承台钢吊箱计算书.docx

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承台钢吊箱计算书

宁波象山港大桥及接线工程第12合同段项目经理部

白墩港大桥

主桥设计变更承台钢吊箱

复核计算书

东盟营造工程有限公司

2012年3月

1.工程概况

白墩港大桥主桥设计变更承台是以原承台设计为基础左右两端横向各加宽4.2m，纵向两侧各加宽1m，且在原承台系梁处补齐浇筑砼，承台高度维持原承台高度4m，承台混凝土为C40海工耐久砼。

白墩港大桥桥位区受季节和气候的影响，水位随季节变化，涨落潮日均水位相差较大，最高水位+3.8m，最低潮水位-1.0m，象山侧承台处海床面高程-0.8~-0.4m，宁波侧承台处海床面高程-1.4~-1.8m。

变更后的承台图示见下图。

图1.1变更后的承台设计图

承台施工钢吊箱结构图见附件一、二。

2．计算依据

1）《宁波象山港公路大桥及接线工程第12合同段施工图设计》

2）《白墩港大桥主桥主墩施工阶段工程地质补充勘察报告》

3）《公路工程技术标准》（JTJ001-97）

4）《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GBT50283-1999）

5）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）

7）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

8）《钢结构设计规范》（JB50017-2003）

9）《钢结构设计手册》

3．计算参数

1）承台顶标高：

+4.84m

2）承台底标高：

+0.84m

3）计算水位：

最高潮水位+3.8m。

4）设计流速：

根据以往的施工经验取值为1m/s。

5）封底混凝土厚度：

0.6m。

6）钢结构性能参数

本吊箱均采用Q235钢材，根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86，容许应力的提高系数取1.3，提高后的主要力学性能如下：

·弹性模量E（MPa）：

210000；

·泊松比：

μ=0.3；

·密度（Kg/m3）：

ρ=7850；

·剪切模量G（MPa）：

81000；

·轴向容许应力［σ］（MPa）：

140×1.3=182；

·弯曲容许应力［σ］（MPa）：

145×1.4=188.5；

·剪切容许应力σs（MPa）：

85×1.3=110.5；

4.钢吊箱壁板设计及计算

4.1钢吊箱壁板结构设计

钢吊箱壁板高度为5m，顶高程为+5.24m，底标高为+0.24m；面板为6mm厚钢板，采用双槽10a做水平肋骨，竖向间距为0.4m；竖向肋骨为双槽20a，水平间距为0.5m。

4.2钢吊箱壁板结构计算

钢吊箱壁板的结构形式采用与原承台施工结构相同的壁板，经理论计算与实际检验其强度和刚度能够满足施工要求，这里计算就不在赘述。

5.宁波侧承台钢吊箱底板计算

5.1结构设计

1）结构说明

钢管桩上设置双拼和三拼工56a横梁，新加桩钢护筒牛腿及对应的钢管桩上设置单根工56a横梁；再在新加桩护筒牛腿及横梁上设置工36a纵梁，承台两端其间距2×1.28+2×1.22+2×1.28m，承台两侧两道纵梁间距为1.2m；纵梁上布置间距为0.6m工16a横梁，然后在横梁上布置间距为0.3m的[10，并在槽钢上铺设厚度为10mm的钢面板，浇筑封底混凝土。

2）材料用量

序号

构件名称

规格

重量（t）

合计（t）

1

钢面板

10mm钢板

17.3

82.2

2

小纵梁

[10a

10.0

3

小横梁

工16a

9.9

4

主纵梁

工36a

15.7

5

主横梁

工56a

29.3

5.2结构分析及计算

5.2.1工况分析

承台采用分层浇筑，每次浇筑高度2m，本次计算取最不利工况：

第一层厚2m承台砼浇筑完成。

5.2.2计算荷载

本工况底板承受的荷载为：

吊箱壁板+封底砼自重+第一层承台砼自重+施工荷载+砼振捣荷载。

各部分恒载计算如下：

1）吊箱壁板

G1=75.9t=759KN；

2）封底砼自重：

0.6m

G2=148.2×0.6×2.4=213.4t=2134KN；

3）承台第一层混凝土自重：

2m

G3=148.2×2×2.6=770.6t=7706KN;

4）施工荷载：

取q=2.5KN/㎡

G4=148.2×2.5=370.5KN;

5）振捣砼时产生的荷载：

取q=2.0KN/㎡

G5=148.2×2.0=296.4KN;

总荷载为：

G=G1+G2+G3+G4+G5=11265.9KN

单位面荷载为：

P=G/A=11265.9/148.2=76.0KN/㎡。

5.2.3计算结果

各主要构件的强度计算结果如下。

1）钢面板

以1m宽的刚面板为计算单元，跨径为0.3m-0.1m=0.2m；

均布荷载：

q1=1×76.0=76.0KN/m；

弯矩：

；

抗弯模量：

；

应力：

，满足要求。

2）[10a

已知[10a分布间距0.3m，最大跨径0.6m-0.088m=0.512m，把[10纵梁简化为简支梁进行计算。

均布荷载：

q2=76.0×0.3=22.8KN/m;

弯矩：

应力：

，满足要求。

3）工16a

已知工16a分布间距0.6m，

；

作用在工16a上的荷载：

[10a：

10.0t=100KN,钢面板：

17.3t=173KN；

总的均布荷载为：

q3=（76.0+（100+173）/148.2）×0.6=46.7KN/m;

承台左右两端处9m长工16a横梁为最不利受力状态，采用SMSolverV2.0软件计算工16a受力情况：

图5.2-1工16a弯矩图

图5.2-2工16a位移图

经计算最大弯矩为：

M=8.4KN·m，最大位移量为0.5mm。

应力:

强度满足要求。

刚度：

d=0.5mm<1.28m/600=2.1mm,刚度满足要求。

4）工36a纵梁

①承台横向两端纵梁：

已知工36a纵梁，

，承台左右两端纵梁分布间距为2×1.28+2×1.22+2×1.28m。

作用在工36a纵梁上的荷载：

工16a：

9.9t=99KN,则总的均布荷载为：

q4=（76.0+（100+173+99）/148.2）×1.28=100.5KN/m;

经分析工36a纵梁受力最不利状态为中间间距为1.22m的两根纵梁，采用SMSolverV2.0软件计算工36a纵梁受力情况：

图5.2-3工36a纵梁弯矩图

图5.2-4工36a纵梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=69.1KN·m，最大位移量为0.7mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=0.2mm<2.8m/600=4.7mm,刚度满足要求。

②承台纵向两侧纵梁：

已知工36a纵梁，

，承台纵向两侧纵梁分布间距为1.2m。

作用在工36a纵梁上的荷载：

工16a：

9.9t=99KN,则总的均布荷载为：

q4=（76+（100+173+99）/148.2）×0.68=53.4KN/m;

以受力最不利状态跨径为2.93m处的工36纵梁作为研究对象，采用SMSolverV2.0软件计算工56a纵梁受力情况：

图5.2-5工36a纵梁弯矩图

图5.2-6工36a纵梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=57.3KN·m，最大位移量为1.2mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=1.2mm<2.93m/600=4.9mm,刚度满足要求。

5）横梁

①承台左右两端单根工56a

已知工56a横梁最大分布间距为2.5m，

；以受力最不利状态承台横向两端单根工56a横梁作为研究对象。

作用在工56a横梁上的荷载：

工56a纵梁：

27.8t=278KN,则总的均布荷载为：

q5=（76.0+（100+173+99+

278）/148.2）×1.2=96.5KN/m;

采用SMSolverV2.0软件计算工56a纵梁受力情况：

图5.2-7工56a横梁弯矩图

图5.2-8工56a横梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=193.0KN·m，最大位移量为2.6mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=2.6mm<2.5m/600=4.2mm,刚度满足要求。

②系梁处三拼工56a横梁

原承台系梁处三拼工56a横梁分布间距为1.42m+2.93m，

；以受力最不利状态三拼工56a横梁作为研究对象。

作用在双拼工56a横梁上的荷载：

经计算纵梁对横梁的集中力（从支点到跨中）依次为84KN、172KN、94KN和47KN，采用SMSolverV2.0软件计算工56a纵梁受力情况：

图5.2-9双拼工56a横梁弯矩图

图5.2-10双拼工56a横梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=731.7KN·m，最大位移量为18mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=19mm<11.6m/600=19.3mm,刚度满足要求。

③承台左右两端三拼工56a横梁

已知此横梁跨径为11.6m，

；

作用在此横梁上的荷载：

工56a纵梁：

27.8t=278KN,则总的均布荷载为：

靠近支点处q6=（76.0+（100+173+99+278）/148.2）×2.79=224.3KN/m;

跨中处q7=（76.0+（100+173+99+278）/148.2）×0.5=40.2KN/m;

采用SMSolverV2.0软件计算工56a纵梁受力情况：

图5.2-11三拼工56a横梁弯矩图

图5.2-12三拼工56a横梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=839.2KN·m，最大位移量为19mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=19mm<11.6m/600=19.3mm,刚度满足要求。

6.象山侧承台钢吊箱底板计算

6.1结构设计

1）结构说明

钢管桩及护筒牛腿上设置工56a横梁；再在护筒牛腿及横梁上设置工36a纵梁，承台两端其间距为2×1.28+2×1.22+2×1.28m，承台两侧两道纵梁间距为1.2m；纵梁上布置间距为0.6m工16a横梁，然后在横梁上布置间距为0.3m的[10，并在槽钢上铺设厚度为10mm的钢面板，浇筑封底混凝土。

2）材料用量

序号

构件名称

规格

重量（t）

合计（t）

1

钢面板

10mm钢板

17.3

61.2

2

小纵梁

[10a

10.0

3

小横梁

工16a

9.9

4

主纵梁

工36a

15.7

5

主横梁

工56a

8.3

6.2结构分析及计算

6.2.1工况分析

承台采用分层浇筑，每次浇筑高度2m，本次计算取最不利工况：

第一层厚2m承台砼浇筑完成。

6.2.2计算荷载

由以上结构设计说明可知，象山侧吊箱结构设计中的面板、小纵梁、小横梁、主纵梁以及主横梁（承台左右两端单根工56a横梁）与宁波侧吊箱结构设计相同，只有部分主横梁结构设计存在差异，故象山侧吊箱只需对对应桩基护筒处的主横梁进行验算。

1）承台大小桩号两侧对应桩基护筒处的主横梁

已知此横梁最大分布间距为3.97m+5m，跨径2.1m，

；故以此为受力最不利状态作为研究对象。

作用在工56a横梁上的荷载：

由以上宁波侧钢吊箱计算可知,此横梁上总的均布荷载为：

q=（76.0+（100+173+99+278）/148.2）×4.485=360.5KN/m;

采用SMSolverV2.0软件计算工56a纵梁受力情况：

图6.2-1工56a横梁弯矩图

图6.2-2工56a横梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=142.8KN·m，最大位移量为0.4mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=0.4mm<2.1m/600=3.5mm,刚度满足要求。

2）承台左右两端对应桩基护筒处的主横梁

已知此横梁最大分布间距为1.42m+2.5m，跨径2.6m，

；以此作为研究对象。

作用在工56a横梁上的荷载：

由以上宁波侧钢吊箱计算可知,此横梁上总的均布荷载为：

q2=（76.0+（100+173+99+278）/148.2）×1.96=157.6KN/m;

采用SMSolverV2.0软件计算工56a纵梁受力情况：

图6.2-3工56a横梁弯矩图

图6.2-4工56a横梁位移图

经计算最大弯矩为：

M=133.2KN·m，最大位移量为0.5mm。

应力:

，强度满足要求。

刚度：

d=0.5mm<2.6m/600=4.3mm,刚度满足要求。

7.承台钢吊箱Φ0.63m钢管桩容许承载力计算

宁波侧：

由以上底板平台构造及计算可知：

按6根新加桩基和钢管桩平均受力考虑，则每根钢管桩的支反力为：

N=（G+底板重）/（30+6）=（11265.9+822）/36=335.8KN。

象山侧：

由以上底板平台构造及计算可知：

按14根桩基和钢管桩平均受力考虑，则每根钢管桩的支反力为：

N=（G+底板重）/（24+14）=（11265.9+612）/38=312.6KN。

白墩港大桥主墩基础岩层地质情况如下表所示。

层数

岩层类别

层厚（m）

承压应力（KPa）

侧摩阻力（KPa）

1

淤泥

14.0

50

10

2

粉质粘土

1.0

80

35

3

卵石土

2.5

350

120

4

淤泥

2.9

50

10

5

卵石土

6.0

550

150

假如入土深度为22m，入土岩层为淤泥层、粉质粘土和卵石层，其容许承载力为：

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》，沉桩承载力计算公式为：

>335.8（312.6）KN,满足要求。

由计算结果得：

钢管桩入土深度取22m。

由于主墩处底层情况差异较大，建议钢管桩打至淤泥层下卵石土层中1~2m。

8.钢吊箱封底混凝土验算

封底混凝土的最不利工况为吊箱内部抽水完成后高潮位阶段，吊箱受向上的水浮力作用。

封底C30海工混凝土取0.6m厚进行计算，验算结果如下：

抗浮面积A=148.2㎡。

封底混凝土自重：

S1=148.2×0.6×2.4=213.4t；

封底砼与钢护筒的握裹力：

S2=15×（3.14×2.4×0.6×4+3.14×2.0×0.6×2）=384.3t；

封底砼与原承台的摩擦力：

S3=15×69.2×0.3=311.4t；

吊箱壁板自重：

S4=75.9t；

吊箱抽水后浇筑承台混凝土前高潮位时的浮力：

F1=148.2×3.8=563.2t；

抗浮安全系数：

，

满足要求。

9结论

综上所述承台两侧及中间钢吊箱在各不利工况下都能够满足施工要求，保证施工安全。