工作平台、施工便桥力学计算书

力学检算书

计算：                      复核：              

审核：           

南沙工程项目经理部

二OO二年十二月三十日

一、计算依据

1、广州市政工程设计研究院2002年10月发布的《沙仔桥工程施工图设计》

2、广州市市政工程设计院2002年9月5日发布的《沙仔大桥工程岩土工程勘探报告》

3、人民交通出版社出版的《公路施工手册-桥涵》上下册

4、人民交通出版社出版的《公路桥涵设计手册-基本资料》

5、中国建筑工业出版社出版的《实用桩基工程手册》

6、地震出版社1993年版《钢管桩的设计与施工》

7、《沙仔桥施工便桥及作业平台施工方案》

二、计算工具

1、连续梁计算软件

2、弹性支承连续梁计算程序

三、工作平台检算

   工作平台上纵梁采用贝雷片、下横梁采用并排2根工40a工字钢，

下部支撑采用φ600钢管桩，具体布置见下图。

需检算内容有：纵梁（贝雷片）检算、横梁（工40a工字钢）检算、钢管桩承载力检算。其中靠近钢护筒位置平台与便桥共用1根横梁（工字钢），受力复杂，为控制内容，在施工便桥中进行检算。

1、荷载计算

  平台主要承受的荷载为钻机荷载和人群荷载

（1）钻机荷载（冲击钻）

经计算钻机对上纵梁产生的反力为

R1=128KN    R2=32KN

(2)人群荷载

人群荷载按3.5KN/m2，平台工作宽度为4米，纵向受力计算时人群荷载按3.5×4=14KN/m

（3）贝雷片自重

贝雷片按3片为1吨计算，4排贝雷片每米重4.44KN

2、上纵梁（贝雷片）受力检算

贝雷片受力视为连续结构考虑，由外荷载产生的桥梁最大弯矩及剪力值不应超过下表所列数值（下表选自《公路施工手册-桥涵》下册）

连续梁桥的容许内力表

                         最大剪力为245.2×4=980.8 kN     

贝雷片整体受力简图如下

经计算得

R1=72.8KN            R2=168.8KN

Mmax=20.7KN.m

Qmax=148.7kN

4排贝雷片最大承载力

[Mmax]=3153.4KN.m

[Qmax]=981kN

满足要求。

3、钢管桩长度的确定

按钢管桩顶所受最大反力R=168.8/2=84.4KN，考虑钢管桩自重取为150KN, 选用外径600mm，壁厚8mm

A =π(D2－d2)/4=149cm2             W=πD3/32 (1－(d/D)4) =2172 cm3

I =π(D4－d4)/=65192 cm4      r=( I/ A)1/2=20.9cm

D/t=600/8=75<100=[ D/t]     

无局部失稳问题

    按地质资料计算的单桩承载力确定钢管桩长度(选取K7+951处地质状况为例，其他桩位计算另见钢管桩长度计算书)

根据地震出版社1993年版《钢管桩的设计与施工》P26 3-16公式，开口桩单桩极限承载力为

QP＝λSU∑qsi .Li + λPAbqb）

忽略桩尖承载力   λPAbqb＝0

λS——砂类土，当D/d≥1时λ=1         

QP ——轴向受压桩的极限承载力（kN）

U ——桩身截面周长（m） U =πD=3.14×0.6=1.884m

qsi——桩粘土的极限摩阻力

Li ——各土层的厚度（m）

据广州市市政工程设计院2002年9月5日发布的《沙仔大桥工程岩土工程勘探报告》 P16表4及广州市政工程设计研究院2002年10月发布的《沙仔桥工程施工图设计》

钢管桩单桩极限承载力计算如下表

则桩长L＝6.3－（－11. 2）＝17.5m 

四、施工便桥检算

为便于系梁施工，施工便桥以35米跨为一段，每段30米，每段间用贝雷片连接，便桥下部支撑采用φ600钢管桩，详见便桥布置图。 

由方案知，便桥主要用于钻机、吊机的行走与工作、行人以及小型材料的运输。检算时主要考虑吊机在便桥上行走和吊运重物过程中贝雷片的受力情况和相应的支反力，进而反算钢管桩的长度。吊机在便桥上行走时考虑两种工况，一种按吊机在跨中位置考虑，一种按吊机在支座位置考虑。动载系数1.1

1、桥面工36a横梁受力检算

贝雷片上横梁采用工36a工字钢，选取吊机后轮作用在工字钢上

时的受力，简图如下

A=76.44cm2 b=13.6cm

d=1.0cm  Ix=15796cm4

Ix/Sx=31.05cm

rx=14.38cm Iy=554.9cm4

ry=2.69cm Wx=877.6cm3

考虑1.1动力系数，吊车每个轮的力按150KN计算，剪力、弯矩图如下

由上计算得，

Mmax=63.7 kN.m 

Qmax=151.8 kN 

l自＝3.37m

换算长细比λ1＝α·L0/h·rx/ry＝1.8×3.37/0.36×14.38/2.69＝88.2

查表得ψ=0.9

σ1=63.7×103/877.6=72.6 Mpa≤0.9×170=153 Mpa 

τ＝QS/Id＝86.5×10/(31.05×1.0) ＝27.8 Mpa≤100 Mpa

均满足要求。

2、主梁受力检算

贝雷片受力视为连续结构考虑，由外荷载产生的桥梁最大弯矩及剪力值不应超过下表所列数值（选自《公路施工手册-桥涵》下册）

连续梁桥的容许内力表

                         最大剪力为245.2×4=980.8 kN     

（1）、吊机在跨中位置时，考虑动力系数，荷载取500KN进行计算，受力简图、剪力图、弯矩图如下

计算得

Mmax=1539.3 kN.m < 3152.8 kN.m

Qmax=295.2 kN < 980.8 kN

满足要求

（2）、吊机在支座位置时，贝雷片承受的最大剪力为

         Qmax=525 kN < 980.8 kN

满足要求

3、、工字钢（贝雷片下）受力检算

选用工40a工字钢，2根一组焊成箱型，用缀板连接（每0.5m一块）,截面特性分别为

A=86.07cm2      b=14.2cm      d=1.05cm     Ix=21714cm4

Ix /Sx=34.40cm    rx=15.88cm   Iy=659.9cm4     ry=2.77cm Wx=1085.7cm3,    

I’y=2(Iy+A×14.22/4)=2×(659.9+86.07×7.12)=9997.4cm4

r’y＝7.62cm   

［σ］=170Mpa   ［τ］=100 Mpa

计算与工作平台同一断面处工字钢受力（边跨受力见工作平台检算）

其受力简图、剪力图、弯矩图如下

由上计算得

R1=122.8kN   R2=257kN   R2=165.6kN   R2=19.3kN

Mmax= 94.3kN.m

Qmax= 177.1 kN

l自＝4.9m

换算长细比λ1＝α·L0/h·rx/r’y＝1.8×4.9/0.4×15.88/7.62＝45.22

查表得ψ=0.833

σ1=94.3×103/(2×1085.7)=52.2 Mpa≤0.833×170=141.5 Mpa 

τ＝QS/Id＝233.8×10/(34.40×2×1.05) ＝32.4 Mpa≤100 Mpa

均满足要求。

4、钢管桩承载力检算

（1）、钢管桩承受最大轴力为257KN，考虑钢管桩自重，取350KN作为设计力，选用外径600mm，壁厚8mm

A =π(D2－d2)/4=149cm2             W=πD3/32 (1－(d/D)4) =2172 cm3

I =π(D4－d4)/=65192 cm4      r=( I/ A)1/2=20.9cm

D/t=600/8=75<100=[ D/t]     

无局部失稳问题

a、按地质资料计算的单桩承载力确定钢管桩长度(选取K7+854处地质状况为例，其他桩位计算另见钢管桩长度计算书)

根据地震出版社1993年版《钢管桩的设计与施工》P26 3-16公式，开口桩单桩极限承载力为

QP＝λSU∑qsi .Li + λPAbqb）

忽略桩尖承载力   λPAbqb＝0

λS——砂类土，当D/d≥1时λ=1         

QP ——轴向受压桩的极限承载力（kN）

U ——桩身截面周长（m） U =Πd=3.14×0.6=1.884m

qsi——桩粘土的极限摩阻力

Li ——各土层的厚度（m）

根据地震出版社出版的《钢管桩设计与施工》P17标3.2.2及广州市政工程设计研究院2002年10月发布的《沙仔桥工程施工图设计》

钢管桩单桩极限承载力计算如下表

则桩长L＝6.5－（－12.6）＝19.1m   

2、钢管桩的水平承载力应满足：（1）桩体发生的弯曲应力不应超过桩材的容许弯曲应力；（2）桩头的水平变位量不应超过由上部结构确定的容许变位量。

便桥承受的水平荷载包括车辆制动力、机械水平移动产生的力、风力、流水压力。

车辆制动力按吊车自重的1/20：240/20=12 KN

取风力压强为0.25Kpa

风力大小为：0.25×35×1.5×1.5=19.7 KN

桩顶水平力按以上2力的合力计算H=16 KN  考虑海潮力

取H=25 KN

计算时按弹性地基梁理论进行求解

根据《实用桩基工程手册》P209弹性地基反力法m法进行计算见钢管桩划分为14段,并从下到上进行排列，通过弹性支承连续梁计算程序计算得到钢管桩的内力见下表

   节点位移(单位:mm,rad)

弯矩和剪力(单位:kN,kN·m)

最大剪力Qmax= 48.1 kN

σ1=P/A+Mmax/W=400×10/149+200.6×103/2172=121.2Mpa

<[σ]=145 Mpa

τmax=αQ/A=2×48.1×10/149=6.5 Mpa<[τ]=85 Mpa

α=4/3·(D2+Dd+d2)/( D2+d2)=2

满足要求

b、按桩身强度检算单桩承载力

1钢管桩按一端自由一端嵌固的等截面压杆考虑 受力简图见图6

杆件长l＝6.5－（－10.85）＝17.35m 取17.5m

杆件长细比λ＝l0 / i＝35/0. 208＝120＞[λ] ＝100

按长细杆计算，利用欧拉公式

临界荷载Pcr＝π2EI /（4l2）

＝π2×210×109×95842 ×10-8

＝1306 kN

取安全系数nst＝4则

钢管桩容许荷载 [Pcr] ＝Pcr  / nst r＝1306 / 4＝351.5 kN

P＜[Pcr]  满足要求

2按打桩力公式检算单桩承载力

桩锤选择遵循的原则：锤的冲击能量应满足将桩打至需要的深度；单桩的总锤击数控制在3000击以内；打桩时的锤击应力小于桩材的屈服强度（控制在80%～85%）；最终桩的贯入度不能太小；软土地区打桩，起始阶段土的阻力小，需多次挂吊桩锤，桩锤不宜选择过大。

对直径在400～600mm钢管桩，选用K35柴油锤

根据中国建筑工业出版社1999年版《实用桩基工程手册》P111打桩力公式4-128 

Qu＝ef·Eh·C1／(S+ C2) 

C1=(WH+n2WP)／(WH+WP)   

ef——锤击效率0.8            Eh——额定锤击能75kN·m

S——每击贯入度              WH——锤重35kN

WP——桩重131*19.1*10/1000=25kN   l——桩长19.1m

AP——桩截面积 0.283 m2     EP——桩材杨氏模量210×109Pa

 n2＝0.25

C1=(WH+n2WP)／(WH+WP) ＝(35+0.25×25)/( 35+25)＝0.68

Qu 按钢管桩长度计算时最大受力484KN

C2＝Qul/(APEP) ＝484×19.1/（0.283×210×106）＝0.0002

则每击贯入度

S＝ef·Eh·C1／Qu－C2＝0.8×75×0.68/484－0.0002＝0.08 m