN;
V-水流设计流速,m/s;取断面平均流速v=1.702m/scw—水流阻力系数;
p—水的密度,1.0t/m;
A—投影面积,m;A=0.996.6=6.53m2
查表得:
Cw=2.32
Fw=Cw(⑵V2A=2.32x(1/2)x1.7022x6.53=21.9KN作用点在钢管顶部
3■风荷载
包含作用在钢管桩上的及作用在上部结构型钢梁上的风荷载。
只考虑在高水位时的横桥向风荷载作用。
根据设计说明,长沙地区历年来最大风力为9级,极端最大风速为24m/s所以考虑风载不利组合以9级风考虑,并作用于平台钢管顶面。
此时风速V10=24m/sVd=K2XK5X24m/s=1.08X1.38x24=35.77m/s。
K2-高度修正系数,查规范取1.08(A类地表,离水面5米);
K5-阵风风速系数,查规范取1.38(A类地表);
设计基准风压为:
...'Vd20.012017xe』0001>5X35.772n_QQI.D
Wj-0.783KPa
2g2^9.81
横桥向风压计算:
W=k0k1k3w-
设计风速重现期换算系数,取1.0;
Ki—风载阻力系数,近似取1.3;
Kb—地形,地理条件系数,取1.0
W=1.018KPa
将风荷载转化成集中荷载加载到钢管的顶面。
上部结构高度h=0.450.450.09二0.99,且L=6.6m
.Fw-1.0186.60.99二6.65KN
4■平台上部荷载
探上部结构自重:
包括横梁、纵梁、平台面横向分配梁的结构自重完全通过程序自动加载。
探使用荷载:
根据施工需要,平台上除施工作业人员、小型机具外,最主要的是要承载一台50T履带吊(加吊重后按80T考虑),一台80T旋挖钻机,RC350型回旋钻机三台、泥浆渣箱三个以及空压机三台的钻孔用机械设备的荷载。
-RC-300型钻机的平面几何尺寸:
4.3m(长)x5.4m(宽);作用在单台钻机上的荷载包括:
钻机自重46T+钻杆自重(按102M长、每3M重0.9T计算)30.6T+钻头7.5T+钻头配重20T=104.1T
丄单个渣箱的平面尺寸:
4.5m(长)x2.4m(宽),单个渣箱重20T
-单台空压机重4.8T
右:
作用在每台回旋钻机上的最大扭矩300KN-M
50T履带吊及旋挖钻机均采用以下荷载图式:
J]
六、平台结构验算
i■计算步骤
选取河床标高最底的Z5主墩的钢平台做整体结构计算。
布置最不利三台钻机位置和相应配套设备荷载,一台50T履带吊、一台80T旋挖钻、三台钻机的扭矩以及平台侧向水流荷载及风荷载对结构进行受力分析,求解得到平台各部位构件的最大受力及最大变形值。
将履带吊、旋挖钻机、成孔钻机作为可变荷载,对结构进行屈曲分析验算平台整体稳定
2■结构分析计算
建立水上钻孔平台模型,平台各部位构件全部采用梁单元模拟。
平台计算模型
2.1荷载组合
LCB1:
1.2X结构自重+1.4X履带吊荷载+1.4X旋挖钻荷载+1.4X三台成孔钻机荷载
+1.2X三台泥浆渣箱及空压机荷载+1.4X风荷载+1.4X流水压力+成孔钻机扭矩荷载。
验算整体强度及刚度以及整体稳定性均采用LCB1荷载组合
2.2强度计算结果
平台最不利荷载计算模型图
平台最不利荷载时的结构组合应力图
从应力图可以看出,结构最大组合应力为179.9(MPa)
BEMSTRESS
2350&4e+D02
ISflS9Q7e+W2
I12S3Cta+m2
|“1芒仝牝+001
IQJOiMtlteH-DnD
LlJI3O2e+O0e卜蛊如丁飭+城
I-3£5134«*0QQ-4,4641Le+ME
CB:
ucai
MAX-1羽4】
MIN:
呦的
丈祥;
平台最不利荷载时的结构剪应力图
it朴肓II
XrQ4B3
从应力图可以看出,结构最大剪应力为44.8(MPa)
水上钻孔平台结构应力表
部位
最大组合应力(MpQ
最小组合应力
最大剪应力(Mg)
最小剪应力〔MpQ
钢管桥
40*8
-165.2
9・2
-9.6
钢管横联
105.7
-93.6
6
-1.4
平台横梁
79,3
-179.9
4L8
-44,6
平台纵梁
53」
-170
40*6
-30
平台分配梁
162.3
-95.8
15.3
-15.3
根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》,临时结构荷载组合容许应力提高系数1.3
[(TW]=145X1.3=188.5Mpa,[t]=85X1.3=110.5Mpa。
因此计算结果均满足强度要求。
2.3刚度计算结果
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5.0SSD4e*£i00
4.5SQL3fr*0W
4.D7921a^ODO
3f5fi233e+£IM
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日軸3L/lD/2010
X;-0.4S3Z
平台最不利荷载时DX方向上的的结构变形图
从结构变形图可以看出,结构最大位移为5.6(cm)
平台最不利荷载时DY方向上的结构变形图
从结构变形图可以看出,结构最大位移为0.57(cm)
平台最不利荷载时DZ方向上的结构变形图
从结构变形图可以看出,结构最大位移为3.14(cm)
19000
最大位移也56加叽药厂63知,刚度满足使用要求。
2.4整体稳定性计算
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儿
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HDQClOgHSaO右曲乌7D&-5.5&31]e-£ID&-7.78367^0§-aWl^GrOKd.22399e 喘界事战 ^M-3.226E+(»] 加心1 怕盟: : &W MJN;6D6 女粗捷一册料|他西 i^! iijiopoio逮承诂Ifl X: -0s4S3 *: -D,837 Z 平台最不利荷载时的一阶失稳模态 从图中可以看出,一阶屈曲特征值为32.3 屈曲模态特征值表 模态 特征值 容许误差 1 32.3 0.000001 2 38.4 0.000001 3 40.2 0.000001 4 40.9 0.000001 5 41.8 0.000001 6 42.7 0.000001 从以上计算结果可看出,一阶屈曲特征值大于4,平台满足稳定性的要求。 七、结语 通过对平台结构分析表明,水上钻孔平台的各部位构件内力均在容许范围之内。 平台结构是安全可靠的。 但由于DX方向(顺河方向)上的位移已经达到了5.66cm,所以,在洪期来监之前,应将已成的桩其与整个水上平台联接起来,以增大整个平台的安全稳定性。 八、钢管桩埋入深度计算 根据公路桥涵设计规范,摩擦桩入土深度不得小于4M,最大冲刷深度按XXX过江通道防洪 评价报告中提供的2.86M采用,则每根钢管桩的最小入土深度为6.86M。 k0=l+l/b=1+1/0.72=2.39 b=d=0.72M ku=0.9 b1=kuxk0xb=0.9x2.39x0.72=1.55 m=120000KN/M4;E=2.1x108KN/M;I=0.0011M4;EI=231000KN-M 根据前面的电算结果: 作用在钢管底部的最大内力分别为: V=1068.57KN;H=30KNM=249.9KN-M 将以上数据代入桥梁桥博士基础计算程序得到钢管桩对土体的侧向应力最大值: cmax=83.3(KPa),位置在距最大冲刷线下80cm处 I()(|? -孑1几DDnn.Bfifi 愉A敕彌: h=4XDDntFhi=Q.aMm>h2=D.000m alta=D.9GGfin=1SOUOD.UOO,n=LUOD,El=231UUQ.QOOm*"4外力P=ia(ia.57DKNrH=3D.UIIIIKhLM^=249.9UUKN-m外着軌】=n.nnorq? =n.nnnr砒=n.non.qd=o.nnn蚀m基底不議入岩石层 计算对果: 沟曲抽护林弯抓: Mo=2«.9KNhl剪力惟桂型弯世: Ma=249.9KUJ-m帼面竝隹柱墊碰: 水平程暮=»-DD23叽tfttawe: Mh=D.nKN-m delta=Dr0DZ3m 弯更鸡力 Ho-30.0KM 楼肖=-U.UD? S弧度 坐抹 位誓 D.00 0.0023 也2D D.0019 -GM 0.0015 ■U.6D U.UU12 n.HO n.nnnr ■1,00 0,000^ 1.20 D.0004 1.40 0.0003 1.60 0.0001 1.80 o.ooou 2.UU -0J0U0 ■2.? D n.nnai : un -O.UDDl 2.60 -D.0001 2.B0 -0.0001 3.DO -0.0001 3.20 -0.0U01 3.JU 0.0U01 1.ED -D.naai i.nn o.iioni <0Qo.nnnion 2^9.9 3D.D 255.4 22J5 250J 4J ZS6..5 -2(1.1 249.9 -4AJD Z3B.? -70,6 221.9 -91-.6 201.9 179.9 -118/3 150 -123.2 1303 1^^./ 1DBJ 11/.Il *3.8 ■108,1 633 96.4 45.3 82,7 30.2 -6B.D 1B.9 -53J 1L2 -38.6 35 -24.1 n.B H,e 00 .E63139848G.B.6上.3借fc5s^飪豎舖43.鈴弱-33⑷-46鴛-4G 地面臥下各点桩身水平僅移图 根据以上计算数据表明,钢管桩的入土深度达到6.86M,已完全能满足桩基受力需要
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