青山长江大桥副航道桥主墩钻孔平台受力分析

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摘 要:青山长江大桥副航道桥为主跨 110m 的五跨连续梁桥,主墩基础设计为钻孔灌注桩。介绍了钻孔施工平台
的设计、荷载参数、荷载组合方式,采用 Midas 建立有限元计算模型,分析了钻孔平台受力性能,结果表明:贝雷
片、分配梁、钢管桩、面板受力均在容许范围内,钻孔施工平台的强度、刚度及稳定性能满足长江高水位时基础施
表 1 钻孔平台计算工况
图 1 钻孔平台布置图(单位:高程为 m,结构尺寸为 cm)
工况
设计状态

通行状态

吊装作业状态

钻孔作业
恒载 结构自重 结构自重 结构自重
荷载组合 基本可变荷载
公路 I 级 80t 履带吊机 XR400D 旋挖钻机
其他可变荷载 水流力、风力 水流力、风力 水流力、风力
收稿日期:2019-05-12 作者简介:付晓鹏,男,武汉青山长江大桥建设有限公司高级工程师。
工况Ⅰ
工况Ⅱ
工况Ⅲ
容许应力/MPa
弦杆
98.1
138.8
130.8
273
竖杆
197.1
281.7
236.7
273
斜杆
111.2
158.9
171.7
273
表 4 贝雷片变形
杆件类型
工况Ⅰ
最大变形值/ mm 工况Ⅱ
工况Ⅲ
容许变形/mm
弦杆
12.2
17.5
21.9
30
由表 2、表 3、表 4 可知:贝雷片的内力、应力、变形
202
中国水运
第 19 卷
三、钻孔平台受力分析 1.计算模型 由 Midas/civil 建立模型对各个工况进行计算,结构自 重按实际自重加载,荷载按施工过程中旋挖钻机及履带吊机 实际站位进行加载,钢管桩埋于河床面下的长度按 5 倍桩径 考虑,并按固结进行约束[11],计算模型见图 2。履带吊分别 按正吊、侧吊将荷载分布于跨中、墩顶、墩侧进行计算,旋 挖钻机分别按钻孔、倒渣将荷载分布于跨中、墩顶、墩侧进 行计算。
第 19 卷 第 7 期 2019 年 7 月
中 国 水 运(下半月) China Water Transport
Vol.19 July
No.7 2019
青山长江大桥副航道桥主墩钻孔平台受力分析
付晓鹏 1,刘 蕾 2,严汝辉 1
(1.武汉青山长江大桥建设有限公司,湖北 武汉 430345;2.武汉东四环线高速公路建设管理有限公司,湖北 武汉 430056)
二、荷载参数与组合 1.不变荷载 不变荷载为结构自重,按实际自重加载。 2.基本可变荷载 TR400D 旋挖 钻机:工作状态下履带的接触面积 为 2-6860×1,000mm²,自重 130t(含标准钻杆),施工时考 虑 1.5 倍的系数,合计 195t,最大输出扭矩 420kN·m; 旋挖钻机倾倒泥砂时按侧向工作计算,此时旋挖钻机重 145t ( 自 重 + 泥 砂), 两 侧的 履 带 受 力 分别 为 0.75×145t、 0.25×145t。 80t 履带吊机:自重加配重共 80t,工作时侧向最大吊 重 20t,侧吊工况下两侧履带受力分别为 0.75×100t、 0.25×100t。 3.其他可变荷载 栏杆荷载:栏杆桩顶水平推力 0.75kN/m,栏杆扶手竖 向力 1.0kN/m。 风载:钻孔平台施工风力为 6 级及以下,验算风力为 8 级,根据规范[9]计算,6 级风荷载强度为Wd =297.9Pa,单片 贝 雷 片 风 载 为 Fwh =0.59kN , 8 级 风 荷 载 强 度 为 Wd =670.2Pa,单片贝雷片风载 Fwh =1.33kN。 水流力:根据规范[10]计算,栈桥通行及吊装作业最高水 位取+25.85m,桩顶高程为+25.22m,最大水深 16.22m, 单根钢管桩所受水流力为 Fw =40.6kN。 4.荷载组合 钻孔平台主要由支栈桥区、钻孔区组成,计算工况与荷 载组合如表 1。
工要求。
关键词:连续梁桥;钻孔平台;受力分析;贝雷梁;钢管桩;钻孔灌注桩
中图分类号:U448
文献标识码:A
文章编号:1006-7973(2019)07-0201-02
一、工程概况 青山长江大桥副航道桥跨越长江天兴洲尾段北汊航道, 为主跨 110m 的 5 跨连续梁桥,总长 460m,采用左右幅分 离的双线桥形式,单个承台尺寸为 17.0×10.75m×3.5m, 承台间距 3.75m,主墩基础采用 12 根 Ф2.5m 钻孔桩,基 础施工采用先平台后围堰的施工方法[1]。参考类似工程钻孔 桩施工平台的设计与施工技术[2-8],并考虑需要在长江汛期进 行基础施工,主墩基础钻孔施工平台设计平面尺寸为 49.5m×31.5m,其中两侧支栈桥区宽 8.0m,中间钻孔区 宽 15.50m,设防洪水位为+25.85m,平台顶面设计高程为 +27.50m , 高 出 设 防 洪 水 位 1.5m 以 上 。 钢 管 桩 采 用 Ф1,000×10 钢管 ,入 土深 度为 21.38m, 河床 高程 为 +11.0m,桩底高程-10.38m,分配梁采用 2I56b 型钢焊接 而成。支栈桥区面板为混凝土面板,承重结构为贝雷片;钻 孔区面板为 10mm 钢板+I18 型钢组成的钢面板,承重结构 为贝雷片。旋挖钻工作区域面板采用 10mm 厚钢面板,小肋 采用 I18 型钢,间距 400mm。钻孔平台如图 1。
值均能满足要求。其中表 3 中工况Ⅱ竖杆的应力超过容许值
3.2%<5.0%,可以认为满足要求。
3.分配梁受力分析
分配梁最大正应力为 =81.5MPa<σ=170MPa,剪切 应 力 =53.7MPa< =100MPa , 分 配 梁 最 大 组 合 应 力 max =123.7MPa<1.1 σ =187MPa , 最 大 剪 切 应 力 max =61.4MPa< =100MPa,均满雷片受力分析
贝雷片内力、应力、变形分别如表 2~表 4 所示。 表 2 贝雷片内力
杆件类型
工况Ⅰ
内力值/kN 工况Ⅱ
工况Ⅲ
容许承载值/kN
弦杆
147
208
258
560
竖杆
142
203
143
210
斜杆
81.2
116
104
171.5
表 3 贝雷片应力
杆件类型
最大组合应力值/ MPa
4.钢管桩受力分析
(1)钢管桩强度
钢管桩桩端竖向最大反力为 1,227.0kN,出现在旋挖钻 墩顶钻孔工况,风载水平力为 36.5kN,水流力产生的弯矩 为 627.1kN·m,旋挖钻机产生的水平力 140.0kN,钢管 桩 稳 定 系 数 为 0.8221 , 其 最 大 应 力 =139.7MPa<