钻孔平台计算书概论

一、工程概况
八里湖跨湖大桥主桥采用戒指型三塔斜拉桥，桥跨组成为：（80.55+2×132+80.55）m，主梁为预应力混凝土梁。

主墩承台尺寸为45×10×4m，边墩承台尺寸为12×5.6×2.5m，水中引桥墩承台尺寸为5.6×5.4×2.2m，钻孔平台顶面标高为+19.500m，施工期间设计水位为+16.620m，主、边墩平台为贝雷梁+钢管桩，引桥墩为型钢+钢管桩的结构形式。

二、计算依据
2.1《八里湖跨湖大桥施工设计图》
2.2《八里湖跨湖大桥钻孔平台布置图》
2.3 《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2004
2.4 《公路桥涵施工技术规范》 JTJ 041-2000
2.5 《钢结构设计规范》 GB50017-2003
2.6 《装配式公路钢桥多用途手册》（人民交通出版社) ISBN 7-114-03984-0
2.7 《路桥施工计算手册》（人民交通出版社) ISBN 7-114-03855-0
三、贝雷梁几何尺寸及桁架容许内力
3.1 贝雷梁结构尺寸
3.2 贝雷梁截面特性
3.3 贝雷梁几何特性
3.4 桁架容许内力表
四、钻孔平台计算
4.1 设计参数
4.1.1 设计荷载：主墩、边墩、水上引桥墩钻孔平台均摆放4台CJF20型冲击钻机：220kN（自重180kN+钻头40kN），允许一辆8m3砼搅拌运输车（满载）在平台上走行。

4.1.2 正常使用最大风力：6级
4.1.3 最大抵抗风力： 12级
4.2 计算荷载
4.2.1钻机荷载
一台钻机总重量 G=220kN（包含钻头等）4.2.2 8m3砼搅拌运输车（参数见下表）
4.2.3 钢桥面板自重
每延米桥面板自重 G=13kN/m
4.2.4 制动力
汽车：30 kN
4.2.5 汽车荷载冲击系数
μ＝15/(37.5+L)= 15/(37.5+15)=0.29 4.2.6施工均布荷载《路桥施工计算手册》
g=2.5kN/m2计算桥面板
1.5kN/m2计算分配梁
1.0 kN/m2 计算桩顶分配梁、钢桩
4.2.7风荷载
风压计算：
W=K
1K
2
K
3
K
4
W
其中
W
=V2/1600基本风压
V=14m/s（6级风速） V=40m/s（12级风速）
W
=142/1600=0.12 kN/m2（6 级风）
W
=402/1600=1.00 kN/m2（12级风）
K
1
=1.00设计风速频率换算系数
K
2
=0.80风载体形系数（钢管桩）
1.3 风载体形系数（桁架）K
3
=1.00 风压高度系数
K
4
=1.30地形、地理条件系数
钢管桩风压： W=K
1K
2
K
3
K
4
W
=1*0.8*1*1.3*0.12 kN/m2=0.12 kN/m2 （6 级风）
W=K
1K
2
K
3
K
4
W
=1*0.8*1*1.3*1.00 kN/m2=1.04 kN/m2 （12级风）
作用在一根钢管桩上的风荷载：
钢管桩直径为0.6m
迎风面积S=1.8m2 (单根钢管桩，按最低水位计算）F=W*S=0.12 kN/m2*1.8 m2=0.216 kN（6级风）
F=W*S=1.04 kN/m2*1.8 m2=1.872 kN（12级风）
贝雷梁风压： W=K
1K
2
K
3
K
4
W
=1*1.3*1*1.3*0.12 kN/m2=0.20 kN/m2 （6 级风）
W=K
1K
2
K
3
K
4
W
=1*1.3*1*1.3*1.00 kN/m2=1.69 kN/m2 （12级风）
作用在贝雷梁上的风荷载：
贝雷梁的迎风面积 S=51m*1.5m*0.4=30.6m2（0.4为受风面积系数）
F=W*S=0.20 kN/m2*30.6 m2=6.12 kN （6级风）
F=W*S=1.69 kN/m2*30.6 m2=51.71 kN（12级风）
转化为线荷载：q=6.12 kN/51m=0.12 kN/m ( 6级风)
q=51.71 kN/51m=1.01 kN/m ( 12级风)
作用点位于桁架中心
4.2.8其他荷载
泥浆分离器重：50kN
储渣槽容积按2m3考虑，钻渣容重18kN/m3，储渣槽自重按14kN考虑。

储渣槽重：18kN/m3*2m3+14kN=50kN
4.2.9流水压力
考虑到湖水流速很慢，湖水流动产生的流水压力对钻孔平台的钢管桩影响很小，故流水压力忽略不计。

4.3 钢桥面板、小肋和分配梁计算（8m3砼搅拌运输车计算工况）
4.3.1 钢桥面板计算
钢桥面板采用8mm厚Q235花纹钢板，1辆8m3砼搅拌运输车满载作用于钢
桥面板上，取1cm宽度钢桥面板按连续梁进行计算，支撑钢桥面板的小肋I10间距为152mm。

4.3.1-1 荷载计算
汽车荷载：q=120/（0.6*0.2）/2*（1+0.29）=645kN/m2
4.3.1-2 面板截面特性
弹性模量E=206000Mpa 宽b=10mm 高h=8mm
惯性矩 I=bh3/12=10*83/12=10*83/12=427mm4
弯曲截面系数 w=bh2/6=10*82/6=107mm3
面积矩 S=10mm*8mm/2*（8mm/2）=80mm3
4.3.1-3 内力计算
在汽车荷载作用下，面板上的线荷载：
q=645kN/m2*0.01m=6.45 kN/m
最大弯矩：M=ql2/8=6.45 kN/m*（152/1000）m2/10=0.015kN.m
最大剪力：Q=ql/2=6.45 kN/m*（152/1000）m/2=0.49kN
弯曲应力：σ=M/W=0.015 kN.m/107mm3*10^6=140.18MPa<170 MPa
剪应力：τ=QS/Ib=0.49 kN*80mm3/(427mm3*10mm)*10^3=9.18 MPa<100 MPa 挠度： f=0.677ql4/100EI=0.677*6.45 kN/m*（152/1000）m4/(100* 206000MPa*427mm3=0.264mm<0.55mm
计算结果满足要求
4.3.2 小肋I10计算
桥面板加劲小肋采用I10，中心间距为220mm，最不利工况为1辆8m3砼搅拌运输车满载汽车车轮作用在跨中，考虑2根I10同时受力，支撑小肋的分配梁I25a最大跨度为1500mm。

4.3.2-1 荷载计算
汽车荷载：q=60/2/2*（1+0.29）=19.4kN
4.3.2-2 I10截面特性
I10截面特性：
4.3.2-3 内力计算
最大弯矩：M=pl/4= 19.4 kN*1.5m/4=7.27 kN.m
最大剪力：Q=p=19.4 kN
弯曲应力：σ=M/W=7.27 kN.m/49cm3*10^3=148.36MPa<170 MPa
剪应力：τ=QS/Ib=19.4kN/（8.6cm*4.5mm）*100=50.12 MPa<100 MPa 计算结果满足要求。

4.3.3 分配梁I25a计算
分配梁采用I25a，最大跨度为2900mm，最不利工况为1辆8m3砼搅拌运输车满载汽车车轮作用在跨中。

4.3.3-1 荷载计算
汽车集中荷载：P=（120 kN/2）*（1+0.29）=77.4 kN
4.3.3-2 I25a截面特性：
4.3.3-3 内力计算
最大弯矩：M=PL/4=77.4 kN*2.9m/4=56.12kN.m
最大剪力：Q=P=77.4 kN
弯曲应力：σ=M/W=56.12kN.m/401cm3*10^3=140.0 MPa<170 MPa
剪应力：τ=QS/Ib=77.4kN/（21.58cm*8mm）*100=44.83 MPa<100 MPa
计算结果满足要求。

4.4 主墩钻孔平台贝雷梁、桩顶分配梁和钢管桩计算
4.4.1有限元程序建模计算
采用有限元结构分析程序midas对钻孔平台整体建模。

贝雷梁、分配梁、钢管桩采用梁单元模拟，支撑架采用桁架单元模拟，桩底约束dx、dy、dz，荷载值按实际计算值添加。

荷载工况及组合:
组合一：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+泥浆分离器+汽车荷载(纵向12m跨中)+风荷载(6级)
组合二：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+泥浆分离器+汽车荷载(12m跨桩顶)
+风荷载（6级）
组合三：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+风荷载(12级)
组合一计算模型
组合二计算模型
4.4.2贝雷梁计算
在组合一的工况下，贝雷梁弦杆轴力最大
贝雷梁[10弦杆F x=219.4kN<560kN 满足要求
组合一贝雷梁[10弦杆轴力图（kN）
在组合二的工况下，贝雷梁竖杆和斜杆轴力最大
贝雷梁I8竖杆Fx=109.7 kN<210kN 满足要求
贝雷梁I8斜杆Fx=126.9 kN<171.5kN 满足要求
组合二贝雷梁I8竖杆轴力图（kN）
组合二贝雷梁I8斜杆轴力图（kN）
4.4.3桩顶分配梁2HN500×200计算
2HN500×200截面特性如下：
型号A（cm2)Ix(cm4)Wx(cm3)b(cm)S(cm3) 2HN500×200228.495600 382022175.2
在组合二的工况下，桩顶分配梁的弯矩和剪力最大
M=276.3kN.m
Q=232.8kN
σ=M/W=276.3 kN.m/3820cm3*10^3=72.3MPa<170MPa 满足规范要求
τ=QS/Ib=232.8kN*2175.2cm3/(95600cm4*2cm)*10=26.4MPa<100MPa
满足规范要求
最大弯矩图（kN.m）
最大剪力图（kN）
4.4.4钢管桩承载力计算
规格每米重量截面积惯性矩回转半径截面矩弹性模量（mm)(kg/m)A(cm2)I(cm4)i(cm)W(cm3)E(MPa)φ600×8116.8 148.79 65192 20.9 2173 206000在工况二荷载作用下，钢管桩反力最大
单桩最大承载力P=601.7 kN
立柱换算长细比λ=L/i=47.80
稳定系数φ=0.865
σ=N/φA=601.7kN/（0.865*148.79cm2）*10=46.75 MPa <170MPa
满足规范要求
钢管桩反力图（kN）
4.5主墩钻孔平台稳定屈曲计算
采用midas有限元程序建模计算
屈曲稳定系数λ=6.77> 5 满足要求
4.6边墩钻孔平台贝雷梁、桩顶分配梁和钢管桩计算
4.6.1有限元程序建模计算
采用有限元结构分析程序midas对钻孔平台整体建模。

贝雷梁、分配梁、钢管桩采用梁单元模拟，支撑架采用桁架单元模拟，桩底约束dx、dy、dz，荷载值按实际计算值添加。

荷载工况及组合:
组合一：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+汽车荷载(纵向15m跨中)+风荷载(6级)
组合二：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+汽车荷载(15m跨桩顶)+风荷载(6级)
组合三：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+汽车荷载(横向9m跨中)+风荷载(6级)
组合四：结构自重+4台冲击钻机(纵向)+风荷载(12级)
组合一计算模型
组合二计算模型
组合三计算模型
4.6.2贝雷梁计算
在组合一的工况下，贝雷梁弦杆和斜杆的轴力最大贝雷梁[10弦杆Fx=325.7kN<560kN 满足要求
贝雷梁I8斜杆Fx=112.2kN<171.5kN 满足要求
组合一贝雷梁[10弦杆轴力图（kN）
组合一贝雷梁I8斜杆轴力图（kN）在组合二的工况下，贝雷梁竖杆的轴力最大
贝雷梁I8竖杆Fx=180.65kN<210kN 满足要求
组合二贝雷梁I8竖杆轴力图（kN）
4.6.3桩顶分配梁2HN500×200计算
2HN500×200截面特性如下：
型号A（cm2) Ix(cm4) Wx(cm3) b(cm) S(cm3) 2HN500×200 228.4 95600 3820 2 2175.2
在组合三的工况下，桩顶分配梁的弯矩最大
M=354.74kN.m
σ=M/W=311.2kN.m /3820cm3*10^3=92.9MPa<170MPa 满足规范要求在组合二的工况下，桩顶分配梁的剪力最大
Q=304.5kN
τ=QS/Ib=304.5kN*2175.2 cm3/(95600cm4*2cm) *10=34.6MPa<100MP
满足规范要求
最大弯矩图（kN.m）
最大剪力图（kN）
4.6.4钢管桩承载力计算
规格每米重量截面积惯性矩回转半径截面矩弹性模量（mm)(kg/m)A(cm2)I(cm4)i(cm)W(cm3)E(MPa)φ600×8116.8 148.79 65192 20.9 2173 210000在组合二荷载作用下，钢管桩反力最大
单桩最大承载力P=547.1kN
立柱换算长细比λ=L/i=47.80
稳定系数φ=0.865
σ=N/φA=547.1kN/（0.865*148.79cm2）*10=42.51MPa<170MPa
满足规范要求
钢管桩反力图（kN）
4.7边墩钻孔平台稳定屈曲计算
采用midas有限元程序建模计算
屈曲稳定系数λ=7.18> 5 满足要求
4.8引桥墩钻孔平台分配梁、桩顶分配梁和钢管桩计算
4.8.1有限元程序建模计算
采用有限元结构分析程序midas对钻孔平台整体建模。

贝雷梁、分配梁、钢管桩采用梁单元模拟，支撑架采用桁架单元模拟，桩底约束dx、dy、dz，荷载值按实际计算值添加。

荷载工况及组合:
组合一：结构自重+2台冲击钻机(纵向)+汽车荷载(横向7m跨中)+风荷载(6级)
组合二：结构自重+2台冲击钻机(纵向)+汽车荷载(纵向9m跨中)+风荷载(6级)
组合三：结构自重+2台冲击钻机(纵向)+风荷载(12级)
组合一计算模型
组合二计算模型
4.8.2分配梁计算
HN500×200截面特性如下：
型号A（cm2) Ix(cm4) Wx(cm3) b(cm) S(cm3) HN500×200 114.2 47800 1910 1 1087
在组合一的工况下，分配梁弯矩最大
M=224.1kN.m
σ=M/W=224.1kN.m /1910cm3*10^3=117.3MPa<170MPa 满足规范要求
在组合二的工况下，分配梁剪力最大
Q=135.5kN
τ=SQ/Ib=135.5kN*1087cm3/(47800cm4*1cm)*10=30.8MPa<100MPa
满足规范要求
最大弯矩图（kN.m）
最大剪力图（kN）
4.8.3桩顶分配梁2HN500×200计算
2HN500×200截面特性如下：
型号A（cm2) Ix(cm4) Wx(cm3) b(cm) S(cm3) 2HN500×200 228.4 95600 3820 2 2175.2
在组合二的工况下，桩顶分配梁的弯矩和剪力最大
M= 483.7kN.m
σ=M/W=483.7kN.m/3820cm3*10^3=126.6MPa<170MPa 满足规范要求
Q=461.3 kN
τ=SQ/Ib=461.3 kN*2175.2 cm3/(95600cm4*2cm)=52.5MPa<100MPa 满足规范要求
最大弯矩图（kN.m）
最大剪力图（kN）
4.8.4钢管桩承载力计算
规格每米重量截面积惯性矩回转半径截面矩弹性模量（mm)(kg/m)A(cm2)I(cm4)i(cm)W(cm3)E(MPa)φ600×8116.8 148.79 65192 20.9 2173 210000在组合二荷载作用下，钢管桩反力最大
单桩最大承载力P=536.35kN
立柱换算长细比λ=L/i=47.80
稳定系数φ=0.865
σ=N/φA=41.67 MPa<170MPa 满足规范要求
钢桩反力图（kN）
4.9引桥墩钻孔平台稳定屈曲计算
采用midas有限元程序建模计算
屈曲稳定系数λ=12.5> 5 满足要求。