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新造珠江特大橋d4合同段鋼棧橋

設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

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(shū)

第一章：工程簡(jiǎn)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(zhǎng)1980m。
其中引橋長(zhǎng)1222m，斜拉主橋長(zhǎng)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)?1米，引橋標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?8.5米；本工程總工期30個(gè)月。

主橋?yàn)橹骺鐬?50m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φ6308mm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φ16mm的騎馬螺栓進(jìn)行連接固定。鋼棧橋的兩端設(shè)置φ48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φ16mm的騎馬螺栓進(jìn)行連接固定。鋼棧橋的兩端設(shè)置φ48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φ16mm的騎馬螺栓進(jìn)行連接固定。鋼棧橋的兩端設(shè)置φ48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(guò)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(cè)》（第二版）——中國(guó)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(cè)》——人民交通出版社

7、《實(shí)用土木工程手冊(cè)》——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(guò)程中采用的部分參數(shù)

a3鋼材的允許應(yīng)力：【σ】＝170mpa

a3鋼材的允許剪應(yīng)力：【τ】＝85mpa

a3鋼材的彈性模量：e＝2.1105mpa

16mn鋼材的允許應(yīng)力：【σ】＝210mpa

16mn鋼材的允許剪應(yīng)力：【τ】＝120mpa

16mn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(shuō)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=kaγv2/2g

其中：k—為形狀系數(shù)，圓形取0.8；

a—為阻水面積，取1m長(zhǎng)度計(jì)算，則面積為0.82m2；

γ—為水的重力密度，取10kn/m3；

v—為設(shè)計(jì)中國(guó)文秘資源網(wǎng) - 您身邊免費(fèi)貼心的文秘專家 - 歡迎訪問(wèn)WwW.ZgDoC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(guò)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(guò)程受力狀態(tài)與使用過(guò)程受力狀態(tài)基本一致，所以僅按照使用過(guò)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(guò)程受力狀態(tài)與使用過(guò)程受力狀態(tài)基本一致，所以僅按照使用過(guò)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(guò)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)?8m，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(kāi)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(zhǎng)度為5m。每條履帶的均布荷載大小為770÷2÷5=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77÷3=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σ=-108.05mpa＜【σ】＝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?。▽?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σ=87.04mpa＜【σ】＝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(jiǎn)化為均布荷載進(jìn)行計(jì)算。履帶吊的履帶長(zhǎng)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/m

i28: 43.46561=260.79kg/m

[20: 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σ=167.43mpa＜【σ】＝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(zhǎng)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σ=195.08mpa＜【σ】＝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＜18000÷400=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σ=263.35mpa＜1.3【σ】＝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＜10000÷400=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σ=169.14mpa＜【σ】＝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＜15750÷400=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，φ6308mm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[σ]=100kpa，摩阻力取[τ]=40kpa，

層厚6.2m,層頂標(biāo)高-1.5m；

pz1⑦1：承載力取[σ]=350kpa，摩阻力取[τ]=75kpa，層厚3m；

pz1⑦2：承載力取[σ]=550kpa，摩阻力取[τ]=130kpa，層厚13.2m；

則單樁進(jìn)入pz1⑦1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(zhǎng)為：l=15.886m；

綜合考慮：鋼管樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取18m，實(shí)際過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)整，但施工過(guò)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(zhǎng)度與主橋鋼棧橋確定原則一致：鋼管樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度取18m，實(shí)際過(guò)程中可以適當(dāng)調(diào)整，但施工過(guò)程必須保證單樁承載力不小于60t。

目 錄

第一章、施工簡(jiǎn)介. 1

一、工程概況. 1

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 1

第二章、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算各相關(guān)參數(shù)的確定. 3

一、計(jì)算目的. 3

二、參考資料. 3

三、計(jì)算過(guò)程中采用的部分參數(shù). 4

四、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及相關(guān)荷載的確定. 4

五、結(jié)構(gòu)計(jì)算工況的確定. 5

第三章、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)算. 6

一、主橋鋼棧橋. 6

二、鉆孔施工平臺(tái). 14

三、主墩碼頭. 16

第四章、鋼管樁的入土深度計(jì)算. 18

一、主橋鋼棧橋. 18

二、鉆孔施工平臺(tái)及主墩碼頭. 18

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