运河特大桥防撞墩及助航设施施工图设计计算书[全面]

京杭运河特大桥

防撞墩及助航设施施工图设计

计

算

书

浙江交通勘察设计有限公司

2010年1月

京杭运河特大桥

防撞墩及助航设施施工图设计

证书等级：工程设计甲级

发证机关：中华人民共和国建设部

证书编号：121186－Sj

计算：

复核：

审核：

浙江交通勘察设计有限公司

2010年1月

一、工程背景

京杭运河特大桥为宁杭高速铁路浙江段中重要桥梁.京杭运河特大桥主桥为(84+152+84)米双薄壁连续刚构桥,桥址位于京杭运河崇贤港区附近,即杭州绕城高速公路京杭运河大桥北侧约1公里处.由于受杭州市城市规划所限,桥轴线与航道夹角35°,双薄壁墩置于河道内,容易受到过往船只的碰撞,给铁路正常运营带来隐患.

受宁杭高铁有限公司的委托,我公司对京杭运河特大桥主墩防撞设施及助航设施进行设计.

二、采用规范及设计依据

2.1 设计依据

1、《京杭铁路跨京杭运河防撞墩设施和导航助航设施设计》合同编号：2009-gl-24;

2、《宁杭铁路(浙江段)京杭运河特大桥通航净空尺度和技术要求论证报告》

浙江省交通规划设计研究院2009年4月编制;

3、《关于宁杭铁路(浙江段)京杭运河特大桥通航净空尺度和技术要求论证报告的审查意见》浙港航函【2008】74号文件;

4、《京杭运河特大桥防撞和助导航设施方案专家审查意见》2009.11.29.

2.2 技术规范

1、《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005

2、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007

3、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004

4、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004

三、计算程序

本次计算采用桥梁博士3.03分析软件对局部冲刷线处桩的作用效应进行建模计算.

四、防撞墩主体结构设计要点

防撞墩主体结构采用群桩基础加防撞承台的形式.

4.1设计原则

1、遵照国家现行的技术规范和标准;

2、在满足防撞设施结构安全的前提下,优化防撞设施的尺寸,使其满足Ⅲ级航道通行的要求,并对航运的影响最小化,使前期投入和后期维护效益最大化.

3、以冲刷线下桩基的最大弯矩为控制指标,确定桩基直径及配筋的数量,根据地质情况及桩基承载力确定桩长.

4、此水域最高通航水位3.46米,最低通航水位0.6米(85国家高程).

5、京杭运河规划为三级航道,选用1000t级机动驳船作为通航的代表船型.

6、承台混凝土强度等级为C30,承台顶面高程控制为3.66米.

4.2 设计参数

1、混凝土容重取26KN/米3;

2、 撞击点参见4.6.1图示位置,撞击角度 按《铁路桥涵设计

基本规范》推荐值a =20°选用; 3、

冲刷下位置按河床面下2米选取.

4.3 计算船舶撞击力F

根据《铁路桥涵设计基本规范》撞击力的 计算方法及《宁杭铁路京杭运河特大 桥通航净空尺度 和技术要求论证报告》对代表性船只航行速度 的 规定(10/km h ).

计算得船撞桥的

撞击力sin F v γ=γ—动能折减系数,正撞取0.3,斜撞取0.2;

v —船舶撞击时速率,10/Km h ; a 取20°; w —船只重;

12c c +—船及墩台变形系数,按规范选取.

计算得：

1、迎撞面处,船舶正面撞击防撞设施时撞击力1540F KN =;

2、迎撞面处,船舶侧面撞击防撞设施时撞击力1027F KN =; 4.4桩的 计算宽度 1b

1.0d m ≥时, 1(1)f b kk d =+

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10.6b L k b h -=+

⨯—平行于水平作用方向的 桩间相互影响系数; 2b —与平行水平力作用方向的 一排桩的 桩数n 有关的 系数; 1L —平行于水平力作用方向的 桩净间距;

1h —局部冲刷线以下桩的 计算深度 ,本案取3(1) 6.6d m ⨯+=; f k —桩形状换算系数,本案取0.9,

计算得 1 1.548b m =

4.5桩基中桩变形系数a =m —非岩石地基水平向抗力系数的 比例系数,

0.8c EI E I =—桩的 抗弯刚度 , c E —桩的 抗压弹性模量,

计算得

0.2895942/a m =

判断本工程桩基属于弹性桩. 4.6局部冲刷线处桩的 作用效应00M H 、 4.6.1正面撞击

正面撞击时,按三排,8根桩计算,第一排桩由2~3号桩组成,第二排桩由1、4号桩组成,第三排桩由5~8号桩组成.

计算得：冲刷线处的 单桩弯矩、水平力00M H 、分别为976.4KN.米,205. 4KN.

冲刷线下3米处弯矩最大 ,为1351.3KN.米,桩底弯矩零点位于冲刷线下22米.确定桩长为24.56米.

桩基布置图

4.6.2 侧面撞击

侧面撞击时,设2~4,7~8号桩共5根桩受力,4号桩为第一排桩,3、8号桩为第二排桩,2、7号桩为第三排桩.

计算得：

冲刷线处的 单桩弯矩、水平力00M H 、分别为602.4KN.米,211.0KN.

冲刷线下4米处弯矩最大 ,为1064KN.米,桩底弯矩零点位于冲刷线下20米.确定桩长为23.56米.

4.7 确定桩基相关参数

根据4.6节计算所得局部冲刷线处桩的 作用效应00M H 、,确定设计参数如下：

1、承台按设计水位及构造要求确定其厚度 为3.0米(承台顶高于最高通航水位0.2米);承台顶标高3.66米,桩顶标高为0.66米.

2、桩基桩径为1.2米,桩长按正面撞击时最不利效应选取,取桩长25米.

3、桩基钢筋配置12根φ25HRB335通长钢筋,12根φ25HRB335截断钢筋.桩基的 实际抗弯承载能力为1864KN.米,桩基设计最大 弯矩值为1351.3KN.米.安全度 为138%.