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1、
拉各斯輕軌四期跨海橋
鉆孔平臺結(jié)構(gòu)計算
中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司
二O一四年八月
9
目 錄
1概述 0
2、計算依據(jù) 1
3、基本資料 1
4鉆孔平臺計算 2
4.1貝雷梁計算結(jié)果 3
4.2分配梁計算結(jié)果 5
4.2鋼管樁計算結(jié)果 5
5.結(jié)論 9
1概述
平臺采用可拆裝式貝雷梁拼裝而成,鉆孔平臺平面布置圖如下。
平臺布置圖
2、計算依據(jù)
1、《拉各斯輕軌四期跨海橋施工設(shè)計圖》
2、
2、《工程地質(zhì)勘測報告》
3、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》
4、《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》
5、《港口工程技術(shù)規(guī)范》
6、簡明施工計算手則
7、《鐵路橋涵施工規(guī)范》
8、《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》
3、基本資料
1、設(shè)計水位:根據(jù)委托方提供的水文資料確定鉆孔施工期間水位標(biāo)高取+0.94米。
2、材料:除貝雷梁外,其他材料均采用Q235b;由于平臺為臨時結(jié)構(gòu),Q235b鋼材彎曲容許應(yīng)力取170MPa,剪切容許應(yīng)力取100MPa,局部承壓應(yīng)力為210MPa。
3、荷載:
(1)水流荷載
設(shè)計水流速度為1.0m/s ,考慮最大水深為17m,計算水流力如下:
作用于結(jié)構(gòu)上的水流力按下式
3、計算:
式中:——水流力標(biāo)準(zhǔn)值(KN);
——水流設(shè)計速度(m/s);
——水流阻力系數(shù),平臺樁斷面為圓形斷面,其;
——水的密度,淡水取1t/m3;
——計算構(gòu)件與水流方向垂直平面上的投影面積(m2)。
其作用點(diǎn)位于水面以下1/3處。
(2)鉆機(jī)荷載
考慮三臺GPS15B鉆機(jī)交錯進(jìn)行鉆孔作業(yè),單臺鉆機(jī)按自重200kN計,考慮1.2沖擊系數(shù),鉆機(jī)荷載由四點(diǎn)支承,各支點(diǎn)受力均為:200×1.2÷4=60kN;
(3)平臺堆載:2kN/m2
(4)風(fēng)荷載:取10年一遇基本風(fēng)壓
4.計算內(nèi)容
(1)驗(yàn)算平臺梁的強(qiáng)度、剛度;
4、(2)驗(yàn)算樁的承載能力;
4鉆孔平臺計算
為簡化計算,鉆機(jī)施工時荷載以集中荷載形式作用于貝雷梁上,以一片貝雷梁計算,一片3m貝雷梁自重為2.7kN,考慮附屬結(jié)構(gòu)及連接系對貝雷梁取1.3自重系數(shù),則一片貝雷梁的自重荷載為2.7×1.3=3.5kN,換算成線性均布荷載為3.5/3=1.2kN/m。根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》知道貝雷梁弦桿能承受的最大軸力為560kN,豎桿能承受的最大軸力為210kN,斜桿能承受的最大軸力為171.5kN。
鉆機(jī)下貝雷梁荷載:
鉆機(jī)荷載+貝雷梁自重
鉆機(jī)集中荷載:一個支點(diǎn)下由2片貝雷梁承受,考慮1.2的偏載系數(shù)得到每片貝雷梁上的荷載為:60×1.2
5、÷5=36kN;
貝雷梁計算結(jié)果
建立鉆孔平臺模型如下:
4.1貝雷梁計算結(jié)果
貝雷梁計算結(jié)果如下:
上弦桿最大軸力180kN
下弦桿最大軸力196kN
斜桿最大軸力121 kN
豎桿最大軸力120 kN
通過計算貝雷梁弦桿的最大軸力為196kN,斜桿最大軸力為121kN,豎桿最大軸力為120kN,均小于結(jié)構(gòu)容許值。
貝雷梁變形如下:
最大變形為11mm
4.2分配梁計算結(jié)果
最大應(yīng)力為59MPa
4.2鋼管樁計算結(jié)果
鋼管樁變形如下:
樁頂最大變形4mm
鋼管樁最大軸力如下:
樁頂最大軸力537kN
鋼管樁最大彎矩如下
6、:
樁頂最大彎矩158kN.m
4.2.1鋼管樁穩(wěn)定計算
按壓彎構(gòu)件計算單根樁的穩(wěn)定性:
鋼管樁采用φ800×10mm鋼管,考慮海水的腐蝕作用,計算按φ800×8mm鋼管考慮。
軸力N=537kN,計算長度取,其中18m為考慮水深,3m為淤泥覆蓋層,0.8m為樁徑,根據(jù)此處地質(zhì)情況鋼管樁作為彈性樁計算考慮,樁底最小錨固深度為1.45m,最小錨固深度為為4T=5.8m,假象嵌固點(diǎn)為2T=2.9m,故鋼管計算長度為,其長細(xì)比
對于彎曲結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算
其中
通過計算知道鋼管樁的最大穩(wěn)定應(yīng)力為85.4MPa小于容許應(yīng)力。
如采用φ600×6mm鋼管,計算結(jié)果如下:
7、
鋼管樁的最大穩(wěn)定應(yīng)力為233.5MPa大于容許應(yīng)力,不滿足受力要求。
4.2.2鋼管樁承載力計算
1. 基樁設(shè)計參數(shù)
成樁工藝: 鋼管樁
承載力設(shè)計參數(shù)取值: 根據(jù)建筑樁基規(guī)范查表
孔口標(biāo)高0.00 m
樁頂標(biāo)高0.00 m
樁身設(shè)計直徑: d = 0.80 m
樁身長度: l = 15.00 m
樁尖端部構(gòu)造形式: 敞口
2. 巖土設(shè)計參數(shù)
層號
土層名稱
層厚(m)
層底埋深(m)
巖土物理力學(xué)指標(biāo)
極限側(cè)阻力qsik(kPa)
極限端阻力qpk(kPa)
1
淤泥
3.50
3.50
e =1.70
12
8、-
2
細(xì)砂
1.10
4.60
N =25.00
45
-
3
淤泥質(zhì)土
8.20
12.80
e =1.20
24
-
4
細(xì)砂
1.20
14.00
N =25.00
58
-
5
粘性土
7.00
21.00
IL =0.50
69
2300
6
中砂
30.00
51.00
N =25.00
67
-
3. 計算參數(shù)表
土層
計算厚度li(m)
極限側(cè)阻力qsik(kPa)
極限端阻力qpk(kPa)
1
3.50
12
0
2
1.10
45
0
3
8.20
24
0
4
9、1.20
58
0
5
1.00
69
2300
4. 樁身周長u、樁端面積Ap計算
u = p × 0.80 = 2.51 m
Ap = p × 0.802 / 4 = 0.50 m2
5.單樁豎向抗壓承載力估算
鋼管樁外直徑ds = 0.80 m
根據(jù)建筑樁基規(guī)范表5.2.10 查表,側(cè)阻擠土效應(yīng)系數(shù)ls = 0.87
樁端進(jìn)入持力層深度hb = 1.00 m,hb/ds<5,根據(jù)建筑樁基規(guī)范公式5.2.10-2,計算樁端閉塞效用系數(shù)lp:
lp = 0.17
根據(jù)樁基規(guī)范5.2.10按下式估算單樁承載力
Quk = Qsk + Q
10、pk
土的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為:
Qsk = lsm?qsikli = 0.87 × 2.51 × (12 × 3.50 + 45 × 1.10 + 24 × 8.20 + 58 × 1.20 + 69 × 1.00) = 1059 kN
總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為:
Qpk = lpqpkAp = 0.17 × 2300 × 0.50 = 201 kN
單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為:
Quk = Qsk + Qpk = 1059 + 201 = 1260 kN
單樁豎向承載力特征值Ra計算,根據(jù)基礎(chǔ)規(guī)范附錄Q條文Q.0.10第7條規(guī)定
Ra = Quk/2 = 1260 / 2 = 630 kN
鋼管插打深度為15m,滿足承載力537kN的要求。
5.結(jié)論
根據(jù)計算得荷載所設(shè)計結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。