橫琴互通水域匝道橋鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

1、珠海市金港路橫琴北段（橫琴二橋）工程二標(biāo)橫琴互通水域匝道橋鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì) 算 書(shū)設(shè) 計(jì) : 復(fù) 核 : 審 批 : 中交四公局珠海橫琴二橋二標(biāo)總項(xiàng)目經(jīng)理部 二0一三年八月目 錄一、工程概況1二、設(shè)計(jì)依據(jù)1三、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1四、鉆孔平臺(tái)邊界條件3五、鉆孔平臺(tái)荷載4六、結(jié)果分析6七、貝雷支架鋼管樁設(shè)計(jì)12八、鋼管柱間剪刀撐及平聯(lián)焊縫驗(yàn)算13橫琴互通水域匝道橋鉆孔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)一、工程概況主線右側(cè)橫琴互通B、C匝道部分處在大面積水域中，其中B匝道橋第B9#B11#墩、C匝道橋第C7#C14#墩位于水域內(nèi)，常水位1.0m，最高水位1.5m，水深2.5m，橋位區(qū)域?qū)賴Ｔ焯恋孛玻貙訋r性為淤泥、黏土、淤泥

2、質(zhì)粘土、粗砂、礫質(zhì)黏土，下伏基巖為燕山期花崗巖，淤泥層厚2530m，主要為海相沉積和海陸交互相沉積淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度分布不均勻，土質(zhì)軟，飽和，呈軟塑至流塑狀，靈敏度高、強(qiáng)度低、觸變性高。為完成橋梁樁基礎(chǔ)施工，需在橫琴互通西側(cè)水域內(nèi)搭設(shè)鉆孔灌注樁施工鉆孔平臺(tái)，鉆孔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)寬9m，長(zhǎng)15m，鉆孔平臺(tái)與鉆孔平臺(tái)相連，采用樁柱式貝雷梁支承體系。二、設(shè)計(jì)依據(jù)1、珠海橫琴二橋南引橋及互通匝道橋施工圖、工程地質(zhì)勘察報(bào)告2、公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)3、公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-86）4、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）5、公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B

3、01-2003)6、路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTGT F50-2011）7、路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD63-2007）三、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)長(zhǎng)15m，寬9m，縱向跨度7.5+7.5m，橫向跨度4m+4m，采用樁柱式貝雷梁支承體系，鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)采用MIDAS/CIVIL 建立空間桿系有限元分析模型，鉆孔平臺(tái)模型如圖1“鉆孔平臺(tái)計(jì)算模型整體圖”，鉆孔平臺(tái)共計(jì)11個(gè)。2、鉆孔平臺(tái)鋼管樁基礎(chǔ)鉆孔平臺(tái)鋼管樁基礎(chǔ)選用A3鋼P(yáng)630×8mm鋼管，鋼管樁縱向間距7.5m，橫向間距為4m+4m，鋼管樁根據(jù)計(jì)算模型分析所得鋼管柱支承反力確定鋼管樁單樁承載力，再結(jié)合地質(zhì)情

4、況計(jì)算鋼管樁沉入土層深度，詳見(jiàn)“七、鉆孔平臺(tái)鋼管樁設(shè)計(jì)”。為使樁能承受巨大的錘擊應(yīng)力，在鋼管接口外圈貼焊加強(qiáng)鋼板，鋼管樁與鋼管柱設(shè)置連接鋼板及加勁肋。3、鉆孔平臺(tái)臨時(shí)墩 鉆孔平臺(tái)臨時(shí)墩（鋼管立柱）均采用A3鋼P(yáng)630×8mm鋼管 ，鋼管柱間設(shè)置縱橫向平聯(lián)及剪刀撐，平聯(lián)及剪刀撐均采用A3鋼C160x63x6.5/10槽鋼，柱頂支承梁采用A3鋼雙I45b型鋼。圖1 鉆孔平臺(tái)計(jì)算模型整體圖4、鉆孔平臺(tái)支承縱梁樁柱式貝雷支架采用國(guó)產(chǎn)定型貝雷片、支撐架及其附件拼裝成縱向承重梁，貝雷片采用16Mn鋼制作，支撐架采用A3鋼制作，貝雷梁?jiǎn)螌釉O(shè)置，4組、每組2排，排距45cm，間距45+2250+45

5、+2150+45+2250+45cm，貝雷梁頂布置橫橋向A3鋼I25b工字鋼做分配梁，間距約1.5m，橫向分配梁頂布置縱橋向A3鋼I12工字鋼做縱向分配梁，間距約0.3m，縱向分配梁頂布置厚8mm壓花鋼板做平臺(tái)面板。5、鉆孔平臺(tái)材料用量（見(jiàn)表1）表1 一個(gè)鉆孔平臺(tái)材料用量表 截面號(hào) 截面名 料名 規(guī)格 容重（KN/m3） 長(zhǎng)度（m） 重量（KN） - - - - - - - - - - - -1 弦桿 16Mn 國(guó)標(biāo) 7.698e+001 2.400e+002 4.641e+001 2 腹桿 16Mn 國(guó)標(biāo) 7.698e+001 4.859e+002 3.410e+001 3 支撐架 A3 國(guó)

6、標(biāo) 7.698e+001 1.687e+002 6.467e+000 4 橫向分配梁 A3 I250x118x10/13 7.698e+001 9.900e+001 4.078e+001 5 縱向分配梁 A3 I12 7.698e+001 4.532e+002 5.128e+0016 支承梁 A3 I45b 7.698e+001 2.700e+001 4.598e+001 7 鋼管柱 A3 P630×8mm 7.698e+001 7.200e+001 8.664e+0018 剪刀撐及平聯(lián) A3 C160x63x6.5/10 7.698e+001 7.767e+001 1.312e+0

7、019 貝雷梁聯(lián)系剪刀撐 A3 C 8.0 7.698e-005 1.343e+005 1.059e+001 10 橋面板 A3 8mm厚鋼板 7.698e-005 7.940e+001- 合計(jì): 4.418e+002備注：不含鋼管樁材料用量，貝雷片40片，45cm支撐架24片。四、鉆孔平臺(tái)邊界條件鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)模擬支架實(shí)際邊界情況及不同梁?jiǎn)卧㈣旒軉卧g荷載傳遞情況，分部位做出不同的邊界約束條件、單元之間的釋放梁端約束、接剛性連接、彈性連接，鉆孔平臺(tái)邊界條件設(shè)置如圖2“鉆孔平臺(tái)支架邊界條件及連接設(shè)置圖”。圖2 鉆孔平臺(tái)支架邊界條件及連接設(shè)置圖五、鉆孔平臺(tái)荷載1、恒荷載添加自重荷載MIDAS/

8、CIVIL軟件可以根構(gòu)件的實(shí)際重量自動(dòng)添加，自重按照恒荷載工況添加后和其他施工荷載組合計(jì)算。2、移動(dòng)荷載添加工況一：在1、2跨兩側(cè)各布置一個(gè)履帶吊荷載作用跨中，按照50t 履帶吊，吊重20t，考慮1.1 的沖擊系數(shù)，總荷載為77t，履帶吊履帶中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m,單條履帶橫向由三條縱向分配梁承受，長(zhǎng)度為5m，每條槽鋼承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.67KN/m；在第二跨一側(cè)位置布置鉆孔樁機(jī)荷載，樁基技術(shù)參數(shù)如表2“鉆孔樁機(jī)技術(shù)參數(shù)表”，不考慮樁基底盤(pán)荷載的專遞作業(yè)，按節(jié)點(diǎn)荷載在一排節(jié)點(diǎn)上加載（偏安全），節(jié)

9、點(diǎn)荷載值為（48+67）/7=16.42KN；汽車等級(jí)為公路-I級(jí)，布置在第1跨一側(cè)，在跨中位置只布置后軸荷載，公路-I級(jí)車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)如下表3“車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)”。詳見(jiàn)圖3“移動(dòng)荷載及樁機(jī)荷載加載圖”,履帶吊荷載及汽車荷載同時(shí)加載。表2 鉆孔樁機(jī)技術(shù)參數(shù)表表2 車輛荷載主要技術(shù)指標(biāo)圖3 移動(dòng)荷載及樁機(jī)荷載加載圖工況二：考慮連續(xù)梁相鄰跨卸載作用影響，只在1、2跨兩側(cè)各布置一個(gè)履帶吊荷載作用跨中，驗(yàn)算此工況下梁體的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，按照50t 履帶吊，吊重20t，考慮1.1 的沖擊系數(shù)，總荷載為77t，履帶吊履帶中心距為3.6m（邊到邊為4.3m）的均布荷載，荷載寬度為0.7m,單條

10、履帶橫向由三條縱向分配梁承受，長(zhǎng)度為5m，每條槽鋼承受的均布荷載大小為770÷2÷3÷5=25.67KN/m，詳見(jiàn)圖4“移動(dòng)荷載加載圖”。圖4 移動(dòng)荷載加載圖5、荷載組合NUM NAME ACTIVE TYPELOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR) + LOADCASE(FACTOR)1 sLCB1 承載能力 相加 自重( 1.000) + 移動(dòng)工況( 1.000)2 sLCB2 使用性能 相加 自重( 1.000) + 移動(dòng)工況( 1.000)六、結(jié)果分析1、鋼管樁柱式貝雷鉆孔平臺(tái)強(qiáng)度分析1）縱向分配梁強(qiáng)度圖5 （工況一）縱向分配

11、梁組合應(yīng)力圖圖6 （工況一）縱向分配梁剪應(yīng)力圖縱向分配梁采用A3鋼、I12工字鋼制作，間距約0.3m，頂鋪厚8mm壓花鋼板，建模加移動(dòng)荷載時(shí)，未考慮壓花鋼板對(duì)荷載的分配作用（偏安全），移動(dòng)荷載直接加在縱向分配梁上，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在汽車后輪作位置，縱向分配梁最大組合應(yīng)力120.7MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145MPa，最大剪應(yīng)力72.9MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力85MPa。2）橫向分配梁強(qiáng)度圖7 （工況一）橫向分配梁組合應(yīng)力圖圖8 （工況一）橫向分配梁剪應(yīng)力圖分配梁采用A3鋼制作，最大組合應(yīng)力101.4MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa，最大剪應(yīng)力37.4MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力

12、85 MPa。3）貝雷梁強(qiáng)度圖9 （工況一）貝雷梁弦桿組合應(yīng)力圖圖10 （工況一）貝雷梁弦桿剪應(yīng)力圖（工況一）弦桿采用16mMn鋼制作，最大組合應(yīng)力116.5MPa，于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力210 MPa，最大剪應(yīng)力77.1MPa，于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力120 MPa。圖11 （工況二）貝雷梁弦桿組合應(yīng)力圖圖12 （工況二）貝雷梁弦桿剪應(yīng)力圖（工況二）弦桿采用16mMn鋼制作，最大組合應(yīng)力100.6MPa，于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力210 MPa，最大剪應(yīng)力64.6MPa，于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力120 MPa。4）柱頂支承梁強(qiáng)度圖13 （工況一）頂支承梁組合應(yīng)力圖圖14 （工況一）頂支承梁剪應(yīng)力圖柱頂支承梁采用A3

13、鋼制作，最大組合應(yīng)力83.4 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa，最大剪應(yīng)力32.3MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力85 MPa。5）鋼管柱強(qiáng)度圖15 （工況一）鋼管柱組合應(yīng)力圖圖16 （工況一）鋼管柱軸向應(yīng)力圖鋼管柱采用A3鋼制作，最大組合應(yīng)力59.5 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力145 MPa，最大軸向應(yīng)力41.2 MPa，小于規(guī)范規(guī)定允許應(yīng)力140 MPa。2、鋼管樁柱式貝雷鉆孔平臺(tái)剛度分析1）貝雷梁剛度圖17 （工況一）貝雷梁豎向位移圖貝雷梁最大位移6.9mm，于規(guī)范規(guī)定的18.75mm（L/400，對(duì)應(yīng)L=7.5m），剛度滿足要求。3、 鋼管樁柱式貝雷支架穩(wěn)定性分析由于貝雷梁結(jié)構(gòu)

14、之間采用制式構(gòu)件連接，保證穩(wěn)定性滿足要求可以不進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，鉆孔平臺(tái)穩(wěn)定性分析主要在于鋼管格構(gòu)柱，取其中一個(gè)鋼管排架柱分析。圖18 （工況一）鋼管排架柱支承梁節(jié)點(diǎn)反力圖圖19 （工況一）鋼管排架柱一階失穩(wěn)模態(tài)圖一階失穩(wěn)臨界荷載系數(shù)為13，整體穩(wěn)定性符合要求，構(gòu)件穩(wěn)定性及連接件強(qiáng)度驗(yàn)算，可以通過(guò)提取對(duì)應(yīng)內(nèi)力，結(jié)合規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。表4 鋼管排架柱屈曲分析臨界荷載系數(shù)七、貝雷支架鋼管樁設(shè)計(jì)1、鋼管樁單樁承載力計(jì)算鋼管樁單樁承載力要求根據(jù)鉆孔平臺(tái)柱底反力乘相應(yīng)的提高系數(shù)確定，最大樁端反力為644.9KN，如按1.1的提高系數(shù)，則要求單樁最大承載力為1.1×644.9KN=709.4KN。圖1

15、7 （工況一）樁柱式貝雷鉆孔平臺(tái)柱底反力圖2、鋼管樁長(zhǎng)度計(jì)算鋼管樁理論長(zhǎng)度按公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD63-2007第-3條結(jié)合地質(zhì)資料計(jì)算確定，淤泥層qik=15KPa,qrk=60KPa, 黏土層qik=60KPa,qrk=180KPa,實(shí)際樁長(zhǎng)按錘擊荷載現(xiàn)場(chǎng)確定。理論計(jì)算樁長(zhǎng)（不含立柱長(zhǎng)度），樁埋入淤泥段長(zhǎng)25m，黏土段長(zhǎng)5.5m，Ra=0.5*（*0.63*25*15+*0.63*5.5*60+*0.3152*180）=725.7KN704.7KN。理論計(jì)算樁長(zhǎng)30.5m，不含河床面以上立柱長(zhǎng)度。八、鋼管柱間剪刀撐及平聯(lián)焊縫驗(yàn)算由鉆孔平臺(tái)空間桿系有限元分析模型輸出鋼管柱間剪刀撐及平聯(lián)最大軸力為40.94KN,如圖18所示，考慮2.0倍安全儲(chǔ)備，取最大計(jì)算軸力N=2.0×40.94=81.88KN。圖26 （工況一）鋼管柱間剪刀撐及平聯(lián)最大軸力圖剪刀撐及平聯(lián)采用A3鋼C160x63x6.5/10槽鋼，連接板采用A3鋼10mm厚鋼板，其槽鋼與連接板采用