水上作业平台计算书(力学求解器计算)

省道263线南北长山联岛大桥
钢平台计算书
编制：
审核：
审批：
中铁十四局集团有限公司南北长山联岛大桥项目经理部
2011年12月24日
目录
一概述 (1)
1设计说明 (1)
1.2设计依据 (2)
1.3技术标准 (2)
二荷载布置 (2)
2.1上部结构恒重 (3)
2.2车辆荷载 (3)
2.2.1 9m3罐车荷载 (3)
2.2.2 履带吊50t（计算中考虑最大吊重20t） (4)
2.2.3 35t吊车荷载 (4)
2.2.4 钻机荷载 (5)
2.2.5 泥浆池荷载 (6)
2.2.6 施工荷载及人群荷载 (6)
三上部结构内力计算 (7)
3.1支撑反力计算 (7)
3.1.1 汽车荷载 (7)
3.1.2 支承反力 (7)
3.2桥面I12工字钢承载力计算 (9)
3.3I16工字钢分配横梁承载力计算 (10)
3.3.1 汽车荷载 (10)
3.3.1 计算分析 (11)
3.4贝雷梁计算 (12)
四下部结构内力计算 (15)
4.12I25工字钢计算 (15)
4.2Φ630钢管计算 (18)
4.1入土深度计算 (18)
4.2钢管桩稳定性计算 (19)
4.2.1 单根钢管桩流水压力计算 (19)
4.2.2 单根钢管桩横桥向风力计算 (19)
4.2.3钢栈桥横桥向风力计算 (20)
4.2.4 单根钢管桩顺桥向风力计算 (20)
4.2.5 波浪力 (20)
4.3结论 (23)
钻孔平台计算书
一概述
1 设计说明
根据省道263线南北长山联岛大桥的具体地质情况、水文情况和气候情况，施工海域受季风、大雾及风浪影响较大，为满足施工总体进度要求以及安全生产和环保方面的需要，下部结构施工我部拟采用钢平台施工方案。

钢平台根据桥梁墩台的形式钻孔平台共分为三种形式。

钢平台的下部为壁厚8mm的Φ720螺旋钢管，钢管桩上部采用2I45工字钢作为主纵梁，使用贝雷片作为横梁，使用I20工字钢作为分配横梁，上部铺设1cm厚钢板作为平台工作面，使用Φ48×3.5mm钢管作为护栏使用。

主墩钻孔平台的主要尺寸为21m×15m，共5个,主、引桥共用墩钻孔平台主要尺寸为18m×15m，共2个，引桥墩钻孔平台为23m×12m，共18个。

三种钻孔平台立面图
侧面图
1.2 设计依据
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）2）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
4）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）5）《海港水文规范》（JTJ213-98）
6）省道263线南北长山联岛大桥施工图（2011.10）
1.3 技术标准
1）设计顶标高+5.40m，与设计桥梁重合；
2）设计控制荷载：9m3罐车、50t车（最大吊重按20t考虑）、20t钻机；
3）设计使用寿命：2年；
4）水位：取20年一遇最高水位+3.04m；
5）河床高程取-5.20m，最大冲刷深度考虑3m，即冲刷后地面线高程为-8.2m；
6）流速：v=1.53m/s；
7）河床覆盖层：淤泥，厚度4.5m；
8）基本风速：27.3m/s；
9）浪高：3.01m；
10）设计行车速度5km/h。

二荷载布置
2.1 上部结构恒重
1）面层：平台上部铺设1cm厚钢板荷载为：0.785kN/m2；
2）面层横向分配梁：I20，0.279kN/m ，间距0.35m；
3）纵向主梁：321型贝雷梁，6.66 KN/m；
，1.608kN/m；
4）桩顶分配主梁：2I
45a
2.2 车辆荷载
2.2.1 9m3罐车荷载
9m3罐车荷载模型
主要参数：整备车重140kN；载重9m3砼重216kN；轴距为3545
㎜+1350㎜；前轴重76kN ，后轴重140kN ，前轮轮胎着地尺寸为300㎜×200㎜；后轮轮胎着地面积600㎜×200㎜；后轮轮距为1.8m 。

按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）要求，结构重要系数γ0取为1.0，汽车荷载效应系数γQ1取为1.4，冲击系数μ取为0.05，前轮均载
2176633.33/20.30.2k q kN m ==⨯⨯，后轮均载22140583.33/20.60.2
k q kN m ==⨯⨯。

图2.2.1罐车荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：kN ；尺寸单位：cm ） 2.2.2 履带吊50t （计算中考虑最大吊重20t ）
50T 履带吊车荷载的纵向排列和横向布置（重力单位：kN ；尺寸单位：m ）
2.2.3 35t 吊车荷载
现按照35t 汽车吊吊装20t 荷载，支腿全部打开的形式来考虑，荷载模型为：
荷载模型
支腿B 处的反力最大为393kN ，按照支腿下部支垫1m ×1m 垫板考虑将支腿荷载均匀分散至钻孔平台上。

因此在计算时考虑三根I20工字钢受力，每根承受的荷载值为3139310131/31
k q kN m ⨯==⨯吊，考虑系数为1.45后荷载取值为1131 1.45=189.95/q kN m =⨯吊。

其他按照43kN 计算32431014.33/31
k q kN m ⨯==⨯吊，214.33 1.4520.783/q kN m =⨯=吊。

2.2.4 钻机荷载
钻机按照10t 考虑，钻机尺寸为10m ×3m ，按照均布荷载计算为： 3
210010 3.33/103
k q kN m ⨯==⨯，计算时按照下部7根I20工字钢受力长度为2m ，每根工字钢的荷载值为: 31
100107.14/72k q kN m ⨯==⨯钻；工作状态下重量按照430kN 计算荷载值为324301030.7/72
k q kN m ⨯==⨯钻受力模型为：
非工作状态
2.2.5 泥浆池荷载
泥浆池尺寸为3m ×4m ×2m ，泥浆的密度为1.2g/cm 3，按照满布计算。

泥浆池为钢模板拼装制作，自身重量为42kN,泥浆重量为288kN ，342+2881012.22/93
k q kN m =⨯=⨯池。

2.2.6 施工荷载及人群荷载
施工荷载及人群荷载：4KN/m2
根据现场施工实际，履带吊与9m3罐车是主要的荷载，对整个平台的强度、刚度、稳定性影响较大，因此，计算时主要考虑两者。

履带吊与9m3罐车的主要技术指标
三上部结构内力计算
3.1 1cm面板计算
3.1.1 汽车荷载
单边车轮作用在跨中时，1cm厚钢板弯矩最大，轮压力为均布荷载来计算。

荷载分析：
1）自重均布荷载：0.785kN/m 2；
2）施工及人群荷载：不考虑与汽车同时作用 ；
3）汽车轮压：最大轴重为140kN ，每轴2组车轮，则单组车轮荷载为76kN ，车轮着地宽度和长度为0.6m ×0.2m ，单组车轮作用在1个单位宽度钢板上，汽车的冲击系数取为0.05，则1cm 厚钢板受到的荷载为：
370101.45 1.45845.833/0.60.2
k q q kN m ⨯=⨯=⨯=⨯。

3.1.2 支承反力
现场车辆轮胎主要尺寸为0.6m ×0.2m 和0.3m ×0.2m 两种，现场I20工字钢分配横梁间距为0.35m ，净距为0.25m 即，最不利情况为每个轮胎位于一根工字钢上此处，若考虑1cm 厚钢板的应力分散最钢板的受力更为有利现不在计算钢板的受力，仅计算钢板的支承反力作为计算I20分配纵梁使用。

1cm 厚钢板的计算模型可以简化为三跨连续梁来计算，车轮位于产生的支反力模型如下：
受力简图一
反力图一
受力简图二
反力图二
最大反力
max 0.2347.690.269.538
R R kN
=⨯=⨯=
3.2 桥面I20工字钢承载力计算
最不利情况为单个后轴车轮位于同一根I12工字钢上部，即347.69/
q R kN m
==，作用长度为0.2m。

同时I20分配横梁的跨度也是最大时最为不利该情况的计算模型为：
最不利弯矩模型图
最不利弯矩图
最不利剪力图
最不利弯矩反力图
最大弯矩：max 32.72M kN m =⋅ 正应力：
3
-6
32,7210138.059[]21523710M MPa MPa w σσ⨯===<=⨯（满足强度要求）
最大剪应力：max 74.1Q kN =
*3
3374.11079.392[]125220.20.007
QS Q MPa MPa Ib bh τσ⨯==⨯=⨯=<=⨯（满足强度要求）
3.3 贝雷梁计算
通过荷载分析，当履带吊与钢护筒平行时，即只有两组贝雷梁受力时最为不利，按照该工况计算受力对于结构比较有利，同时在靠近钢护筒的位置处设置抱箍，作为牛腿使用支撑贝雷梁。

56 4.5
1.45 1.45261/20.7
k q q kN m
⨯=⨯=⨯
=⨯
受力简图
弯矩图
剪力图
反力图
最大弯矩：
max 143.9
M kN m
=⋅
最大剪力：
max 215.03
Q kN
=
支反力为：
max 215.03
R kN
=
查贝雷梁参数得，单层单片贝雷梁承受的参数
max 788.2
M kN m
=⋅，
最大剪力为
max 245.2
Q kN
=，满足要求。

四下部结构内力计算
4.1 2I45工字钢计算
2I45工字钢所承受的荷载主要为贝雷梁传递的结构自重和车辆荷载，施工中考虑9m 3罐车偏载的现象及车辆位于2I25工字钢跨度中心两种不利情况。

结构自重：主要为桥梁上部结构自重及2I25工字钢自重两种，其中上部结构的荷载主要重量为:
0.0161578.50.14215170.25306 2.756232.86G kN =⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=,
荷载值通过贝雷梁传递至2I25工字钢主横梁上，每道贝雷梁传递的竖向荷载为：232.861.2 1.246.57266
G q kN =⨯
=⨯=；
偏载断面示意图
当履带吊偏载时，即一条履带位于单片贝雷梁顶部时：按照整个履带吊的重量全部由一排钢管桩来承重，由于其他相邻两排钢管桩也为受力，采用该模型较为有利。

4.556
1.45 1.45522/0.7
k q q kN m ⨯=⨯=⨯
=
受力模型
反力图
将贝雷梁的支承反力转化为2I25的荷载，每个荷载值为：
1 3.58+46.57250.152R kN
==，
2-15.33+46.572=31.242R kN
=，
3317.39+46.572363.962R kN ==，447.94+46.57294.512R kN ==
5174.45+46.572221.022R kN ==，6203.28+46.572249.852R kN ==
受力模型图
弯矩图
剪力图
反力图
最大弯矩为：max 112.35M kN m =⋅
3
-6
112.3510135.978[]21580410M MPa MPa w σσ⨯===<=⨯（满足强度要求）
最大剪力为：max 313.86Q kN =
*36
-8313.8610230.721090.149[]125250201020.008
QS MPa MPa Ib τσ-⨯⨯⨯⨯===<=⨯⨯⨯⨯（满足强度要求）
最大反力为：max 465.96R kN =
通过以上计算2I25工字钢满足荷载要求。

4.2 Φ630钢管计算
通过以上计算Φ630钢管桩基础最大承重荷载为384.19kN ，施工时使用DZJ-90振动锤打设。

表4.1 DZJ-90振动锤性能表
电机功率 偏心力矩 振动频率r/min 激振力 机重 允许拔桩力 (kW) N ·m kN kg kN 90
0～403
1100
546
7300
254
4.1 入土深度计算
根据《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）第4.2.4条：
)(1
A q l q U Q R i fi R
d +=
∑γ
式中：
Q d —单桩垂直极限承载力设计值（kN ）；
d γ—单桩垂直承载力分项系数，取1.45；
U —桩身截面周长 （m ），本处为1.978m ；
fi q —单桩第i 层土的极限侧摩阻力标准值（kPa ）； i l —桩身穿过第i 层土的长度（m ）； R q —单桩极限桩端阻力标准值（kPa ）；
A — 桩身截面面积，Φ630×12mm 钢管桩A=232.981cm 2；
查看地质资料可得下表
由计算得知：2.64米厚的卵石层作为从刷层，钢管桩入土深度10米，即穿过粉质粘土7米、进入粘土层3米即可满足承载力要求。

4.2 钢管桩稳定性计算
河床面高程为-7.36m ，按3m 冲刷深度考虑，则可假定钢管桩悬臂固结点在-10m 处，桩顶标高取+4.0m ，钢管悬臂长度为15m 。

4.2.1 单根钢管桩流水压力计算 单根桩流水压力计算：22
w F Cw V A ρ
=
式中：w F ――流水压力标准值（kN ）；
w C ――形状系数（钢管桩取0.8）；
A ――阻水面积（m 2）
，计算至一般冲刷线处； ρ――海水的重力密度1.025（kN/m 3）； V ――设计流速（1.53m/s ）
； 221.025
=0.8 1.530.6313=7.8612
2
w w
F C V A kN ρ
=⨯
⨯⨯⨯ 4.2.2 单根钢管桩横桥向风力计算
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTJ-02189) 第2.3.8条计算横桥向风压：
013wh d wh F k k k W A =
0k —设计风速重现期系数取1.0； 1k —风载阻力系数，取1.0；
3k —地形地理条件系数，1.0； d W —设计基准风压取为0.8kPa ； wh A —迎风面积11.39m 2；
横桥向风载：013=1.0 1.0 1.00.811.39=9.112wh d wh F k k k W A kN =⨯⨯⨯⨯
4.2.3钢栈桥横桥向风力计算
013=1.0 1.0 1.00.812.626=10.1wh d wh F k k k W A kN =⨯⨯⨯⨯
4.2.4 单根钢管桩顺桥向风力计算 纵桥向风压按横桥向风压的70%计算。

横桥向风载：013=1.0 1.0 1.00.80.714.95=8.372wh d wh F k k k W A kN =⨯⨯⨯⨯⨯
4.2.5 波浪力
浪高按3.01m 计算，根据盖拉德经验公式计算浪长：9~15L H =（H 为浪高），取12=12.301=36.12L H m =⨯。

对于圆形柱桩当D/L ≤0.2时为小尺寸桩柱（D 为桩径）用下式计算波浪力：
22
ax 140.1674sinh()
DM v d
p k D H d
L L
πγπ+=⨯⨯⨯⨯
220.785tanh
LMax v d
p k D H L
πγ=⨯⨯⨯ 式中：
D Max p ——水平波压速度分力的最大值，出现在波峰位置处0t ω=；
I Max p ——水平波压惯性分力（由加速度引起）的最大值，出现在
波峰和1/4波长之间270t ω=︒；
v k ——建筑物附近速度修正值，
0.0370.12D
L
=<，所以v k 取1.00；
D ——桩径，取为0.63m ； d ——静水水深，取7.36m ；
H ——浪高3.01m ；
γ——水的容重10kN/m 3；
22
14 3.140.63
0.167 1.0100.63 3.01=13.74 3.14 6.14
36.12sinh()
36.12
DMax P kN +⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯
22 3.147.36
0.785 1.0100.630 3.01tanh
=6.7136.12
LMax p kN ⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯
当DMax P ≥0.5L Max p 时，最大波压Max P 可用下式计算：
0.671
=(10.25
=15.3813.7
Max DMax P P kN +）
受力模型
.
应力图
反力图
4.3 结论
经过以上计算，该结构简单，受力合理，满足使用要求。

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