12#水上平台结构受力计算书7.14

资资江江三三桥桥第第11合合段段112#钢平台结构受力计算书前言本计算书根据平台的结构构造，并根据其使用功能要求确定相应的荷载组合，计入荷载分项系数影响后，进行结构分析计算。主要计算项目和内容包括：1.荷载计算，包括使用荷载(指钻机钻孔)、风荷载、流水压力荷载的取值计算。2.平台型钢梁的内力计算、抗弯抗剪承载力验算；3.平桥下部构造(含横梁、平联、斜撑和钢管桩)的应力验算。并考虑了按规范公式进行稳定验算。一、计算依据：1、12#平台设计图2、《公路桥涵钢结构及结构设计规范》、3、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)4、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)二、概述12#平台设计4M一跨，采用D820mm钢管支撑，横向I40a工字钢，纵向I36a工字钢联结，上铺钢板。平台总长21m，标准宽度6m，平台顶标高为资资江江三三桥桥第第11合合段段2167.00m。平台均采用钢管桩基础，桩顶设I40a工字钢横梁，其上铺设I36a工字钢纵梁。采用钢管桩桩基，布置φ820×12mm钢管桩。根据施工要求，每个平台考虑上1台冲击钻机，以Φ82cm(δ12)钢管桩作为基础.为提高平台的整体稳定性，分别在平台长度方向和宽度方向用I36a及[10槽钢在两根钢管桩之间设置水平联系和剪力撑.按最不利受力考虑：在最不利的工况下，钻机在钻孔的过程中，将钻机放置在分配梁的跨中位置时。在验算时不考虑钢护筒承重。横向I40a工字钢承受受力位置在每跨工字钢1/2处；纵向I36a工字钢间距1m，受力位置在每跨工字钢1/2处。三、钢管桩设计与验算钢管桩选用Ф820，δ=12mm的钢管，材质为A3，E=2.1×108Kpa,I=64(82.04－80.04)=1.936×10-3M4。依据钢管桩最大桩长按22m考虑。1、桩的稳定性验算桩的失稳临界力Pcr计算Pcr=22lEI=32822210936.1101.2=8282kN＞R=828.3kN2、桩的强度计算资资江江三三桥桥第第11合合段段3桩身面积A=4（D2－a2）=4（822－802）=248.18cm2钢桩自身重量P=A.L.r=248.18×22×102×7.85=3896kg=38.96kN桩身荷载p=828.3+38.96=867.26kNб=p／A=867.26×102／248.18=397.kg／cm2=46.3MpappE=275.56ppE=100满足施工要求四、水应力影响计算1.水文条件及高程根据设计提供的水文资料，确定平台顶标高：167.00m。根据设计资料，平台区最底河床标高为145.294m。设计水流流速：2.0m/s2.河床冲刷计算2.1计算所用的基本参数计算流速V=2.0m/s设计断面桥孔部分最大水深hmax=21m钢管桩的直径φ=0.82m资资江江三三桥桥第第11合合段段42.2冲刷计算①一般冲刷:由于平台属于临时工程，使用年限为2年，一般冲刷不明显，故取mh5.01。②局部冲刷:983.05.711.05.716.211.016.2219.14.0219..14.01ddK查表：49.0'oV43.1oV714.05.743.10.21115.02.015.02.01dVVnomVVVVbKKhnoob11.143.10.249.0702.172.0983.01)(714.06.01'6.011则总冲刷深度取h=1.61m。3．计算荷载1.作用在钢管上的水流力水流力标准值：Fw=Cw(/2)V2A式中：Fw—水流力标准值，kN；V—水流设计流速，m/s；取断面平均流速v=2m/s。Cw—水流阻力系数；ρ—水的密度，1.0t/m3；A—投影面积，m2；266.101382.0mA管桩94.0115.1182.082.0221nmmCw资资江江三三桥桥第第11合合段段5Fw=KN4.1236.90.22182.02水流力标准值：Fw=Cw(/2)V2A式中：Fw—水流力标准值，kN；V—水流设计流速，m/s；取断面平均流速v=2.0m/s。Cw—水流阻力系数；ρ—水的密度，1.0t/m3；A—投影面积，m2；292.3849.0mA查表得：32.2wCFw=Cw(/2)V2A=2.32х（1/2）х2.02х3.92=13.17KN作用点在钢管顶部四、钻机对钻孔平台产生的作用力计算荷载：1台钻机总重为（包括钻机重12.5t、钻头重8t）Q1=20.5T，动力系数kd=1.3。参数取值说明：a)I40a工字钢：Ix=21700cm4d=10.5mm断面面积：86.112cm2Wx=1090cm3Sx=636.4I36a工字钢：Ix=3.152×104cm4，A=152.6cm2，Sx=1017.6cm3，Ix/Sx=30.7cmW=1750cm3b)、验算纵梁I36a工字钢纵梁最大跨径为6m，当冲机支点移至跨中时为纵梁抗弯最不利受力状资资江江三三桥桥第第11合合段段6态，支点移至支座附近时为抗剪最不利状态。弯曲下的法向应力：σ=M/W=273.27kNm/1750cm3=156MPa[σ]=181MPa满足要求弯曲下的剪应力：τ=QSX/I/δ=186.64kN/30.7cm/1cm/2=30.4Mpa[τ]=85MPa满足要求c)、验算横梁I40a工字钢1、弯曲强度Mmax=q*L/4=65*4/4=65KN.Ｍσmax＝Mmax/Wx＝65*1000000/(1090*1000)=59.63Mpa[σｗ]=145Mpa满足要求2、剪切强度Qmax=q*L/2=65*4/2=130KNτmax=Qmax*Sx=130*1000*636.4*1000/（21700*10000*10.5）=36.31Mpa[τｗ]=85Mpa满足要求3、挠度计算fc=PL3/(48EI)=65*4*4*4*10^9*10^3/(48*200*10^3*21700*10^4)=2mm[f]=L/400=10mm满足要求五、驳船对钻孔平台的作用力：驳船沿横桥向锚固于钻孔平台上，在水流及风力作用下将对钻孔平台产生一定的作用力。①、船在水流压力作用下对钻孔平台产生的力：根据《公路桥涵设计通资资江江三三桥桥第第11合合段段7用规范》JTGD60--2004，第4.3.8条：22VPKAg(0.1)驳船长、宽、高分别为30m、10m、2m，施工状态时最大吃水深度约1.5m。最大水流速度V按2.0m/s考虑；横桥向阻水面积：2m455130A.；船按流线型考虑，取K＝0.75，则：横桥向水流压力为：KN80688192021045750g2VKAP22.....(0.2)六、平台计算a、工况1：插打钢管桩此时，钢管桩仅受水流冲击力作用，分着床前与着床后分别计算钢管桩强度及稳定性。⑴、着床前钢管桩强度及稳定性验算：按最长22米考虑即可，水流速度取2m/s，则单根钢管桩受到的水流压力2Sm683122441A..根据《公路桥涵设计通用规范》JTJD60-2004，第4.3.8条：KN665181920210683180g2VKAP22.....资资江江三三桥桥第第11合合段段8Mpa170Mpa9511010285103310WMm1028501082078540tD78540WKNm3310206651plM9363322][...........maxmax，稳定性验算：因为此时钢管桩在重力作用下受拉力，故不做稳定性验算。⑵、着床后钢管桩强度及稳定性验算Mpa170Mpa7891010285106651WMm1028501082078540tD78540WKNm665116651plM9363322][..........maxmax，强度验算：33321028510665102574010180WMANm025740010820143DtA.......max稳定性验算：][121mmWMAN式中：N--计算轴向力；M--构件最大计算弯矩；mA--毛截面积；mW--毛截面抵抗矩；1--轴心受压构件的纵向弯曲系数，根据钢种、截面形状及弯曲方向等按表1.2.16--2采用；715129044iLm44222L2L29008203540D3540i00......，φ1＝0.446；2--构件只在一个主平面受弯时的纵向弯曲系数（若是压弯杆，可按0N的情况取值来确定2），在不作进一步分析时，可按1.2.16--4计算构资资江江三三桥桥第第11合合段段9件的换算长细比e，并按e由表1.2.16--2查得相应的1以替代2；--系数，焊接构件取1.8；0L--构件对yy轴的自由长度；xr、yr--构件截面对xx轴（强轴）和yy轴（弱轴）的回转半径；h--由表1.2.16--1可知为钢管桩直径，取0.12；--考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值；当][15.01mAN时，取0.1；当][15.01mAN时，取mEANnm)1(221；MpaMpaANm11.13196446.015.0][15.055.901884.01018013所以，取μ＝1.0。MpaMpaWMANmm100196446.071.2216.1355.91083.21049.830.10.1446.001884.01018033321经过上述计算得知所以，钢管桩在施工过程中的稳定性均满足要求。