主墩钻孔平台设计计算书

主墩钻孔平台设计计算书设计依据、规范（1）《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007；（2）《钢结构设计原理》中国建材工业出版社；（3）《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011；（4）《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2004；（5）《装配式公路钢桥多用途使用手册》人民交通出版社;（6）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86。（7）《港口工程荷载规范》JTJ215—98。设计中取用材料参数A3钢材的允许拉、压应力：【o】=140MPaA3钢材的允许弯曲应力：【ow】=145MPaA3钢材的允许剪切应力：【T】=85MPaA3钢材的弹性模量：E=2.1X105MPa16Mn钢材的允许拉、压应力：【o】=200MPa16Mn钢材的允许弯曲应力：【ow】=210MPa16Mn钢材的允许剪应力：【T】=120MPa16Mn钢材的弹性模量：E=2.1X105MPa根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定，临时结构可以考虑1.3倍材料提高系数。主墩钻孔平台构造古镇水道桥21#-25#墩柱均在古镇水道中，需设置钻孔平台。钻孔平台设置在栈桥两侧，与栈桥连成一个整体。钻孔平台的设计标准能满足现场施工的各类恒载、活载受力要求，能满足ZJ-8单绳冲击钻机布置、10m3砼运输罐车、50t履带吊等施工机械作业和材料堆放要求。钻孔平台平面尺寸为15mX12m,单侧横桥向15m共设置3根①630X8mm钢管桩，顺桥向12米设置3根①630X8mm钢管桩，顶标高为+7.3m（与钢栈桥桥面标高一致），平台由钻孔区、材料堆放区组成，平台上部由贝雷、型钢及钢板面板构成。钻孔区和材料堆放区主承重梁采用2I36a和贝雷桁架，分配梁采用I36a，间距为50cm，面板为10mm厚钢板。平台四周设置1.2m的安全护栏，护栏由①48mm，63mm的钢管构成，护栏设置警示灯。平台基础采用规格为①630X8mm螺旋钢管桩。基桩钢护筒规格为内径①2500mm，由厚度为625mm、616mm、612mm钢板卷制而成，护筒间采用直径为①300mm，65mm钢管做平联（同时做泥浆循环连通管）。平台基础钢管桩之间、钢管桩与钢护筒之间采用［20a槽钢做平联及斜撑，并在低水位时焊接，以加强平台的整体稳定性。图3-1-主墩钻孔平台平面图图3-2-主墩钻孔平台立面图图3-1-主墩钻孔平台平面图图3-3-主墩钻孔平台侧面图主墩钻孔平台结构受力验算4.1荷载分析确定（1）恒载：单组单层双排贝雷梁自重：qj2kN/m。I36a分配梁及面板自q2=60x2+1x1x0.01x7850=200kg/m2=2kN/m2。（2）活载：a、10m3砼搅拌运输车，按40t汽车考虑（考虑1.1倍的冲击系数，按照45t进行计算）。b、ZK-8型气单绳冲击钻，钻机尺寸为2.5X8m。钻机自重11t,钻头8t。因此桩基到位后施工最大荷载为19t，按照20t进行计算。c、50t履带吊作为辅助施工机械在平台作业。履带吊自重为50t，履带宽度为0.7m,长度为4.5m,履带中心间距为3.6m。根据现场施工情况，按照20t的吊重考虑施工荷载，考虑1.1的冲击系数，则履带吊最大验算荷载为77t。d、单根基桩钢筋笼总重约13t。（3）风荷载：在受到台风影响时，按照最不利的情况考虑，即台风垂直贝雷梁方向作用。根据《公路桥涵通用设计规范》查相关公式及表格可知，Fh=K0KiK3WdAVd=K2K5Vi0Y=0.012017e-。.0001Z式中Fwh——横向风荷载标准值（kN）W0——基本风压（kN/m2）Wd设计基准风压（kN/m2）；Awh——横向迎风面积（m2），经过计算有效迎风面积为23.94m2。考虑平台顶部的施工机械等受到的风荷载影响，按照1.5倍的系数考虑。V10——桥梁所在地区的设计基本风速（m/s），根据古镇水道桥设计说明，最大的风速为22m/s。Vd——高度Z处的设计基准风速（m/s）Z——距水面的高度（m），施工平台距水面5m。Y——空气重力密度（kN/m3）。ko——设计风速重现期换算系数，取1.0。k1风载阻力系数(m/s)，经过计算取1.53.k2——考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数。查表后取1.08。k3——地形、地理条件系数。查表后，取1.0。k5——阵风风速系数。取1.38.g重力加速度，g=9.81m/s2。Vd=K2K5V1o=1.08X1.38X22=32.79m/s.Y=0.012017e-0.0001Z=0.012017e-0.0001X5=0.012kN/m3Wd=(0.012X53.652)/(2X9.81)=1.76kN/m2，F=KKKWA=1.0X1.53X1.0X1.76X23.94X1.5=64.47kN。wh013dwh由于平台横向和纵向用剪刀撑和平联将钢管桩连成一个整体，在受到风荷载后，迎风面会将荷载传递到每一根桩上，因此可以将风荷载对平台的影响转换为风荷载对单根钢管桩的影响。则每根钢管桩受到的荷载为64.47/76=0.85kN。钢管桩露出水面部分所受风荷载很小，可以忽略不计。流水荷载：查看相关水文地质资料，设计水流流速为1m/s，根据《公路桥涵设计通用规范》，则流水压力为：F=kAyV2/2g其中：K一为形状系数，平台下部均为钢管桩，系数取0.8，贝雷梁阻水面积近似矩形截面，系数取1.5；A一为阻水面积；Y一为水的重力密度，取10kN/m3；V—为设计水流速，1.0m/s；g—为重力加速度，取9.81m/s2；按照施工过程中最不利的因素考虑，在施工过程中遇到洪水，洪水上面有许多漂浮物，按照平台顶部全部被漂浮物遮挡，受力面积为44.5X(1.5+0.36X2+0.01)=99.23m2，则平台顶部流水压力计算如下:F1=kAYV2/2g=1.5X99.23X10X"/(2X9.81)=75.9kN由于平台为整体受力结构，将平台顶部流水荷载看作集中荷载加到每一根钢管桩顶部，则单根钢管桩顶受力为75.9/76=8.4kN。下部单根钢管桩被洪水淹没时受到流水压力影响的受力面积为18.2X0.63=11.47m2，贝F1=kAYV2/2g=0.8X11.47X10X22/(2X9.81)=18.71kN流水压力合力点作用在距离钢管桩顶部以下(7.3-2.23-(-13.83))X0.333=6.29m处，即标高为+1.01m的位置。4.2平台面板受力验算受力分析平台面板为1cm厚钢板，由于钻机、履带吊采用轨道或履带移动，均为均布力，因此最不利受力计算时应采用混凝土罐车荷载作用情况。分配梁间距为50cm，混凝土罐车单轮宽度为20cm单轮荷载按照施加，则q=36t/(4X0.5X0.2)=75t/m2。受力计算图式受力计算采用midas进行。图4-1-平台面板受力计算图（单位：m、kN/m）（3）计算结果图4-2-平台面板应力图（单位KPa）图4-3-平台面板变形图（单位m）由计算得到：0M=179.9MPaf^=0.6mm（4）强度及刚度验算正应力验算：'=179.9MPa<[ow]=1.3X145=188.5MPa满足要求。挠度验算：fM=0.6mm<0.364/250=1.5mm，满足要求。4.3分配梁受力验算（1）受力分析a）、45t罐车中、后轮轴重18.0t，横向间距为1.8m。前后轮荷载分布按照3:7计算。分配梁间距为50cm，最大跨径为5.8m。当砼罐车单侧轮胎作用在分配梁跨中时，荷载为450*0.7/4=78.75KN,按1根分配梁承受两组78.75kN车轮荷载计算。b）、ZJ-8型冲击钻机荷载一侧由14根分配梁承担，（下图中钻机形状仅为示意），因此每台钻机下，分配梁受力为（考虑1.5的动荷载系数）：20X1.5/14=2.14t=21.4kN。护筒内径为2.5m，贝雷梁间距为5.8m，且分配梁均落在两侧贝雷梁顶面，所以钻机荷载作用下分配梁主要承受压力。这里不再进行钻机荷载作用情况下分配梁的受力计算。c）、50t履带吊履带长度为4.5m，中心间距为3.6m，履带宽度为0.7m。考虑到最不利的情况（在钻孔平台进行材料吊装，吊M20t，考虑1.1冲击系数，合计77t），按照一条履带压在1条分配梁上进行受力计算，则每条分配梁受力为77/2/1/4.5=2.80t/m=8.56kN/m，支撑分配梁的承重梁间距为5.8m。截面系数I36a的截面特征：b=10mm=10X10-3mA=76.3cm2=76.3X10-4m2I=15760cm4=15760X10-8m4W=875cm3=875X10-6m3S=508.8cm3=508.8X10-6m3E=2.1X105MPa=2.1X1011Pa计算图式罐车荷载作用时：图4-4-罐车作用下受力计算图式（单位：m、kN）履带吊荷载作用时:图4-5-履带吊作用下受力计算图式（单位：m、kN）（4）计算结果罐车荷载作用时:-11日由履带吊施工时荷载作用:&耳-10i£图4-10-计算剪力图（单位kN）YVYvvYvVvVvVVVvVVVvvvvvvivvvyvIvtVtvtVtvyvIvIvIyI：S1L33S图4-11•计算支撑反力图（单位kN）由计算结果取最大值:Mm=157.5kN・mQ=103.2kNMaxR=114.7kNMax强度及刚度验算正应力验算：气=Mm/W=157.5X103/875X10-6=180.0MPa<[ow]=1.3X145=188.5MPa满足要求剪应力验算：气=QmS/Ib=103.2X508.8X10-6/(15760X10-8X10X10-3)=20.3MPa<[t]=1.3X85=110.5MPa满足要求挠度验算：根据分配梁的受力情况分析，混凝土罐车在加宽行车区作用时产生的挠度最大:DmAEEMENT□—l工】s^uaMa-HJW—■TIKaSTB-HJCfl—5M854-HJWDmAEEMENT□—l工】s^uaMa-HJW—■TIKaSTB-HJCfl—5M854-HJW—4-K>3L4a-^E«lL2KiM3s-»OW口IK可LBMEE-KBL5T|MJWEZMF4:：L□urnbmLfli'io.raiLSZiunmfM=1.5mm<5800/400=14.5mm满足要求4.4承重梁受力验算（1）受力分析平台承重梁采用贝雷梁，钻孔区最大跨径为8.25m。桩基施工时主要考虑混凝土罐车荷载、钻机荷载和履带吊荷载。a、混凝土罐车按照中、后轮36t荷载全部作用在单根承重梁顶部，中、后轮两排之间的间距为1.4m，单点荷载为36/2=18t=180kN。b、50t履带吊按照位于承重梁跨中作业的不利情况进行计算，每根承重梁受力为77/2/4.5=8.4t/m=84kN/m。（2）贝雷梁截面系数由《装配式公路刚桥梁多用途使用手册》表3-5和表3-6,可知部分贝雷片相关数据如下：单层双排不强型贝雷架：[M]=1576.4kN・m；[Q]=490.5kN；Ix=500994.4mm4=500994.4X10-8m4EI=1052008.2X103m（3）计算图式混凝土罐车荷载作用时:图4-13-计算图式（单位：m、kN）

图4-14-计算图式（单位：m、kN）50t履带吊荷载作用时:图4-15-计算图式（单位：m、kN）（4）计算结果混凝土罐车荷载作用结果：图4-16-弯距图（单位kN-m）图4-17-剪力图（单位kN）履带吊荷载作用结果:图4-18-弯距图(单位kN-m)图4-19-剪力图(单位kN)对上述几种荷载作用情况计算结果取最大值：Mm=616.5kN・m<1576.4kN・m,满足要求。Qm=210.5kN<490.5kN,满足要求。Rm=210.5kN挠度验算将均布荷载转简化为集中荷载的不利情况来验算挠度，对于单排贝雷架计算p=84x4.5=378kN可知：/1=pl3/(48EI)=378x103x93/(48x1052008.2x103)=0.0055m=5.5mm按照《装配式公路钢桥多用途使用手册》中交通部推荐公式计算贝雷梁拼装非弹性变形，/2=n(N2-1)/8=3.52x(42-1)/8=5.3mm。/Max=/1+/2=5.5+5.3=10.8mmv9000/400=22.5mm满足要求。(5)承重梁局部强度验算通过分配梁受力计算得到分配梁的最大支撑反力R=114.7kN,Max按照最不利荷载位置对承重梁局部弦杆进行分析。计算简图图4-20■计算简图（单位kN,m）计算结果图4-21-弯距图（单位kN・m）图4-22■剪力图（单位kN）图4-23-挠度图(单位m)验算结果气=Mm/W=10.75X103/155968Xm-9=69.2MPa<[ow]=210MPa满足要求。Tm=QmS/Ib=(57.35X103X23087)/2(1949600X5.3)=64.1MPa<[t]=120MPa,满足要求。/m=1.1mm<750/400=1.875mm，满足要求。承重梁局部强度及刚度满足要求。4.7钢管桩入土深度计算受力分析经计算，在荷载最集中的时候，单根桩最大荷载为700KN。地质情况表4-1古镇水道地质情况(按最低河床标高)分层厚度(m)层底高程(m)岩土名称及特征容许承载力(kPa)极限摩阻力(kPa)4.25-17.25粉砂903016.6-33.85淤泥70203.8-37.65粉砂9030钢管桩入土深度计算P二入SUtL700X1.55=3.14X0.63X(4.25X30+16.6X20+30Xh)求得：h=3满足要求。因此钢管桩入土深度为4.25+16.6+3=24m。施工阶段，定期测量平台下部河床标高，如果河床标高变化超过

1m时，在平台上下游抛投沙袋，保护平台下部河床免受冲刷影响。定期检查平台各部位状况，发现焊缝脱开时，应及时予以补焊，有脱空现象时应予以加垫支撑牢固。4.8钢管桩受压稳定性验算（1）受力分