48计算书

青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究111四、大型临时工程设计与施工(一)下海码头设计与施工1、设计依据《青岛海湾大桥工程标书图纸文件》2、设计主要参考规范(1)波浪力按行业标准《海港水文规范》(JTJ213-87)确定；(2)《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）；(3)《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28）；(4)《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）；(5)《钢结构设计规范》（GBJ17）执行；(6)《青岛湾跨航道大桥标书文件》(7)《新编N型万能杆件图册》3、设计标准及基础资料(1)、抗风设计标准工作状态最大风速按20m/s计算，非工作状态最大风速按50年一遇的37.0m/s计算。(2)、水文地质资料①、栈桥码头处地面标高：5～6m。②、河床地质：覆盖层大部分为砂层，有部分粉土层；覆盖层下为风化白云岩。③、栈桥码头考虑渡洪，水流速按中洪水期流速1.45m/s计。4、荷载计算(1)、风荷载：栈桥结构设计风速按V=30.0m/s计算，W0=V2/1.6=667Pa；吊机设计风速按V=20m/s计算，ω0=250Pa（风力超过6级吊机停止作业）。(2)、吊机桁架所受风力为：工作状态：取K1=1.0，K2=0.4，K3=1.0，K4=1.2，W=K1·K2·K3·K4·W0=100Pa；青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究112非工作状态：W=380Pa。(3)、栈桥H型钢所受风力计算：取K1=1.0，K2=1.3，K3=1.0，K4=1.2，W=K1·K2·K3·K4·W0=865.84Pa。(4)、栈桥钢管桩基础所受风力计算：取K1=1.0，K2=0.9，K3=1.0，K4=1.2，W=K1·K2·K3·K4·W0=599.42Pa。(5)、水流力：根据计算水位仅计入钢管桩水流力及制动墩连接系水流力①、钢管桩水流力：取地面上桩长最大排管桩进行计算，前端管桩所受水流力：F1＝Krv2A/2g＝0.73×10×2.52×9×0.8/（2×10）=10.51KN后排管桩每排所受水流力为：F2＝0.78×0.73×10×2.52×9×0.8/（2×9.8）=8.2KN②、制动墩连接系水流力：F1=1.99×10×2.52×（0.4×2×4）/（2×10）=12.74KN5、CWQ-50吊机荷载(1)、万能杆件加新制件重50t（包括连接螺栓），卷扬机及分配梁10t；(2)、吊机最大吊重12t6、结构布置为便于设备及材料上下河特设计此栈桥码头。栈桥中心线位于主桥中线下游25米处，栈桥宽10.9米，上设30t汽车运输走道；栈桥端头旁在水中设一台CWQ-50起重机负责货物的起吊装卸。水流流速按1。45m/s进行计算。栈桥主梁采用H型钢HN600×200，并在桥面铺设工字钢横梁，并在其顶面铺设δ=10mm桥面钢板。栈桥基础为φ0.8m钢管桩及φ1.2m钢管桩基础，在桩顶布置桩顶分配梁，桩间焊接横向连系。栈桥详细布置见“下海码头总体布置图”。青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究113下海码头总体布置图7.结构检算（1）计算程序栈桥码头各构件的检算采用大型通用有限元程序Algor16。（2）CWQ-50吊机构架计算用ALGOR16建立三维有限元模型，各万能杆件和轮箱均按梁单元处理。在轮箱底部采用铰接约束。青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究114①施工工况及荷载组合：工况一：自重荷载＋工作状态风荷载+吊重120KN、扒杆位于正前方时吊机反力荷载工况二：自重荷载＋工作状态风荷载+吊重120KN、扒杆与正前方水平夹角90°时吊机反力荷载各工况计算结果工况一计算结果见“表4-4-1工况一各构件轴力表”；工况二计算结果见“表4-4-2工况二各构件轴力表”；表4-4-1工况一各构件轴力表杆件编号最大轴力(KN)部位2N1（2N2）512立柱2N3312横梁斜杆2N4218横梁竖杆构架最大变形5.9mm横梁表4-4-2工况二各构件轴力表杆件编号最大轴力(KN)部位2N1（2N2）318立柱2N3235横梁斜杆2N4256吊重侧支点下2N5146吊重侧支点下构架最大变形7.3mm吊重侧支点下②整体倾覆稳定计算工况一：正前方吊重120KN，幅度14m稳定计算倾覆力矩（以前端立柱为转角）120×13＝1560KN·m稳定力矩（计入构架自重和压重600KN）600×6＋50×10＝4100KN·m青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究115倾覆安全系数为3500/1560＝2.622工况二：吊重120KN，幅度14m扒杆与正前方水平夹角90°时稳定计算倾覆力矩（以轮箱为转角）120×10＝1200KN·m稳定力矩（计入构架自重和压重600KN）650×4+50×6＝2700KN·m倾覆安全系数为2700/1200＝2.252③结论通过整体模型计算分析，各杆件轴力均在万能杆件手册各杆件容许轴力范围内，构架变形满足规范要求。整体稳定性满足规范要求。8.栈桥结构计算栈桥桥跨布置如“栈桥桥跨布置示意图”所示。栈桥桥跨布置示意图（1）栈桥主梁检算：按栈桥主梁处于最不利工况时计算，计算结果为：主梁最大应力为：σ=126.4Mpa＜145MPa结构计算模型及结果见“主梁应力计算结果示意图”。青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究116主梁应力图最大挠度为：Δ=21mm挠跨比21/12000=1/571＜1/500，计算模型结果见“主梁挠度计算结果示意图”。主梁挠度计算结果示意图（2）栈桥钢管桩及桩间连接系横向计算：按梁受力为最不利工况，对此工况进行检算，建立计算模型，钢管桩地面以下4m处铰接。桩顶分配梁最大应力：σ=108.5Mpa＜145MPa青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究117钢管桩最大应力：σ=127Mpa＜145MPa桩间连接系最大应力为：σ=77.2Mpa＜145MPa桩顶横向最大位移1cm。计算模型及应力结果见“主梁应力计算结果示意”。主梁应力计算结果示意工况二：水流力作用在钢管桩及防撞墩连接系上时，栈桥此处横向位移最大，对此工况进行检算，建立计算模型，钢管桩地面以下4m处铰接。桩顶横向最大位移2.4cm。计算模型及应力结果见“横向位移计算结果示意”。（3）钢管桩承载力计算桩顶设计竖向力：根据安装工况和运营工况计算，钢管桩桩顶最大反力为800KN。按打入桩计算钢管桩入土深度：公式：[P]＝1/1.5·U∑filiU——桩身截面周长；fi——各土层的极限侧摩阻力（kpa）青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究118li——各土层厚度；根据桩位处地质条件与冲刷情况分别代入各参数，计算出各个桩位处的桩长，钢管桩一般入土深度为20m～22m之间，且钢管桩需入风化岩0.5m。横向位移计算结果示意9.结论综合以上栈桥各部件的计算结果可知：各部件强度、刚度均能满足规范和施工要求，经济性较好。（二）、钻孔施工平台1．设计依据《青岛海湾大桥土建工程设计图纸（自身文件专用）》及相关招标文件、补遗文件。2．设计主要参考规范（1）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）（2）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）（3）《公路桥涵抗风设计规范》青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究119（4）《海港水文规范》(JTJ213-98)（5）《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）（6）《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）3．设计标准及基础资料（1）抗风设计标准按30年一遇最大风速设计，桥位区距海面10m高度30年一遇最大瞬时风速为33.5m/s。（2）水文地质资料①主塔处地面标高：-3.2m。②主塔基础为群桩基础，采用24根Φ2.5m钻孔灌注桩，桩长72m，桩中心距为6.25m。承台为八边形承台，顺桥向宽23.25m，横桥向长42m，厚6m。基础周边设置防撞设施。③河床地质：覆盖层依次为厚约4m的淤泥；厚约8m淤泥质亚粘土层；厚约1.5m亚砂土层；厚约12.5m粗砂层；覆盖层下基岩为角砾岩。4．结构布置施工平台拟采用钢管桩基础，普通型和加强型贝雷片为主要构件拼接而成。施工首先采用打桩船插打平台辅助桩，将普通型贝雷片支撑在平台辅助桩上，然后拼装加强型贝雷片，形成平台。然后在平台上拼装走行龙门吊机，拼装完成后安装钻孔桩护筒导向架，插打钢护筒，焊接护筒牛腿，与辅助桩共同受力。平台顶面设置钻机走道梁，以备钻机钻孔及走行；其它位置铺设型钢分配梁，便于施工人员操作及部分施工材料摆放。平台具体布置见“图QDHW-07-08大沽河航道桥主塔墩钻孔施工平台方案图”。青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究120大沽河航道桥主塔墩钻孔施工平台方案立面图大沽河航道桥主塔墩钻孔施工平台方案平面图5．结构检算（1）荷载计算①风荷载设计风速V=33.5m/s计算，W0=V2/1.6=701.41Pa。对贝雷片桁架而言：青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究121取K1=1.0，K2=0.5，K3=1.0，K4=1.3，W=K1·K2·K3·K4·W0=456Pa。单榀贝雷片支架最大风载：N=W0·S=456×48=21.9KN②钻机荷载：钻机自重按1200KN/台计（包括钻杆、钻头）。③施工材料及人员按2.5KPa均布荷载计。④水流力：计算时按平台辅助桩被水（浪）位淹没的最不利状态，水深9.2m考虑。流速取1%一遇，v=1.44m/s。1钢管桩水流力：第一排管桩所受水流力：F1＝Krv2A/2g＝0.73×10×1.442×9.2×0.8/（2×10）=5.57KN后排管桩每排所受水流力为：F2＝0.88×0.73×10×1.442×9×0.8/（2×10）=4.9KN2、连接系水流力前排连接系每片所受水流力：F1＝Krv2A/2g＝2.15×10×1.442×1.376/（2×10）=3.07KN后排连接系每片所受水流力为：F2＝2.15×1.99×10×1.442×1.376/（2×10）=3.07KN⑤平台总重平台构架总重：G=400t。⑥龙门吊机龙门吊机自重60t，最大吊重40t。（2）平台基础整体检算：青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究122MIDAS/CivilPOST-PROCESSORDISPLACEMENT分析结果1.47861e+0011.34419e+0011.20977e+0011.07535e+0019.40931e+0008.06512e+0006.72093e+0005.37675e+0004.03256e+0002.68837e+0001.34419e+0000.00000e+000系数=2.0289E+002CB:ZHMAX:91MIN:930文件:施工平台(龙门~单位:mm日期:01/25/2007表示-方向X:-0.483Y:-0.837Z:0.259钻孔平台整体稳定计算位移图计算可得：最大变形：f=14.8mm；最大应力：σ=37.9MPa[σ]=140MPa（3）加强型贝雷片（横梁）检算根据钻孔过程中最不利工况建模：计算可得：最大变形：f=19.6mmL/400=30mm；最大应力：σ=128MPa[σ]=140MPa。（4）钢管桩承载力计算桩顶设计竖向力：根据安装工况和运营工况计算，钢管桩桩顶最大反力为青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究123750KN。按打入桩计算钢管桩入土深度：公式：[P]＝1/1.5·U∑filiU——桩身截面周长；fi——各土层的极限侧摩阻力（kpa）li——各土层厚度；根据桩位处地质条件与冲刷情况分别代入各参数，综合考虑冲刷问题，计算出各个桩位处的桩长，钢管桩一般入土深度为22m～24m之间。6．计算说明本计算单只对钻孔施工中的最不利工况既主塔墩钻孔施工的施工平台进行了结构计算和验算，设计标准及设计资料亦为该工况的资料。青岛海湾大桥航道桥钢梁施工方案研究124（三）主塔墩围堰计算1.总说明大沽河航道桥索塔所处位置河床面高程-3.200m，表层为淤泥质亚粘土，厚约20m。承台顶标高+2.500m，承台四周设计有环形箱式削能缓冲防撞钢结构装置，可在其上甲板上增加挡水板，下甲板上增设钢刃脚作为钢套箱围堰。