棧橋設(shè)計(jì)與計(jì)算書(shū)

PAGEPAGE26棧橋設(shè)計(jì)與計(jì)算書(shū)1棧橋設(shè)計(jì)依據(jù)(1)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTJ021-89）(2)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85）(3)《海港水文規(guī)范》（JTJ213-98）(4)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》(5)《溫州大、小門島石化產(chǎn)業(yè)基地圍墾工程波浪數(shù)學(xué)模型研究》(6)《某大橋工程工程地質(zhì)勘察中間報(bào)告》2棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）設(shè)計(jì)荷載：汽－超20，掛-120（2）施工控制活載：100t履帶吊（3）設(shè)計(jì)行車速度：15km/h（4）設(shè)計(jì)使用壽命：5年2.2棧橋結(jié)構(gòu)形式棧橋全長(zhǎng)5.765km，樂(lè)清側(cè)2.4Km,小門島側(cè)3.365km,橋面寬8.0m，按雙車道設(shè)計(jì)。頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高為7.0m，縱向平坡。在棧橋外側(cè)每隔400m左右設(shè)會(huì)讓點(diǎn)一座，全線共計(jì)12座。會(huì)讓點(diǎn)長(zhǎng)36m，寬4m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)同棧橋。棧橋采用多跨連續(xù)梁方案，梁部結(jié)構(gòu)為四組雙排單層321貝雷桁架，梁高1.5m；棧橋采用7×15m跨一聯(lián)。下部結(jié)構(gòu)采用打入式鋼管樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計(jì)。根據(jù)受力，鋼管樁單排采用4φ800mm、3φ800mm兩種布置形式，制動(dòng)墩設(shè)雙排樁。最小樁間距3d，壁厚考慮5年腐蝕2mm。鋼管樁頂設(shè)兩HN450×150mm型鋼分配梁，樁間焊接型鋼剪刀撐及鋼管橫撐。橋面采用正交異形板，每塊3.78×8m。其中橫肋采用I10，間距75cm，縱肋采用[10，間距35cm，橋面板為8mm厚16Mn花紋鋼板，并作防滑處理。棧橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.2所示。圖2.2棧橋結(jié)構(gòu)示意表2.2棧橋橋式布置序號(hào)起止里程區(qū)段長(zhǎng)度跨度樁形式樁長(zhǎng)mmmmm淺水一區(qū)K1+432～～K3+00971665153φ800×1034淺水二區(qū)K3+097～～K3+5517420153φ800×1036深水一區(qū)K3+517～～K3+8832315154φ800×1042深水二區(qū)K4+488～～K5+0013525154φ800×1042淺水三區(qū)K5+013～～K6+11681155153φ800×1038深水三區(qū)K6+168～～K7+33231155154φ800×1042淺水四區(qū)K7+323～～K7+9953630153φ800×10363棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)3.1荷載及荷載組合（1）荷載永久荷載：棧橋自重；基本可變荷載：①汽－超20；②掛－120；③施工用100t履帶吊；④人群荷載其他可變荷載：①風(fēng)力；②波浪力；③潮流水沖力。3.2棧橋梁部結(jié)構(gòu)計(jì)算（1）計(jì)算圖式由于棧橋?yàn)槎嗫邕B續(xù)梁，主縱梁采用八組單排單層貝雷桁架，根據(jù)棧橋的結(jié)構(gòu)形式及約束特點(diǎn)，主縱梁按5跨連續(xù)梁計(jì)算，豎直荷載傳至樁頂上，計(jì)算圖式見(jiàn)圖3-1。圖3-1棧橋主桁簡(jiǎn)化計(jì)算圖式3.3橋面板計(jì)算（1）橋面構(gòu)造橋面板采用正交異形板，其中橫肋I10長(zhǎng)8.4m，縱向間距75cm，縱肋槽鋼[10豎放，橫向間距35cm，橋面板采用16Mn，厚度8mm。橋面在工廠加工成3.78m標(biāo)準(zhǔn)化模塊，每塊重3.6t,橋面構(gòu)造見(jiàn)HZW-ZQ系列。（2）計(jì)算模型橋面板按四輪荷載作用下連續(xù)板計(jì)算，考慮最不利荷載:掛-120，車輪P＝75×4=300kN直接作用在中間板帶上，輪壓為750kPa。圖3-2橋面系計(jì)算模型（3）計(jì)算結(jié)果根據(jù)彈性理論，采用有限元法對(duì)橋面板進(jìn)行應(yīng)力分析。經(jīng)過(guò)檢算，橋面板最大應(yīng)力為193MPa，橫肋最大應(yīng)力為92.1MPa，縱肋最大應(yīng)力為149MPa，都在應(yīng)力允許的范圍內(nèi)。圖3-3橋面板X向應(yīng)力圖圖3-4橋面板Y向應(yīng)力圖圖3-5橋面板撓度圖3.4貝雷桁架計(jì)算3.4.1棧橋結(jié)構(gòu)分析(1)、貝雷梁計(jì)算時(shí)考慮的工況為：恒載＋單列汽－超20恒載＋單輛100t的履帶吊恒載＋掛－120貝雷梁的結(jié)構(gòu)形式為7×15m一聯(lián)的連續(xù)梁，其橋梁立面圖見(jiàn)圖6。圖1一聯(lián)棧橋立面圖(2)、汽車、吊車荷載建模分析如下圖：分別對(duì)汽－超20、100t的履帶吊(圖示中為50t吊車)、掛－120的各種車型的輪距以及受力情況分析：3.4.2計(jì)算結(jié)果3.4.2.17×15m一聯(lián)貝雷梁計(jì)算結(jié)果(依據(jù)midas建模分析以下三種工況)（1）貝雷梁在恒載＋單列汽－超20的作用下的彎矩、剪力、位移及支座反力圖。圖4恒載＋單列汽－超20作用下彎矩圖圖5恒載＋單列汽－超20作用下剪力圖圖6恒載＋單列汽－超20作用下位移圖圖7恒載＋單列汽－超20作用下最大支座反力圖（2）貝雷梁在恒載＋單輛100t的履帶吊的作用下的彎矩、剪力、位移及支座反力圖。圖8恒載＋單輛100t履帶吊作用下彎矩圖圖9恒載＋單輛100t履帶吊作用下剪力圖圖10恒載＋單輛100t履帶吊作用下位移圖圖11恒載＋單輛100t履帶吊作用下反力圖（3）貝雷梁在恒載＋掛-120作用下的彎矩、剪力、位移及支座反力圖見(jiàn)下圖。圖12恒載＋＋掛-120作用下彎彎矩圖圖13恒載＋＋掛-120作用下剪剪力圖圖14恒載＋＋掛-120作用下位位移圖圖15恒載＋＋掛-120作用下支支座反力圖圖3.4.2.22不同工況況下貝雷桁桁架片分析析如下表：：表2不同工況下下貝雷桁架架分析情況況跨徑布置工況最大支座反力（KN）最大彎矩（KN.M）最大剪力（KN）最大位移(m)7×15m恒＋汽-超200749.71063.7432.60.004恒＋履帶吊1000t1269.32706.8749.60.013恒＋掛-12001413.82652.7853.20.0133.4.2.44查閱《裝裝配式公路路鋼橋多用用途使用手手冊(cè)》，“321”貝雷桁架架容許應(yīng)力力表：?jiǎn)闻艈螌樱喝菰S許彎矩：788..2kNN.m容許剪力力：245..2kNN本棧橋采用八組組單排單層層貝雷桁架架，取折減減系數(shù)0.85，則：788.2kkN.m××8×0..85=55389..8kNN.m＞27066.8kkN.m（7×15mm，工況2）245.2kkN×8××0.855=16667.4kN.mm＞853..2kNN（7×15mm，工況3）因此，對(duì)于7××15m一聯(lián)聯(lián)，貝雷桁桁架縱梁結(jié)結(jié)構(gòu)受力的的各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)均滿足要要求。（6）從上可看出，在7×15m一聯(lián)第二、三種工況作用下，貝雷桁的豎向位移最大，其最大位移值為13mm，小于L/400，因此棧橋的豎向位移能夠滿足使用要求。3.5鋼管樁樁受力分析析與計(jì)算對(duì)于7×15mm選用φ800樁進(jìn)行計(jì)計(jì)算。（1）水文、地質(zhì)條條件H設(shè)計(jì)=5.06m，HH極端=6.58m，=1.755m，棧橋橋全長(zhǎng)5765m，海底標(biāo)標(biāo)高＋2..0～－8.11，平均坡坡度0.17%，深水一區(qū)315m坡度2.55%，最大流流速為3.5～5.166m/s，極端高高水位6..58m，設(shè)計(jì)高高水位5..06m，T=6..55s，L=62..54m，D=800mmm，＝1.2，＝2.0。特征土層參數(shù)為為：地面平平均標(biāo)高為為+1.8～-8.11m；在棧棧橋樁基的的持力層范范圍內(nèi)，土土層分布自自上而下為為：淤泥，層層厚15m，極限限摩阻力τi=122kPa，地基容容許承載力力σR=400kPa；淤泥質(zhì)質(zhì)粘土，層層厚7m，極限限摩阻力τi=222kPa，地基容容許承載力力σR=555kPa；粘土，層層厚10m，極極限摩阻力力τi=300kPa，地基容容許承載力力σR=655kPa。局部沖刷深度主主要與水深深和流速等等因素有關(guān)關(guān)，經(jīng)大量量調(diào)研和專專家咨詢，確確定局部沖沖刷深度為為3～5m，其中一一般區(qū)段為為3m，深水水區(qū)為5mm。（2）墩受力計(jì)算①梁部荷載引起的的支點(diǎn)反力力：由上計(jì)算可知：：樁基最大大荷載發(fā)生生在掛120作用于15m跨時(shí)，荷荷載值為11413..8kN。②風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓：Woo=V2//1.6==770..0PaV—設(shè)計(jì)風(fēng)速，取VV=35..1m/ss橋位區(qū)風(fēng)壓：WW=k1××k2×kk3×k44×Wo對(duì)于貝雷梁：kk1=0..85，k2=11.3，k3=11.0，k4=11.4（貝雷梁梁的通風(fēng)系系數(shù)為0.4）Wl=0.855×1.33×1.00×1.44×7700=1.119kPPa迎風(fēng)面積:SS=0.44×1.55×15==9m2所以：F1=Wl×SS=1..19×99=10..71kNN作用在樁頂?shù)膹潖澗郙=F××h/2==10.771×0..75=88.03kN·mm③波浪力:作用于墩的波浪浪力根據(jù)《海港水文文規(guī)范》（JTJ22B-988）中“波浪對(duì)樁樁基和打樁樁建筑物的的作用”有關(guān)公式式（8.33.2～8.3..4-5）計(jì)算單樁樁承受的波波浪力。鋼管樁直徑D==0.8mm，波高H=1.775m，T=6..55s，L=62..54m，海海水比重rr=10225kg//m3，重力加加速度g=9.881m/ss2。最大水水平總波浪浪力計(jì)算結(jié)結(jié)果見(jiàn)下表表單樁最大水平總總波浪力區(qū)段最大水平總波浪浪力（KN）淺水區(qū)4.61深水區(qū)17.51④潮流水沖力:a．淺水區(qū)段：d==5.066+3=88.06mm，v=3..5m/ss計(jì)算F3=26..5kN，其作用在水水面下三分分之一處。b．深水區(qū)：d=5..06+8.1=13.116m，Vmaxx=5.116m/s，流向250°，Vhh=5.116×coos20==4.855m/ss計(jì)算F3=68.33kN，其作用在水水面下三分分之一處。（3）單樁垂直承載載力及樁長(zhǎng)長(zhǎng)計(jì)算由垂直承載力估估算樁的入入土深度，從從而計(jì)算出出樁長(zhǎng)。樁所受軸向力PP=4711.2kN；樁自重G=56kN（計(jì)水的的浮重）；；并考慮鋼鋼管樁側(cè)阻阻擠土效應(yīng)應(yīng)系數(shù)為0.777；因樁所所受最大軸軸向力已求求得，故可可用下式估估算樁的入入土深度：：[P]=（4471.22+56）×1.11=5799.92kN（安全系系數(shù)1.1）公式[P]=1/2××U×moo×∑fi×lli則:579.92=11/2×π×0.8×0.777×(115*122+7*222+L33×30)L3==8.8m所以入土深度為為L(zhǎng)2=115+7+8..8=30.8m；取L2=311mφ800總樁長(zhǎng)為L(zhǎng)=LL1+L22=L1++31m；其中L1為泥面以上樁的的自由長(zhǎng)度度。（4）單樁水平承載載力計(jì)算根據(jù)“m”法和⑷計(jì)算的樁長(zhǎng)，進(jìn)進(jìn)行單樁水水平承載力力計(jì)算。圖16波浪力計(jì)算示意圖①以上資料，作用用在單樁上上的荷載情情況如下表表圖16波浪力計(jì)算示意圖單樁上的荷載情情況區(qū)段樁頂豎向力（kkN）樁頂水平力（kkN）樁身水平力（kkN）樁頂彎矩（kNN·m）潮流水沖力波浪力淺水區(qū)471.23.5726.54.612.68深水區(qū)353.52.6868.317.512.0②樁-土變形系數(shù)樁的計(jì)算寬度::b0=00.9×（1.5DD+0.55）=1.533m，取E=2..1×1055MPaEI=4.1××105kN.mm2，第一層土為淤泥泥質(zhì)土，層層厚15mm，hm=2（DD+1）=3.6mm﹤15通過(guò)查表得m==50000kN/mm4,最小l0=331mδ×l0=0.445×31m=13.995＞4，故所有樁樁均按彈性性樁進(jìn)行計(jì)計(jì)算。（3）計(jì)算模型采用有限元分析析軟件Miidas進(jìn)進(jìn)行模擬分分析。其中中在樁入土土深度范圍圍內(nèi)，按間間隔0.55m分割土層層，每米用一個(gè)土土彈簧來(lái)模模擬。各個(gè)個(gè)彈簧的剛剛度由m法來(lái)定義義。計(jì)算模模型如圖所所示。其中中彈簧=vvmb0（y-0..5），式中：K為土體側(cè)側(cè)向地基剛剛度y鋼管樁的入土深深度，m單位深度內(nèi)水平平抗力系數(shù)數(shù)，m=55000kN/mm4各土層側(cè)向地基基剛度表入土深度yK（KN/m）入土深度yK（KN/m）138251712622521147518133875319125191415254267752014917553442521156825642075221644757497252317212585737524179775965025251874251072675261950751180325272027251287975282103751395625292180251410327530225675151109253123332516118575圖17淺水區(qū)鋼管樁受力分析圖圖17淺水區(qū)鋼管樁受力分析圖圖18深水水區(qū)鋼管樁樁受力分析析圖圖19淺水區(qū)區(qū)段樁的計(jì)計(jì)算模型圖20深水區(qū)段樁的計(jì)算模型圖20深水區(qū)段樁的計(jì)算模型（4）計(jì)算結(jié)果圖21淺水區(qū)段段樁的水平平位移圖22淺水區(qū)段段樁的樁身身彎矩圖23淺水區(qū)段段樁的樁身身應(yīng)力圖24深水區(qū)段段樁的水平平位移圖25深水區(qū)段段樁的樁身身彎矩圖26深水區(qū)段樁樁的樁身應(yīng)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總區(qū)段樁最大水平位移移（mm）最大樁身彎矩（KN.m）最大樁身應(yīng)力（MPa）淺水區(qū)7.610441.5深水區(qū)59.7399.3102.6由表可知，樁最最大位移為為59.77mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于244.6cmm的臨界位位移標(biāo)準(zhǔn)（按按《港口工工程樁基規(guī)規(guī)范（JTJ2254-998）及2001局部修訂訂》）。鋼鋼管樁最大大樁身應(yīng)力力為102..6MPPa，小于允允許應(yīng)力值值。3.5棧橋加固固設(shè)計(jì)棧橋前端深水區(qū)區(qū)波浪力和和潮水流速速較大（Vmaxx=5.116m/s），引起起樁頂水平平位移較大大，從上述述“水平承載載力計(jì)算”也可得到到論證，已已影響到棧棧橋安全，因因此必須采采取有效措措施來(lái)控制制樁頂水平平位移，確確保棧橋安安全。（1）在鉆孔平臺(tái)和和承臺(tái)未完完成前，在在每一聯(lián)制制動(dòng)墩設(shè)二二組對(duì)稱可可調(diào)式拉力力錨（如下下圖所示），抵抵抗波浪力力和減少流流速引起的的水平位移移。由于紊紊流的存在