钢平台钢栈桥设计及计算书.doc

目 录

1、计算范围及说明 1
2、栈桥计算过程（手算） 1
2.1 活载计算 1
2.2 主要计算工况 5
2.3 钢面板计算 5
2.4 行车道I20b计算 5
2.5 I36a工字梁横梁计算 6
2.6 贝雷主梁计算 8
2.7 2I36a墩顶横梁计算 10
2.8 钢管桩计算 10
2.9 钓鱼法施工计算 10
3、钻孔平台计算过程（手算） 11
3.1 活载计算 11
3.2 主要计算工况 11
3.3 I36a分配梁计算 12
3.4 贝雷主梁计算 12
3.5 钢管桩计算 13
3.6 钻机并排施工 13
4、电算复核 14
4.1 模型建立说明 14
4.2 荷载加载 14
4.3 各工况分析 15
5、结论 20

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1、计算范围及说明
计算范围为栈桥的基础及上部结构承载能力，主要包括：行车走道板→I36a工字梁横梁→顺桥向贝雷梁→横桥向I32a工字钢→φ720×8mm钢管桩。
依照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，临时工程Q235B钢材的容许应力取值：弯应力及综合应力145Mpa×1.4=203Mpa；剪应力85Mpa×1.4=119Mpa。临时工程16Mn钢材的容许应力取值：弯应力及综合应力210Mpa×1.4=294Mpa；剪应力120Mpa×1.4=168Mpa。
根据《公路桥梁设计通用规范》(JTG D60-2004)，对于桥梁细部构件验算，主要采用车辆荷载，车辆荷载根据实际情况，取实际运营车辆。
2、栈桥计算过程（手算）
2.1 活载计算
(1)栈桥荷载分析
本桥梁上主要活载为30吨的T梁平板运梁车、50吨履带吊以及混凝土运输车。各车型参数如下：
三轴低平板运输车（额定载重30t）

三轴低平板运输车参数

9m3混凝土运输车参数

50t履带吊参数（中联QUY50）
项 目
数值
备注
最大起重量×幅度 t×m
55×3.7

基本臂时自重 t
48

主臂长度 m
13-52

固定副臂长度 m
6-15

固定副臂最大起重量 t
5

主臂＋固定副臂最大长度 m
43＋15

回转速度 rpm
0-3.0

行走速度 km/h
0-1.6

爬坡能力 ％
40

接地比压 Mpa
0.066

总外形尺寸长×宽×高 mm
6800×3300×3020

履带轨距×接地长度×履带板宽度 mm
2540×4700×760
履带架缩回
3540×4700×760
履带架伸出

同时参考《公路桥梁设计通用规范》(JTG D60-2004)，公路I级车辆荷载参数如下：

(2)活载取值
根据以上可知，30吨的T梁平板运输车单轴重8t，混凝土运输车单轴重约10t均小于公路I级车辆荷载后轴单轴重14t，故本次计算汽车荷载以公路I级车辆荷载进行计算。
50t履带吊运行时，履带轨距×接地长度×履带宽度=354×470×76cm，本次设计依据此参数进行计算。
单辆砼运输车荷载为3个集中荷载70kN、140kN与140kN，轮距为4.0m、1.4m，计入冲击系数1.1后，其集中荷载为77kN、154kN与154kN。
50t履带吊进行振动桩施工时（振动锤重8吨，钢管桩重3.5吨）。因此，线性荷载集度为（500+80+35）/4.7=130.85KN/m，计入冲击系数1.3后，其线荷载为170KN/m。
50t履带吊进行T梁吊装施工时（吊装重量150KN）。因此，线性荷载集度为（500+150）÷4.7=138.3KN/m，计入冲击系数1.3后，其线荷载为180KN/m。
2.2 主要计算工况
主要有3种工况：
(1)钓鱼法安装栈桥，履带吊在最前沿吊装振动锤加钢管桩；
(2)运梁车载荷1榀30吨的T梁，2台50吨履带吊在平台外侧就位；
(3)履带吊在平台外侧抬吊安装30吨T梁，此时，运输车在栈桥内侧。
2.3 钢面板计算
(1)结构型式
本平台面板为5mm厚花纹A3钢板，焊接在中心间距250mm的I20b工字钢纵梁上。
(2)荷载
履带吊机履带宽度（760mm）及9立方米混凝土罐车轮胎宽度（前轮宽300mm，中后轮宽600mm）均大于工字钢横梁间距，荷载直接作用在I20b工字钢上，故5mm面板可不作检算，满足要求。
2.4 行车道I20b计算
(1)结构型式
本平台走道板结构形式为I20b@25cm+I10@60cm+5mm钢板，I20b顺桥向布置于间距1.5mI36a横梁上，I10间断焊接于I20b空隙并使走道板成为整体。
(2)50t履带吊荷载
50t履带吊吊装时线荷载为180KN/m，履带宽度76cm，I20b工字钢纵梁中心间距250mm，最不利情况应为三根工字钢纵梁受力。
则1.5m跨径单根I20b纵梁所受均布荷载为：
q=180÷3÷2=30kN/m,再在此荷载基础上考虑1.2履带吊偏载系数，则。
(3)混凝土运输车荷载
混凝土运输车前轮着地宽30cm（由一根纵梁承受），中后轮着地宽60cm（由两根纵梁承受）。则单根纵梁在前轮或后轮作用下受集中力为
77÷2=38.5KN。
对于I20b纵梁，最不利荷载工况为车辆轮胎正好作用于1.5m简支梁跨中位置。此时结构自重对受力影响不大，予以忽略。
(4)力学计算

履带吊：； (按连续梁)；
汽车：；(按连续梁)；
此时汽车荷载为控制荷载。

，满足要求。
，满足要求。
，合格。

2.5 I36a工字梁横梁计算
(1)结构型式
横梁采用I36a工字钢，工字钢横梁安装在净距3000mm的单层三排贝雷梁上，计算时可保守按照简支梁3000mm跨径。最大受力位置出现在履带吊转向区域。
(2)50t履带吊荷载
50t履带吊吊装T梁时荷载最大，总重（500+150）×1.3=845KN，履带长度470cm，单条履带作用于4.7÷1.5=3根I36a工字钢跨中，集中荷载为845÷2÷3=141 KN。
(3)混凝土运输车荷载
混凝土运输车前轮着地宽30cm（由一根纵梁承受），中后轮着地宽60cm（由两根纵梁承受）。则单根纵梁在前轮或后轮作用下受集中力为
77÷2=38.5KN。
此集中荷载作用于1.5m跨径I36a工字钢跨中，此力值小于履带吊荷载，不予计算。
(4)力学计算
轮胎作用于跨径3m简支梁，其力学图示如下：

(按连续梁)；

，满足要求。
，满足要求。
2.6 贝雷主梁计算
(1)结构型式
主梁由三组三排单层贝雷梁组成，组及组间距4000mm，安装在2根I36a横梁上。最大跨径为9m。根据栈桥布置以及其使用情况，中间一组三排单层贝雷梁受力最大，其荷载为单台履带吊（吊装T梁）的一半与平板运输车的一半。
(2)荷载
结构自重：
面板：9m×8.9m×0.005×7850=3143Kg；
I20b：36根×31.05×9m=10060Kg（保守计算，包含I10横肋）；
I36a：6根×60×9m=3240Kg；
贝雷自重：27片×270=7290Kg；
9m跨径贝雷上恒载总重：（3343+10060+3240+7290）=23.9t
其他未计构件按1.2系数考虑，贝雷上恒载总重为23.9t×1.2=28.7t。
故单组贝雷（三片单层）每延米恒载为287÷9÷3=10.6KN/m。
活载：
50t履带吊吊装T梁时，荷载通过3根I36a工字钢传递至贝雷，根据前面计算，单根I36a传递下来的集中荷载为845÷2÷3=141 KN。
T梁运输车考虑满载时也作用于9m跨，后轮集中力为144÷2=77KN (此力值通过I36a传递至贝雷,仅考虑两个集中力)。
(3)力学计算
自重引起的弯矩与剪力分别为：

（按连续梁）
受力图示如下:

弯矩图：

剪力图：

则考虑自重后，弯矩及剪力如下：

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，查表3得，单排单层不加强贝雷片的容许弯矩788.2KNm，容许剪力为245KN。
故：，合格。
，合格。
2.7 2I36a墩顶横梁计算
根据以上计算可知，在最不利荷载作用下，单侧贝雷剪力为535.3KN，钢管桩顶分配梁采用2根I36a工字钢。
由于贝雷对I36a工字钢的作用点位于桥墩顶支点位置，故主要验算I32a工字钢的抗剪性能。单侧贝雷剪力为495.7KN。
单片贝雷底反力：535.3÷3=178.4KN。
，满足要求。
2.8 钢管桩计算
根据以上计算，贝雷桥梁主跨支点处最大剪力荷载为535.3KN，此竖向荷载均需由桩基承担，故桩基可按照单墩550KN竖向承载能力进行设计。
钢管（Φ720×8）采用打桩振动锤击下，支承在中风化岩面上，按两端铰接进行钢管桩的承载力，钢管桩的长度按24m计。
长细比λ==95 ()
查计算手册得φ=0.552,那么[N]=0.552×17894×215=2123659N=2123KN＞N=550 KN
2.9 钓鱼法施工计算
50t履带吊进行振动桩施工时总重=500+80+35=615KN,计入冲击系数1.3后，其线荷载为170KN/m。
根据前面计算，50t履带吊在吊装T梁以及行走过程中桥面及上部型钢均满足要求。故钓鱼施工时仅验算贝雷及以下部分。
(1)贝雷验算：
钓鱼法施打钢管桩时，履带吊行走至栈桥前端，偏保守取履带全部荷载作为集中力作用于钢管顶部贝雷，其力值取615KN。
贝雷剪力：615÷6=102.5 KN <[Q]=245KN，满足要求。
贝雷弯矩已满足要求，不予重复。
(2)2I36a工字钢验算：
根据前面计算，吊装时单片贝雷支点反力为178.4KN>102.5KN，故2I36a工字钢也满足要求。
(3)钢管桩验算：
根据前面计算，单钢管顶部恒载支反力为239÷2=119.5KN，钓鱼法施施作钢管时单根钢管反力615÷2=307.5 KN。
单根钢管反力=119.5KN+307.5 KN=427KN<550KN(钢管承载力设计值)，故钢管桩满足要求。
3、钻孔平台计算过程（手算）
3.1 活载计算
本计算采用参考山东地址探矿机械厂YCJF20型冲击反循环钻机进行计算。钻机总重20t，钻孔过程中考虑1.5冲击系数。根据资料，钻机外形尺寸为长×宽×高=6.8×3.0×3.5（m），钻机荷载由底座承担并传递到平台上，故在钻机工作过程中前后的辊轴向下传递的最大线荷载集度为
200×1.5÷2÷3=50KN/m。

3.2 主要计算工况
钻机施工时平台受力。
3.3 I36a分配梁计算
(1)结构型式
横梁采用I36a工字钢，工字钢横梁安装在间距3000mm的贝雷梁上，I36a工字钢间距1.5m。由于钻机工作过程中前后的辊轴均通过I36a分配梁直接作用于贝雷，故仅需验算此分配梁的剪力。
(2)力学计算
单支点剪力：(按连续梁)；
，满足要求。
3.4 贝雷主梁计算
(1)结构型式
钻机辊轴力值通过I36a横梁传递至贝雷梁，钻孔区域贝雷梁为单层双排，贝雷跨径6m。
(2)荷载
结构自重：
I36a：2根×60×6m=720Kg；
贝雷自重：4片×270=1080Kg；
6m跨径单层双排贝雷上恒载总重：720+1080）=1800Kg
其他未计构件按1.2系数考虑，贝雷上恒载总重为1.8t×1.2=2.2t。
故单组贝雷（三片单层）每延米恒载为22÷6=3.7KN/m。
活载：
保守按钻机荷载全部作用于贝雷跨中位置，集中力为300÷2=150KN。
(3)力学计算
自重引起的弯矩与剪力分别为：

（按连续梁）
其受力图示如下:

(按连续梁)；
则考虑自重后，弯矩及剪力如下：

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，查表3得，单排单层不加强贝雷片的容许弯矩788.2KNm，容许剪力为245KN。
故：，合格。
，合格。
3.5 钢管桩计算
根据以上计算，贝雷桥梁主跨支点处最大剪力荷载为172×2=344KN，此竖向荷载均需由桩基承担，桩基承载能力及栈桥相同考虑550KN。
3.6 钻机并排施工
以上I36a与贝雷的计算均为单钻机作用于平台时贝雷受力状况，当钻机并排两台同时施工时：
(1)I36a计算
，满足要求。
(2)贝雷计算
中间贝雷受力为其上计算的2倍，即：
，合格。
，合格。
因此同一墩柱钻机同时施工时，平台仍然满足使用要求。
4、电算复核
4.1 模型建立说明
本次计算采用MIDAS CIVIL软件建立栈桥及平台模型，根据不同工况分别计算各构件的力学性能是否符合施工要求。考虑到计算的迅速与建模的难易度，钢管桩及以下部分不予模拟，用竖向约束进行模拟。
各构件采用的有限元单元类型见下表。
构件有限元模拟类型表
构件名称
截面形式
模拟单元类型
材料
备注
桥面板
5mm钢板
板单元
A3钢

纵向分配梁
I20b
梁单元
A3钢

横向分配梁
I36a
梁单元
A3钢

贝雷弦杆
双槽钢[10
桁架单元
16Mn钢

贝雷腹杆
I8
桁架单元
16Mn钢

贝雷支撑架
角钢63*4
桁架单元
A3钢

下横梁
2I36a
梁单元
A3钢

本次电算采用正版MIDAS CIVIL结构分析软件，版本号CIVIL 2010(V7.8.0)，秘钥号0E2F647FC301A9D5。
4.2 荷载加载
栈桥恒载程序自动加载，同时考虑1.2系数。
栈桥活载依据实际情况，通过均布荷载及集中荷载来模拟履带吊、平板车等荷载作用。
平台活载依据实际情况，通过均布荷载来模拟钻孔设备以及堆载（按平台自重1.6系数考虑）等荷载作用。
4.3 各工况分析
(1)运梁车满载于跨中，2台履带吊就位
运梁车荷载采用公路I级车辆荷载，通过集中荷载加载及栈桥走道；履带吊通过履带压力加载，接地压力=（500×1.3）÷4.7÷2÷0.76=91Kpa，加载面积及履带接地面积相同。加载图示如下：

反力图示

位移图示

应力图示

根据以上计算可以看出，最大反力出现在作用位置附近钢管桩，桩基反力为45.5t<55t；最大位移均出现在平板车轮胎处I36a上横梁跨中位置，为2.8mm<3000÷400=7.5mm；主梁最大应力出现在履带吊及平板车之间贝雷处，为150Mpa<294Mpa(16Mn)，均满足要求。
(2)运梁车空载于跨中，2台履带吊吊装
运梁车荷载采用公路I级车辆荷载，通过集中荷载加载及栈桥走道（空载时取满足重量的0.36倍）；履带吊通过履带压力加载，接地压力=（800×1.3）÷4.7÷2÷0.76=146Kpa，加载面积及履带接地面积相同。由于吊装时梁体为倾斜，故在吊装梁体时，低位置履带吊吊重取增大系数1.2，故其接地压力为146Kpa×1.2=175.2Kpa，加载图示如下：

反力图示

位移图示

应力图示

根据以上计算可以看出，最大反力出现在作用位置附近钢管桩，桩基反力为54.7t<55t；最大位移均出现在履带吊附近面板及I36a上横梁跨中位置，位移为4.6mm<3000÷400=7.5mm；主梁最大应力出现在履带吊及平板车之间贝雷处，为224Mpa<294Mpa(16Mn)，均满足要求。
(3)3台钻机同时作用于平台
钻机荷载简化为4个点荷载，单点荷载=300÷4=75KN。加载图示如下：

反力图示

位移图示

应力图示

根据以上计算可以看出，最大反力出现在作用位置附近钢管桩，桩基反力为20t<55t；最大位移均出现在并排施工钻机的贝雷梁跨中位置为2.2mm<6000÷400=15mm；主梁最大应力出现在并排施工钻机贝雷处，为146Mpa<294Mpa(16Mn)，均满足要求。
5、结论
以上计算表明，本栈桥及钻孔平台满足施工与使用要求。
附件：钢平台及钢栈桥设计图(dwg，可在cad中打开并编辑)