12#水上平台结构受力计算书7.14

资江三桥第1合段

12#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》(JTG D60-2004) 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

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167.00m。

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υ820×12mm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=2.1×108 Kpa,I=

?64(0.824－0.804)=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=

?EIl22=

?2?2.1?108?1.936?10222?3

=8282kN＞R=828.3 kN 2、桩的强度计算

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?4? =（822－802）=248.18cm2

4 桩身面积 A=（D2－a2）

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=867.26 kN

б=p／A=867.26×102／248.18=397.kg／cm2=46.3Mpa

?p??E?p =275.56>?p??E?p=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/s 2.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υ=0.82m

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2.2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h1?0.5m。

② 局部冲刷:

K?1?2.160.11???0.4?1..9?d??d120.11??2.16??0.4??7.51.9??7.512?0.983

查表：Vo'?0.49 Vo?1.43

n1?1?V??V?o?0.15?d??0.2?1?2.0????1.43?0.2?0.714 ?7.50.150.6'?Vhb?K?K?1b1(V?Vo)??V?o????n1?1?0.983?0.720.6?2.0???1.702?0.49????1.43??0.714?1.11m

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；A?0.82?13?10.66m2 管桩 Cw?0.82?m1m2n2?0.82?1?1.15?1?0.94

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Fw=0.82??2.02?9.36?12.4KN

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；A?0.49?8?3.92m2 查表得：Cw?2.32

Fw=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=21700cm4 d=10.5mm 断面面积：86.112cm2

Wx=1090cm3 Sx=636.4

I36a工字钢：Ix=3.152×104cm4， A=152.6cm2，Sx=1017.6 cm3，

Ix/Sx=30.7cm W=1750 cm3

b)、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

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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.Ｍ

σmax＝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=130KN

τmax= Qmax*Sx=130*1000*636.4*1000/（21700*10000*10.5）=36.31 Mpa <[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

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用规范》JTG D60--2004，第4.3.8条：

P?KA ?V22g (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：A?30?1.5?45m2； 船按流线型考虑，取K＝0.75，则： 横桥向水流压力为：

10?2.02P?KA?0.75?45??68.80.KN

2g2?9.81?V2 六、平台计算

a、工况1：插打钢管桩

(0.2)

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

AS?1.44?22?31.68m2

根据《公路桥涵设计通用规范》JTJ D60-2004，第4.3.8条：

10?2.02?0.8?31.68??51.66KN P?KA2g2?9.81?V2

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Mmax?pl?51.66?0.2?10.33KNm，W?0.7854D2t?0.7854?0.822?0.01?5.28?10?3m3Mmax10.33?106????1.95Mpa?[?]?170MpaW5.28?10?3?109 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

Mmax?pl?51.66?1?51.66KNm，W?0.7854D2t?0.7854?0.822?0.01?5.28?10?3m3Mmax51.66?106????9.78Mpa?[?]?170MpaW5.28?10?3?109强度验算：

A??Dt?3.14?0.82?0.01?0.02574m2NMmax180?10351.66?103 ?????AW0.025745.28?10?3

稳定性验算：

?NM?1???1[?] Am??2Wm式中：N--计算轴向力； M--构件最大计算弯矩； Am--毛截面积； Wm--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；

i?0.354D?0.354?0.82?0.290，L0?2L?2?22?44mL44??0??151.7i0.29

υ1＝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

，在不作进一步分析时，可按1.2.16--4计算构N?0的情况取值来确定?2）

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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； L0--构件对y?y轴的自由长度；

rx、ry--构件截面对x?x轴（强轴）和y?y轴（弱轴）的回转半径；

h--由表1.2.16--1可知为钢管桩直径，取?2?1.0；

?--考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值；

当

N?0.15?1[?]时，取??1.0； Amn1N?2N)m； 当?0.15?1[?]时，取??(1?2Am?EAmN180?103??9.55Mpa?0.15?1[?]?0.15?0.446?196?13.11Mpa Am0.01884所以，取μ＝1.0。

?1NM180?1030.44683.49?103??????9.55?13.16??3 Am??2Wm0.018841.0?1.02.83?1022.71Mpa?0.446?196?100Mpa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。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ni1o.html