灌注桩施工平台计算书.docx

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时间：2021年x月x日

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
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目 录

第一章施工平台计算说明
一、设计依据
二、主要技术标准
三、技术规范
四、主要材料
五、设计要点
六、结构计算内容
七、使用注意事项
第二章施工平台结构计算书
一 工程概况
二 设计参数
三 贝雷纵梁计算
四 纵梁工字钢I36计算
五 桩顶横垫梁（工字钢I40）强度验算
六 钢管桩竖向承载力计算
七、平台的稳定性验算。
八、平台抗9级风稳定性验算。

第一章主桥施工平台计算说明
一、设计依据
本施工平台上部纵、横梁采用2I36c和2I40b的工字钢，下部桩基采用Φ630×8mm钢管作为桩基础，满足平台的使用功能要求。
二、主要技术标准
1、桥梁用途：满足本工程项目冲孔灌注桩施工使用的钢平台，使用寿命为3个月。
2、设计单跨标准跨径5.5m～6m，平台长度84.5m，度宽24.5m。
3、设计荷载：① 成孔桩机（100 KN/台，15台桩机总重1500KN），② 500KN履带吊车，③ 才来材料堆放及电缆等荷载：2KN/m。本设计未设人行道荷载，暂不考虑人群荷载。
4、平台面标高：+8.41m
5、设计风速:24.4m/s(9级风20.8～24.4m/s)
三、技术规范
1、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89。
2、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ025-86。
3、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）。
4、中华人民共和国交通部战备办《装备式公路钢桥使用手册》（交通部战备办发布，1998年6月）。
5、中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000。
四、主要材料
1、钢材
钢管桩采用Q235A钢板卷制，其技术标准应符合国家标准（GB699-65）的有关规定。
型钢应符合国家标准（GB2101-80）的有关规定。
钢材容许应力及弹性模量
按JTJ025-86标准（page4页 表1.2.5）
A3钢(Q235)：弯曲应力[σw]= 145MPa
剪应力[τ]= 85MPa
轴向应力[σ]= 140MPa
弹性模量E= 2.1*105MPa
16Mn钢：弯曲应力[σw]= 210MPa
剪应力[τ]= 160MPa
轴向应力[σ]= 200MPa
弹性模量E= 2.1*105MPa

五、设计要点
本施工平台计算简支梁计算。设计单跨标准跨径5.5～6m。本平台基础为打入式钢管桩，每个排架设4根Φ630×8mm钢管桩，单桩允许承载力[P]（计算时按壁厚7mm计算，以确保安全）计算：
取Φ630×8mm螺旋焊钢管材料进行验算，壁厚按δ=7mm进行计算，其钢管截面特性如下：
A=136.935cm2
I=13288.3cm4
i＝31.15cm
W=4218.7cm3
M＝107.5Kg/m
单根φ630mm，δ=7mm钢管截面承受的允许压力[N]
[N]＝（A ×[σ]）
＝136.935×10-4×140×103＝1917kN
由于钢管桩为压杆，要考虑压弯失稳，故进行稳定性校核
按两端铰支计算钢管稳定容许应力，该处钢管最大自由长度为L＝22.5m（根据勘测资料从强风化岩面标高在-14～-15.0之间，取强风化岩面起至钢管墩顶止-14.5～+7.5）。按照路桥施工计算手册表12-2公式，则钢管稳定容许应力：
[σ]ω＝φ[σ]＝0.810*140＝113.4MPa
式中：φ——压杆稳定系数；
λ＝νL/i＝1×22/0.3115=70.626＜80；
ν——压杆的长度系数，该处取ν＝1；
L——压杆的自由长度，该处L=22m；
i——压杆对轴的惯性半径，该处i＝0.3115；
[σ]——压杆材料的容许应力，钢管＝140MPa。
查《钢结构设计规范》得，φ＝0.810。
单根钢管的稳定容许压力：
[P]＝[σ]ω·A＝113.4×106×136.935×10-4＝1552.8 kN
式中：[σ]ω——钢管的稳定容许应力（由上式求得）；
A——钢管壁的横截面面积（直径0.8m，壁厚0.007m）
故单根钢管稳定允许承载力[P]= 1552.8 kN，所以后续检算钢管的竖向荷载必须小于[P]＝1552.8 kN。
六、结构计算内容
结构计算书中，荷载按成孔桩机（100KN/台，总重1500KN），500KN履带吊车，水管及电缆等其他荷载：2KN/m。本设计未设人行道，荷载暂不考虑人群荷载。按最不利情况进行布载和荷载组合，
单跨标准跨径6m计算如下内容：
1、贝雷纵梁计算
2、纵梁工字钢I36计算
3、桩顶横垫梁（工字钢I40）强度验算。
4、钢管桩竖向承载力计算。
5、平台的稳定性验算。
6、平台抗9级风稳定性验算。
七、使用注意事项
在平台施工过程中， 大于9级风时平台停止使用，过后必须对平台作全面检查后方可恢复工作。
平台使用期必须经常检查平台状况，如有异常情况，必须查明原因，经处理后方可继续使用。
严禁外来荷载碰撞平台，严禁在平台上进行船舶系缆。

第二章平台结构计算书
一 工程概况
厦金客运码头客滚改造水工、土建工程水工工程码头为高桩墩式结构，外接钢趸船，外侧可停靠50m船舶；另有钢引桥一座，接客货滚装船。桩基为Φ1200mm、Φ1500mm灌注桩，码头全长为83m，共有19根水上冲孔灌注桩，4根钢趸船定位桩为嵌岩钢管桩，其上墩台为转接平台一个和吊桥架支墩2个。 该工程主要位于厦门国旅码头泊位港池区域，该部分港池原来为炸礁区，体现地质特征为全分化和强分化岩。桩基护筒直接打入岩层有一定的难度，且客滚泊位的工期紧，因此平台搭设成功与否成为整个工程最为关键的一步。
为确保工程施工进度满足要求，需加大桩机数量，基本上安排每两根桩一台机。同时为了搭设灌注桩护筒，需在平台上行走50t履带吊。平台上的荷载主要考虑施工荷载包括机械设备、打桩应力、材料堆放等。平台采用全平面设计，整个码头范围均搭设施工平台结合考虑以上因素，需要全面搭设平台才能完成施工任务，平台搭设面积为1510m2，见冲孔桩平台平面布置图。

平台结构从上至下依次为5cm厚的松木板，10cm厚贝雷纵梁，2I36c工字钢纵梁，2I40b工字钢横梁，桩基为Φ630×8mm钢管桩。每个排架使用4根钢管桩，平台顶面标高为▽+8.41米。平台设计荷载：成孔桩机（100KN/台，总重1500KN），500KN履带吊车，堆货及电缆等荷载：2KN/m。本设计未设人行道荷载暂不考虑人群荷载。计算按6米跨径简支梁计算。

二 设计参数
1、荷载
⑴.恒载（每跨）：
松木面板（5cm）：6×30=180㎏/m=0.18t/m=1.8 KN/m
贝雷纵梁：6×105/3＝210㎏/m=0.210t/m=2.1 KN/m
I36 纵梁 6×1/1.5×59.9＝239.6kg/m=0.239t/m=2.396 KN/m
I40横垫梁 6×67.6＝405.6kg=0.4056t= 4.056KN
⑵.活载：
① 500KN履带吊机（QUY50A）
总重500KN，并吊重物为120KN，重物冲击系数为1.3，履带尺寸4.66m×0.76m，见尺寸图。
② 成孔桩机
总重1500KN。

三 贝雷纵梁检算
平台面板由厚5cm松木铺成，桥面板底由贝雷纵梁铺设而成，单根贝雷纵梁结构尺寸为3×0.772m，底部纵梁跨径为1.5m，成孔桩机和履带吊不可能同时作用在同一跨上，取500KN履带吊机（QUY50A）作业时验算贝雷纵梁的抗弯和抗剪强度，度单根贝雷纵梁进行计算，松木板自重q=0.772*1.8/6=0.24KN/m,贝雷纵梁自重q=2.1/6=0.35KN/m,
按500KN履带吊机（QUY50A）作业时进行计算。
计算500KN履带吊机（QUY50A）时：按一根贝雷纵梁上的荷载为满布计算，履带的着地宽度及长度为0.76×4.66m，吊机工作时吊重120×1.3＝156KN（吊重冲击系数μ取0.3），吊机自重500KN，作用在一根贝雷纵梁上的线荷载为：
恒载q1=0.59KN/m 活载q2=（156+500）×0.772/（2×0.76×4.66）=71.49KN/m
q＝q1+q2=71.49＋0.59＝72.08KN/m
按1.5m跨径简支梁计算
(1)弯距：Mmax=ql2/8=72.08*1.52/8=20.27KN.m。
(2)剪力：Qmax=ql/2=72.08*1.5/2=54.06 KN
(3)截面应力
σ=M/W=20.27*103/(3*39.7*10-6)=170.19Pa＜210MPa
τ= Q/（h腹*d）=54.06*103/(3*8.56*0.45*10-4)=46.78 MPa＜160MPa
f=5ql4/(384EI)=5*72.08*103*1504/(384*2.1*106*198*10-4)=0.15cm＜l/200=0.8cm
满足规范要求
四 纵向I36纵梁检算
作用在I36分配梁上的静荷载为松木板、贝雷纵梁和工字钢I36纵梁自重，动荷载100KN成孔桩机或500KN履带吊机（QUY50A）。I36分配梁的间距为1.5m
松木板自重荷载为q1＝1.5*0.05*0.6*103Kg/m =0.45KN/m，贝雷纵梁自重荷载为q2＝105/2Kg /m =0.525KN/m，工字钢I36自重荷载为q3＝59.9 Kg /m =0.599KN/m。
作用在I36分配梁上恒载线荷载:
q合＝ q1+q2＋q3 =1.574KN/m。
按500KN履带吊机（QUY50A）作业时进行计算。
工况一：当履带吊履带垂直与纵梁作业时，应有3纵梁分担履带重力

50t履带吊机横向履带中距为3.54m，工作时应位于桥面中间，其履带着地长宽为4.66×0.76m，单根工字钢I36b承受的荷载为
活载：P=（500+120×1.3）/3=218.6KN
恒载：q=1.574KN/m
受力简图如图二、三

按图二计算：
(1)弯距：Mmax=ql2/8+Pl/4=1.574×62/8+109.3*6/4=177.47KN.m。
(2)剪力：Qmax= q2l/2+ P/2=1.635×6/2+218.6/4=59.55 KN
(3)截面应力
σ=M/W=177.47×103/(877.6×10-6)=202.22MPa＞1.3×145Mpa=188 Mpa（临时结构，取1.3的容许应力增大系数）
τ= Q/A=59.55×103/(76.44×10-4)=14.94 MPa＜85 MPa
f=8Pl3/(384EI)=8*109.3*103*60003/(384*2.1*106*15976*104)=1.46cm＜l/200=3cm
弯曲应力不满足满足规范要求
按图三计算：
RA= P/2+(2.46/6)*P/2=109.3+109.3*(2.46/6)=154.11Kn
(1)弯距：
Mmax=ql2/8+3.54*P/2-2.46*P/2=1.574×62/8+1.08*218.6/2=131.57KN.m。
(2)剪力：Qmax= 154.11 KN
(3)截面应力
σ=M/W=131.57×103/(877.6×10-6)=149.9 MPa＜1.3×145Mpa（临时结构，取1.3的容许应力增大系数）
τ= Q/A=154.11×103/(76.44×10-4)=20.16 MPa＜85 MPa
满足规范要求
工况二：当履带吊履带平行于纵梁作业时，

50t履带吊机横向履带中距为3.54m，工作时应位于桥面中间，其履带着地长宽为4.66×0.76m，单根工字钢I36承受的荷载为:
活载：q1=（（500+120×1.3）/2） /4.66=70.39KN/m
传递到纵梁上为5个集中力P= 70.9.9*1=70.9KN
恒载：q2=1.745KN/m
受力简图如图四

(1) 弯距：M1= q2l2/8=1.574×62/8=7.8 KN.m
M2= P1 l1=70.9×1=70.9 KN.m
M3= P1l2=70.9×2=141.8 KN.m
M4= P l3/2=70.9×3/2=106.35 KN.m
Mmax= M1+M2+M3+M4=326.85KN.m。
(2)剪力：Qmax= 2.5P=70.9*2.5=177.25 KN
(3)截面应力
σ=M/W=326.85×103/(877.6×10-6)=351.86 Mpa＞145Mpa
τ= Q/A=177.25×103/(76.44×10-4)=23.18MPa＜85 MPa
δ=6.81Pl3/(384EI)=6.81*70.09*64/(384*2.1*106*15976)=0.488cm＜l/200=30cm
弯曲应力不能满足规范要求，
W=M/［σ］=351.86×103/1.3*145×10-6=1886×10-6m3= 1886cm3
查表选用双排I36c工字钢
f=6.81Pl3/(384EI)=6.81*70.09*103*60003/(384*2.1*106*15976*104)=0.8cm＜l/200=3cm
五 桩顶横垫梁(工字钢I40)强度验算
桩顶横梁按双工字钢分配梁的荷载有静荷载（桥面板、贝雷纵梁、工字钢纵梁I36、和I40横梁自重，动荷载有：100KN成孔桩机和500KN履带吊机（QUY50A）。500KN履带吊机（QUY50A）工作时有堆放物自重120KN）。
当50t履带吊机荷载在横平台向作用在桥面中间且在纵桥向作用在分配梁顶时，I40分配梁跨中有最大弯距。
作用在I40横梁上恒载线荷载:
q合＝ q1＋q2＋q3＋q4 =1.8+2.1+2.396+0.676=6.972KN/m。
按500KN履带吊机（QUY50A）作业时进行计算。
工况一：当履带吊履带垂直与纵梁作业时且履带边缘接与横梁对齐时， 履带吊作用在横梁上的力最大。横梁受力通过纵梁传递到横梁，由图三计算单根工字钢I40承受的荷载为
活载：P1=P2= P3=RA=154.11KN
恒载：q=6.972KN/m
履带吊平面布置如图：

受力简图如图五

按6m简支梁计算：
(1)弯距：Mmax=ql2/8+1.5*P1+3*P2/2=6.972*62/8+1.5*92.67+3*154.11/2=401.54KN.m。
(2)剪力：Qmax= q2l/2+ P1+P2/2=6.792×6/2+154.11+154.11/2=251.54 KN
(3)截面应力
σ=M/W=401.54×103/(877.6×10-6)=457.54 MPa＞1.3×145Mpa（临时结构，取1.3的容许应力增大系数）
τ= Q/A=251.54×103/(76.44×10-4)=32.91MPa＜85 MPa
f=6.81Pl3/(384EI)=6.81*154.11*103*60003/(384*2.1*106*18644*104)=1.5cm＜l/200=3cm
弯曲应力不满足满足规范要求
工况二：当履带吊履带平行于横梁作业时，履带吊平面布置如图：

50t履带吊机横向履带中距为3.54m，工作时应位于横梁中间，其履带着地长宽为4.66×0.76m，单根工字钢I40a承受的荷载为
活载：P/2=（500+120×1.3）/4*2*(6-4.66/4)=264.313KN
恒载：q2=6.972KN/m

按6m简支梁计算：
(1)弯距：Mmax=q2l2/8+(P/2)l/4=6.972×62/8+264.313×6/4=427.84KN.m。
(2)剪力：Qmax= q2l/2+ P/4=10.346×6/2+264.313/2=133.19 KN
(3)截面应力
σ=M/W=434.814×103/(1085.7×10-6)=546 Mpa＞1.3×145Mpa（临时结构，取1.3的容许应力增大系数）
τ= Q/A=133.19×103/(76.44×10-4)=17.24MPa＜85 MPa
不能满足规范要求，
W=M/［σ］=427×103/1.3*145×10-6=2306.7×10-6m3= 2265cm3
查表选用双排I40b工字钢
f=8Pl3/(384EI)=8*264.13*103*60003/(384*2.1*106*18644*104)=3.03cm＞l/200=3cm
刚度稍不足。
六 钢管桩设计：
（1）钢管桩的竖向荷载计算：
有以上计算可知，履带吊履带中心居中行走时中部在单根钢管桩上，单根钢管桩中间的钢管桩受力最大。受力P’ ：P’=（500+120×1.3）/2+(（500+120×1.3）/2)*3.54/6=521.52KN
钢管桩等自重计算：钢管桩顶面标高为+7.5m，暂按入土1.5m计算，由设计图纸中所附地质勘察资料可知，原泥面为-11.0m，钢管桩为直径800mm的标准螺旋焊接管，则钢管桩自重为
W=27.539×1.23=33.87KN
钢管桩受力P=521.52+33.87=555.39KN
（2）钢管桩的竖向承载力计算
根据路桥施工计算手册摩擦桩单桩走向受压容许承载力计算公式：
［P］=（Ulτp+AσR）/2
本工程桩基直接作用在强风化岩上，上部覆盖少量淤泥，
所以［P］= AσR/2=174.301*10-4*7000*103=1220KN（强风化岩极限承载力按7000Kpa取值）
所以P=555.39KN＜［P］ 满足要求
八 平台纵向稳定性验算（按简支梁计算）
平台的纵向水平推力来自履带吊荷载的制动力，按规范规定，制动力为荷载长度内履带吊总重量的10%，但不小于一辆重车荷载的30%。
制动力为：P=500×10%=50kN
根据JTJ021-89第2、3、9条，对排架式墩台所受的制动力应按墩台的刚度分配。（钢管桩φ800×8mm，实际按壁厚7mm计算，按最不利位置即第一种典型地质且单排桩进行计算）
桩顶制动力计算
墩每根桩的刚度为：EI=E×3.14(0.634－0.084) /64=3.378×10-4E m4
墩每根桩的分配的制动力为：P1=50/2=25 KN
用m法计算墩桩身最大弯矩
桩基础变形系数:α=5√mb1/EI
查JTG D063-2007表P.0.2-1，当地质为强风化岩时，m=10000～20000 KN/m4，计算时取m=15000 KN/m4
b1=kkf(1.5d+0.5)=1×0.9(1.5×0.63＋0.5)=1.30m
E=2.1×108 KN/m2
则α=[(15000×1.30)/(2.1×108×3.378×10-4)]1/5=0.772
桩的入土深度（强风化岩以下）为1.5m
故ah=0.772×1.5=1.158，按弹性桩基础计算，桩顶高程为7.5，海底强风化高程按-11.0m计算时，作用在强风化处的弯矩：
按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）表P.0.3所给公式进行计算
Mo=12.5×(11＋7.5)=231.25kN.m
CQ= αM0/Q0 =231.25×0.772/12.5=14.28
查表得无量纲系数Km=1.025
最大弯矩:Mmax=M0Km= 1.025×231.25=237.03kN.m
桩身应力:σmax=Mmax/W=237.03/3.246×10-3 =73.02Mpa
σmax＜[σW]=145 MPa
故平台纵向稳定性满足规范要求。
九 平台抗9级风稳定性验算（抗台风）
本平台要承受台风所产生的横向水平推力，按单孔6m简支梁独立稳定模式计算。钢管桩φ800×8mm。
台风的计算
按JTJ021-89附录，迎风面积：A=6×(0.51+1.5+0.36)×0.5＋6×3.5=28.27m2
设计风速V=24.4m/s
则W0=V2/1.6=24.42/1.6=372.1Pa
查规范，风力P=K1K2K3K4W0A=1×0.8×1.0×1.3×372.1×28.27=10993.6N
M=110.993×13.36=146.89KN.m
由4根φ800mm、壁厚8mm钢管桩共同承受，则单根钢管桩承受的弯矩M=36.72 kN.m
桩身应力:σ=M/W=73.08/ （3426×10-6） =21.33 Mpa
σ＜[σW]=145 MPa
故平台横向稳定性满足规范要求。

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