钢平台、钢栈桥设计及计算书

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

--

--

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 最大起重量×幅度 t×m 基本臂时自重 t 主臂长度 m 固定副臂长度 m 固定副臂最大起重量 t 主臂＋固定副臂最大长度 m 回转速度 rpm 行走速度 km/h 爬坡能力 ％ 接地比压 Mpa 总外形尺寸长×宽×高 mm 数值 55×3.7 48 13-52 6-15 5 43＋15 0-3.0 0-1.6 40 0.066 6800×3300×3020 20×4700×760 履带轨距×接地长度×履带板宽度 mm 30×4700×760 履带架伸出 备注 履带架缩回 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=3×470×76cm，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和140kN，轮距为4.0m、1.4m，计入冲击系数1.1后，其集中荷载为77kN、1kN和1kN。

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

q301.242kN/m。

--

--

(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：ML汽车：Mq12qL81pL40.1221.5211.8KNm； QL42kN(按连续梁)；

0.2538.51.514.43KNm；Qq38.5kN(按连续梁)；

此时汽车荷载为控制荷载。

Wmax250.2cm3

MmaxWQmaxA8Pl3384EI14.43KNm250.2106m338.5KN0.009m0.18m838.51.53384EI57.6MPa23.7MPa0.51mm1500600203MPa，满足要求。 119MPa，满足要求。 2.5mm，合格。

maxfmax

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：

MqQq1pL40.251413105.8KNm

141kN(按连续梁)；

Wmax887.6cm3

MmaxWQmaxA105.8KNm887.2106m3141KN0.01m0.28m119MPa50.4MPa203MPa，满足要求。 119MPa，满足要求。

max--

--

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，组与组间距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）的一半和平板运输车的一半。

(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

自重引起的弯矩和剪力分别为：

M1maxQ1max12ql8110.6928107.6KNm

239kN（按连续梁）

受力图示如下:

--

--

弯矩图：

1( 1 )2820.001018.500.00

剪力图：

273.33273.33132.33132.331( 1 )-85.67-85.672x-296.67-296.67

M2maxQ2max1018KNm 296.7kN

x则考虑自重后，弯矩及剪力如下：

MmaxQ2max107.61018239296.71125.6KNm 535.3kN

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：Mmax1125.6KNmQmax535.3kNQM788.232365.5KNm，合格。

2453735KN，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。

maxQmaxA178.4KN0.01m0.3m229.7MPa119MPa，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。

l长细比λ=

i24=95 (i0.252(D2d2)4(0.72240.7042)0.252)

查计算手册得φ=0.552,那么[N]=0.552×174×215=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：Qqmax2001.52150kN(按连续梁)；

QmaxA150KN0.01m0.3m225MPa119MPa，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

自重引起的弯矩和剪力分别为：

M112ql813.762816.65KNm

--

--

Q122kN（按连续梁）

其受力图示如下:

M2Q21pL40.251506225KNm

150kN(按连续梁)；

则考虑自重后，弯矩及剪力如下：

MmaxQmax22516.6515022241.65KNm

172kN

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：MmaxQmax241.65KNm172kNQM2452788.221576.4KNm，合格。 490KN，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，桩基承载能力与栈桥相同考虑550KN。 3.6 钻机并排施工

以上I36a和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

max252MPa50Mpa119MPa，满足要求。

(2)贝雷计算

--

--

中间贝雷受力为其上计算的2倍，即：

MmaxQmax241.6521722483.3KNmQM2452788.221576.4KNm，合格。 490KN，合格。

344kN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。考虑到计算的迅速和建模的难易度，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 桥面板 纵向分配梁 横向分配梁 贝雷弦杆 贝雷腹杆 贝雷支撑架 下横梁 截面形式 5mm钢板 I20b I36a 双槽钢[10 I8 角钢63*4 2I36a 模拟单元类型 板单元 梁单元 梁单元 桁架单元 桁架单元 桁架单元 梁单元 材料 A3钢 A3钢 A3钢 16Mn钢 16Mn钢 A3钢 A3钢 备注 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0E2F7FC301A9D5。 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，通过集中荷载加载与栈桥走道；履带吊通过履带压力加载，接地压力=（500×1.3）÷4.7÷2÷0.76=91Kpa，加载面积与履带接地面积相同。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与平板车之间贝雷处，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，通过集中荷载加载与栈桥走道（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，加载面积与履带接地面积相同。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.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与平板车之间贝雷处，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和使用要求。 附件：钢平台及钢栈桥设计图(dwg，可在cad中打开并编辑)

--

钢栈桥纵断面钻孔平台纵断面平面图(贝雷-桥面走道板）平面图(钢管桩-钢管桩顶部横向托梁）平面图(钢管桩-钢管桩水平连接系）横断面布置--