特大橋D4合同段鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書

特大橋 D4合同段鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書 特大橋 D4 合同段鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書 新造珠江特大橋 d4合同段鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書計(jì)算： 復(fù)核： 審核： 路橋華南工程有限公司新造珠江特大橋 d4 合同段鋼棧橋設(shè)計(jì)計(jì)算書第一章：工程簡介一工程概況新造珠江特大橋?yàn)閺V州新洲至化龍快速路上的控制性工程，全長 1980m。其中引橋長 1222m，斜拉主橋長 758m，珠江大橋橋跨組合為 6（ 341.3） m 241.3m（ 64+140+350+140+64)m（ 248m+40） 2（ 432.5） m。主線按雙向六車道，設(shè)計(jì)行車速度為 80km/h；主橋橋?qū)?31 米，引橋標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?28.5米；本工程總工期 30 個(gè)月。主橋?yàn)橹骺鐬?350m 的雙塔斜拉橋。 22、23主墩以及 21輔助墩為水中基礎(chǔ)，需搭設(shè)棧橋及平臺(tái)進(jìn)行施工。根據(jù)工程所處地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，擬采用貝雷桁架在南、北兩岸搭設(shè)鋼棧橋。二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、施工鋼棧橋鋼棧橋采用貝雷加型鋼的組合結(jié)構(gòu)形式，北岸鋼棧橋采用 3+186+152m 跨徑組合、南岸鋼棧橋采用18+152m跨徑組合。鋼棧橋采用 6308mm 的鋼管樁作為基礎(chǔ)，鋼管樁橫橋向中心距為 400cm，在鋼管樁上面設(shè)置雙支 i32型鋼作為承重梁，并設(shè)置牛腿與鋼管 樁進(jìn)行連接。貝雷為雙排單層加強(qiáng)，兩排貝雷之間采用 45花架連接。二次分配梁采用 i28a 型鋼， i28a型鋼間距為 100cm。 i28 二次分配梁上面設(shè)置 20a 型鋼作為一次分配梁，中心距為 23cm，形成棧橋。二次分配梁 i28a與貝雷之間采用直徑為 16mm的騎馬螺栓進(jìn)行連接固定。鋼棧橋的兩端設(shè)置 48 鋼管作為防護(hù)欄。鋼棧橋的布置圖如下：鋼棧橋斷面圖（單位： m） 2、鉆孔施工平臺(tái)鉆孔平臺(tái)采用貝雷桁架作為主承重結(jié)構(gòu)， 20 型鋼作為一次分配結(jié)構(gòu)、i28 按照 1m間距分布作為二次分配結(jié)構(gòu)， i32 型鋼作為四周圈梁將荷載傳遞給鋼管 樁基礎(chǔ)。鋼管樁采用直徑 630mm、壁厚 8mm螺旋鋼管，鋼管樁中心距 6.4m。二次分配梁 i28a與貝雷之間采用直徑為 16mm的騎馬螺栓進(jìn)行連接固定。鋼棧橋的兩端設(shè)置 48 鋼管作為防護(hù)欄。鋼棧橋的布置圖如下： 3、主墩碼頭鉆孔平臺(tái)采用貝雷桁架作為主承重結(jié)構(gòu)， 20 型鋼作為一次分配結(jié)構(gòu)、 i28 按照 1m 間距分布作為二次分配結(jié)構(gòu)， i32型鋼作為四周圈梁將荷載傳遞給鋼管樁基礎(chǔ)。鋼管樁采用直徑 630mm、壁厚 8mm 螺旋鋼管，鋼管樁中心距 4m。二次分配梁i28a與貝雷之間采用直徑為 16mm 的騎馬螺栓進(jìn)行連接固定。鋼棧橋的 兩端設(shè)置 48 鋼管作為防護(hù)欄。鋼棧橋的布置圖如下：第二章：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算各相關(guān)參數(shù)的確定一計(jì)算目的為了使鋼棧橋、鉆孔施工平臺(tái)及主墩碼頭在新造珠江特大橋施工的整個(gè)過程中能夠安全可靠地投入運(yùn)用，需對(duì)鋼棧橋的各結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等方面的計(jì)算與驗(yàn)算。二參考資料 1、設(shè)計(jì)院及相關(guān)部門提供的該項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)資料 2、公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（ jtj041-） 人民交通出版社 3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊（第二版） 中國建筑工業(yè)出版社 4、公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（ jtj025 86） 5、結(jié)構(gòu)力學(xué) 人民交通 出版社 6、路橋施工計(jì)算手冊 人民交通出版社 7、實(shí)用土木工程手冊 人民交通出版社 8、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 （ jtg d60）三計(jì)算過程中采用的部分參數(shù) a3 鋼材的允許應(yīng)力：【 】 170mpaa3 鋼材的允許剪應(yīng)力：【 】 85mpaa3鋼材的彈性模量： e 2.1105mpa16mn鋼材的允許應(yīng)力：【 】210mpa16mn鋼材的允許剪應(yīng)力：【 】 120mpa16mn鋼材的彈性模量：e 2.1105mpa 四設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及荷載的確定 1上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算荷載為 50t 履帶吊及砼罐車， 50t履 帶吊自重約為 50t，其計(jì)算工況為最重荷載在棧橋上行駛時(shí)對(duì)棧橋的影響，考慮可能出現(xiàn)的履帶吊停留在棧橋上吊裝作業(yè)時(shí)的情況，吊重按 20t 考慮，則考慮 1.1 的沖擊系數(shù)最后取 77t進(jìn)行計(jì)算。 2結(jié)構(gòu)自重按實(shí)際重量計(jì)入或由計(jì)算軟件自動(dòng)計(jì)入； 3流水壓力因新造珠江特大橋施工圖設(shè)計(jì)說明中未提供相關(guān)數(shù)據(jù)，出于安全考慮，施工區(qū)域流水設(shè)計(jì)流速 300cm/s。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范，則流水壓力為： fw=kav2/2g 其中： k 為形狀系數(shù)，圓形取 0.8； a 為阻水面積，取 1m 長度計(jì)算，則面積為0.82m2； 為水 的重力密度，取 10kn/m3； v 為設(shè)計(jì) 水流速， 1.4m/s； g 為重力加速度，取 9.81m/s2； 則：水流壓力 fw=0.80.631032/29.81=2.212kn/m 即鋼管樁在水中的自由段承受 2.212kn/m的水流壓力。五結(jié)構(gòu)計(jì)算工況的確定 1主橋施工棧橋工況一：鋼棧橋搭設(shè)施工時(shí)， 50t履帶吊懸吊振樁錘打樁。此時(shí)由于前面的鋼管樁還在振打， 50t履帶吊必需停留在懸臂跨上，此工況下主要考慮懸臂時(shí)對(duì)貝雷的受力大小及鋼管樁的承載力。計(jì)算荷載為履帶吊的自重、振樁錘重同時(shí)考慮一定的沖擊系數(shù)，最后 荷載值取77t。最大荷載組合為：恒載 +活載 +水流壓力工況二：鋼棧橋搭設(shè)好后，正常投入使用時(shí)，各種施工車輛在上面行駛或停留。在整個(gè)施工過程中，最大荷載有砼運(yùn)輸車滿載時(shí)為 30t 左右，考慮沖擊系數(shù)取33t；履帶吊自重 50t，吊重 20t，考慮沖擊系數(shù)取 77t。最大荷載組合為：恒載 +活載 +水流壓力 2、主墩鉆孔施工平臺(tái)：主墩鉆孔施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)搭設(shè)過程受力狀態(tài)與使用過程受力狀態(tài)基本一致，所以僅按照使用過程進(jìn)行分析。最大荷載有砼運(yùn)輸車滿載時(shí)為 30t左右，考慮沖擊系數(shù)取 33t；履帶吊自重 50t，吊重 20t，考慮沖擊系數(shù)取 77t。 3、主墩碼頭：主墩鉆孔施工平臺(tái)結(jié) 構(gòu)搭設(shè)過程受力狀態(tài)與使用過程受力狀態(tài)基本一致，所以僅按照使用過程進(jìn)行分析。最大荷載有砼運(yùn)輸車滿載時(shí)為 30t 左右，考慮沖擊系數(shù)取 33t；履帶吊自重 50t，吊重 20t，考慮沖擊系數(shù)取 77t。經(jīng)過初步分析：主橋鋼棧橋、鉆孔施工平臺(tái)、碼頭均按照履帶吊控制設(shè)計(jì)。第三章：結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)算一、主棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算 :1工況一在工況一里，主要考慮汽車吊的懸臂作用。單跨棧橋?yàn)?18m，綜合考慮 50t履帶吊的作業(yè)半徑，履帶吊的荷載布置為從懸臂端的樁頂開始，荷載分布為兩中心距為 3.6m（邊到邊為 4.3m）的均布荷載，荷載寬度為 0.7m，長度為 5m。每條履帶的均布荷載大小為 77025=77kn/m ，履帶吊在棧橋上居中布置，履帶懸臂一半。其示意圖如下： 一次分配梁 20 的計(jì)算：根據(jù)荷載分布情況以及履帶寬度，按最不利考慮，單條履帶荷載考慮由 3條20a型鋼承擔(dān)，其大小為 773=25.67kn/m, 按 5 跨連續(xù)梁考慮，其計(jì)算結(jié)果如下：由上圖計(jì)算結(jié)果可知， 20a 承受的最大組合應(yīng)力為= -108.05mpa【 】 170mpa。由上圖計(jì)算結(jié)果可知， 20 最大位移為 f=0.66mm【 f】 l/400=2.5mm。二次分配梁 i28的 計(jì)算：根據(jù)一次分配梁 20的計(jì)算結(jié)果得知，在懸吊振樁的情況下，一次分配梁對(duì)二次分配兩產(chǎn)生的作用力最大為 29.32kn，則施加在二次分配梁上的作用力按單邊最外側(cè) 3 個(gè) 23cm等間距 29.32kn大小（實(shí)際要略?。┑淖饔昧τ?jì)算，則二次分配梁的計(jì)算結(jié)果如下：由上圖計(jì)算結(jié)果可知， i28 承受的最大組合應(yīng)力為 =87.04mpa 【 】 170mpa。由上圖計(jì)算結(jié)果可知， i28 最大位移為 f=2.4mm【 f】 l/200=5mm。整體計(jì)算：由于懸吊振樁錘施工時(shí)，履帶吊為居中布置，棧橋的各結(jié)構(gòu)都是等間距對(duì)稱布置的，所以貝雷 計(jì)算時(shí)可將各重量簡化為均布荷載進(jìn)行計(jì)算。履帶吊的履帶長度為 5m，則貝雷懸臂部分按 2 片貝雷6m考慮，每片貝雷加花架按 300kg考慮，則施加在貝雷上的荷載為：貝雷： 3501/3=116.7kg/mi28: 43.46561=260.79kg/m20: 22.632251=565.8kg/m 則施加在貝雷上的結(jié)構(gòu)自重按均布荷載為9.44kn/m，單側(cè)雙排加強(qiáng)貝雷的均布荷載為 2.36kn/m，施加的活載為單條履帶 77kn/m，貝雷的計(jì)算結(jié)果如下： 由上圖計(jì)算結(jié)果可知，雙排加強(qiáng)貝雷承受的最大組合應(yīng)力為=167. 43mpa【 】 210mpa。由上圖可知，雙排加強(qiáng)貝雷最大位移為 f=4.98mm【 f】 l/400=45mm。由上圖可知，鋼管樁最大反力為 570.63kn。鋼棧橋的整體穩(wěn)定性計(jì)算：由上圖計(jì)算結(jié)果可知，鋼棧橋第一階失穩(wěn)系數(shù)為 15.2。結(jié)論：綜合上述結(jié)果可知，鋼棧橋在工況一荷載作用下，有足夠的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)安全可靠。2工況二在工況二中，計(jì)算荷載取履帶吊的 55t。由于在工況一中計(jì)算荷載也為 55t，所以在工況二里不再進(jìn)行一次分配梁和二次分配梁的單獨(dú)計(jì)算，而直接進(jìn)行貝雷及棧橋的整體穩(wěn)定計(jì)算。整體計(jì)算 ：由工況一的計(jì)算可得知貝雷上的結(jié)構(gòu)自重荷載為 11.8kn/m，單條履帶活載為 77kn/m（荷載長度為 5m），貝雷彎矩計(jì)算時(shí)活載布置到跨中，剪力計(jì)算時(shí)布置到支點(diǎn)處，貝雷取一聯(lián) 4 跨連續(xù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：由上圖可知，雙排加強(qiáng)貝雷最大組合應(yīng)力為 =195.08mpa 【 】 210mpa。由上圖計(jì)算結(jié)果可知，雙排加強(qiáng)貝雷最大變形撓度為 f=27.39mm 18000400=45mm 。由上圖計(jì)算結(jié)果可知，鋼管樁最大反力為 f=541.33kn 鋼棧橋的整體穩(wěn)定計(jì)算：由上圖計(jì)算結(jié)果可知，鋼棧橋第一階失穩(wěn)系數(shù)為 10.61。結(jié)論：綜合上述結(jié)果可知，鋼棧橋在工況二荷載作用下，有足夠的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)安全可靠。二、主墩鉆孔施工平臺(tái)： 1、一次分配梁 20的計(jì)算： 該分配梁計(jì)算結(jié)果與主棧橋的一次分配梁計(jì)算結(jié)果一致。 2、二次分配梁 i28的計(jì)算： 該分配梁計(jì)算結(jié)果與主棧橋的一次分配梁計(jì)算結(jié)果一致。 3、整體計(jì)算：由上圖可知，不加強(qiáng)貝雷最大組合應(yīng)力為 =263.35mpa 1.3【 】 273mpa。由上圖計(jì)算結(jié)果可知，不加強(qiáng)貝雷最大變形撓度為 f=14.44mm 10000400=25mm 。由上圖計(jì)算結(jié)果可知，鋼管樁最大反 力為 f=301.89kn 三、主墩碼頭計(jì)算： 1、一次分配梁 20的計(jì)算： 該分配梁計(jì)算結(jié)果與主棧橋的一次分配梁計(jì)算結(jié)果一致。 2、二次分配梁 i28的計(jì)算： 該分配梁計(jì)算結(jié)果與主棧橋的一次分配梁計(jì)算結(jié)果一致。 3、整體計(jì)算：由上圖可知，雙排加強(qiáng)貝雷最大組合應(yīng)力為 =169.14mpa 【 】 273mpa。由上圖計(jì)算結(jié)果可知，雙排加強(qiáng)貝雷最大變形撓度為 f=17.49mm 15750400=39.375mm 。由上圖計(jì)算結(jié)果可知，鋼管樁最大反力為 f=311.73kn 第四章：鋼管樁的入土深度計(jì)算一主橋鋼棧橋根據(jù) 第三章中各工況的計(jì)算結(jié)果，鋼管樁的單樁最大承載力為工況一 570.63kn，考慮其它不確定的影響因素， 6308mm 鋼管樁的最大單樁承載力按 600kn進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中 22 墩附近孔位土質(zhì)力學(xué)性能， qmc4 ：承載力取=100kpa ，摩阻力取 =40kpa ，層厚 6.2m,層頂標(biāo)高 -1.5m；pz11 ：承載力取 =350kpa ，摩阻力取 =75kpa ，層厚 3m；pz12 ：承載力取 =550kpa ，摩阻力取 =130kpa ，層厚 13.2m；則單樁進(jìn)入 pz11 土層深度為：l0=(6001.5-403.140.636.2)(3.140.6375)=2.759m 根據(jù)設(shè)計(jì)給出的勘察資料，河床標(biāo)高為 -1.5m，樁頂標(biāo)高為： +5.427m；樁底標(biāo)高為：-10.459m；單樁樁長為： l=15.886m；綜合考慮：鋼管樁設(shè)計(jì)長度取18m，實(shí)際過程中可以適當(dāng)調(diào)整，但施工過程必須保證單樁承載力不小于 60t。二、鉆孔施工平臺(tái)及主墩碼頭：比較鉆孔施工平臺(tái)及主墩碼頭鋼管樁反力，鋼管樁長度與主橋鋼棧橋確定原則一致：鋼管樁設(shè)計(jì)長度取 18m，實(shí)際過程中可以適當(dāng)調(diào)