钢管桩计算书

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边跨现浇直线段支架设计计算

一、计算何载（单幅）

1、直线段梁重：15#、16#、17#混凝土方量分别为22.26、25.18、48m3。端部1.0范围内的重量，直接作用在墩帽上，混凝土方量为：

V=1×[×2.5+2×3×0.15+2×2×0.25／2+2××]= m3

作用在支架的荷载：

G1=（22.26+25.18+48－16.125）×22800× KN 2、底模及侧模重（含翼缘板脚手架）： 估算G2=130KN 3、内模重： 估算G3=58KN 4、施工活载： 估算G4=80KN

5、合计重量： G5=1957.78+130+58+80=2226KN 二、支架形式

支架采用Φ800mm（壁厚为10mm）作为竖向支承杆件。纵桥向布置2排，横桥向每排2根，其中靠近10#（13#）墩侧的钢管桩支承在承台上，与墩身中心相距235cm，第二排钢管桩与第一排中心距为550cm，每排2根排的中心距离为585cm。钢管桩顶设置砂筒，砂筒上设纵横向工字钢作为分配梁，再在纵梁上敷设底模方木及模板。钢管桩之间及钢管桩与墩身之间设置较强的钢桁架梁联系，在平面上形成框架结构，以满足钢管桩受载后的稳定性要求，具体详见“直线段支架结构图”。

0.650.25×1－2

根据支架的具体结构，现将其简化成力学计算模型，如下图所示：

78011555011520327.558510×120327.520纵桥向横桥向三、支架内力及变形验算

1、 横梁应力验算：横梁有长度为，采用2I56a工字钢，其上承托

12根I45a工字钢。为简化计算横梁荷载采用均布荷载。 （1）纵梁上面荷载所生的均布荷载：

Q1=2226÷2÷m

（2）纵梁的自重所生的均布荷载：

Q28×(1.15+5.5/2)×11÷12.25=N/m

（3）横梁自身的重量所生的均布荷载：

Q3=2×=N/m

（4）横梁上的总均布荷载：

N/m

（5）力学简图：q=95.8KN/m由力学简图可求得： 支座反力R=95.8×12.25/2320585320 =586.78 KN 由Q图可得Qmax=306.56 KN M图可得Mmax=490.5 KN.m（6）应力验算 Mmax490.55σW=10max=23422=104.7MPa＜[σ]=145Mpa τ=QmaxSIb=306.510021369max2655761.252==255.96Kg/cm2 τmax=25.6 MPa＜[τ]=120 MpΔ 复合强度 σ=232=104.72325.62=113.7Mpa＜[σ] 2、横梁的刚度验算 横梁为简支双悬臂梁320585320q λ

Q图(KN)M 图(KN.m)

qml3fC = fD=（-1+6λ2+3λ3）

24EI95.832058523

0.5470.547 = (-1+6×+3×) 6242.1102655763× =

ql4fE =(5-24λ2)

38495.85.851082

0.547 =(5-24×) 63842.1102655764×(-2.18)=(向上)

通过以上计算可知，横梁在均布荷载作用下，跨中将出现向上的拱度。虽然实际上是中部受力大，悬臂端受力小，使理论计算值出现了假象，但仍有必要将跨距作适当调整，以期受力更加合理。

跨距调整为右图： λ=m/L=3.1/6.05=0.5124 qml3 fC=fD=（-1+6λ2+3λ3） 24EI95.8310605 = 242.11062655763(-1+6×0.51242+3×0.51243) =0.9949×0.9789 =0.9739cm <l=1.515 cm 400

ql4fE =(5-24λ2)

384

95.86.051082

0.5124=(5-24×)63842.110　2655764×(-1.301) =

通过强度及刚度计算,可见I56a较富余,为更趋合理,将横梁由2I56a为2I50a

fC=fD×65576／46472= cm fE×65576／46472= - cm

(1)纵梁上面荷载所生的均布荷载:

q1=2226÷÷×≈28 kN/m

q1=28× kN/m

(2)纵梁的自重

q2 kN/m

(3)纵梁上的总均布荷

q= q1 +q2 kN/

（4) 力学简图 支座反力 R=34.4×7.8/2 =134.16 kN 由Q图可得: Qmax=94.6kN 由M图可得: Mmax =107.33KN.mQ 图(KN)M 图(KN.m)(5)应力验算

Mmax10.73310σmax==

w1432.95pa <

τmax=

QmaxS94.6100836.42

=pa < Ib322411.15(6)刚度验算

λ fC=fD=

34.411555023

0.20910.2091(-1+6×+3×) 6242.110322413×(-0.7102) = (向上) fmax=

34.45502

0.2091(5－24×) 63842.110322414×3.9507=<f/l1/4001.375

通过计算证明选用型钢的安全储备过大,拟将I45a改为I40a进行

第二次试算,为简化计算, Qmax 、 Mmax及q均沿用改变前的数值。

10.733105σmax= Mpa<

1085.7τmax=

94.6100631.2pa <

217141.05fC=fD×32241／21714 =－ （向上） fmax×32241／21714 = cm < 1/400 四、钢管桩设计与验算

钢管桩选用Ф800，δ=10mm的钢管，材质为A3×108 Kpa,I=

64(0.804－0.784×10-3M4。依据10#或13#墩身高度和周边地

形，钢管桩最大桩长按30m考虑。 1、桩的稳定性验算

桩的失稳临界力Pcr计算 Pcr= kN

2、桩的强度计算

4 =（802－782）=2

4EI2.1101.93610l22283=

302

桩身面积 A=（D2－a2）

钢桩自身重量

P×30×102× =5844kg

kN

б×102／248.18=259.98kg／cm2 Mpa

3、桩的入土深度设计

通过上述计算可知，每根钢管桩的支承力近660kN，按规范取用安全系数k=2.0，设计钢管桩入土深度，则每根钢管桩的承载力为660×2=1320kN，管桩周长 U=π×0.8=2.5133m。依地质勘察报告，河床自上而下各层土的桩侧极限摩擦力标准值为：

第一层 砂砾土 厚度为3.4m， 标贯 N=8.1～12.3；估推τ=30～40 Kpa

第二层 砂粘土 厚度为6～23m，黄褐色、湿、硬塑，标

贯N=23；

τ=75 Kpa

第三层 强风化石英片岩 厚度为4～6m，黄褐色 ，标贯

N25～43；τ=75 Kpa

N=∑τiu hi

N =30××3.4+75××6+80××h3=1320 kN =256.36+1086.0+201 h3 =1320 kN`

解得 h3

证明钢管桩不需要进入第三层土，即满足设计承载力，此时桩尖标高为：

64.12－3.4－6.0= m

钢管桩实际入土深度： ∑ m 4、打桩机选型

拟选用DZ150，查表得知激振动900 kN，空载振幅≮0.8mm，

桩锤全 m，电机功率150kw。 5、振动沉桩承载力计算

按前苏联b.π塔尔尼科夫，根据所耗机械能量计算桩的容许承载力

P=1m{

1m1f3Ax2a2+Q

11v1}

m—

m1—振动体系的质量 m1=Q/g Q1—振动体系重力 N g—重力加速度=981 cm /s2

AX—振动沉桩机空转时振幅 AX = M/Q=2800×102／90000=

cm

M—振动沉桩机偏心锤的静力矩 N. cm μ—振动沉桩机振幅增大系数 μ= An/ Ax

An－振动体系开始下沉时振幅 取 cm

f—振动频率 f=n/60=800/60=13.33 转/S

a—振动沉桩机最后一击的实际振幅 取1.0 cm ν—沉桩最后速度 取5 cm/min α1—土性质系数，查表得α1=20 β1—影响桩入土速度系数， 查表得β1=

21.222091.7413.333.1113.11+9×104

10.17531[p]=

11.5{}

1 =

1.5{

1.91219106+9×104

1.85}

1=××106 1.5=749077N=749K

通过上述计算及所选各项参数说明：

1）DZ150型振动打桩机，是完全能够满足本设计单桩承载力的。

2）DZ120型振动打桩机，也是可以满负荷工作，达到本设计要求的。

6、钢管桩加工质量控制

虽是临时结构，但钢管桩是边跨直线段现浇支架的重要受力构件，它的加工制作及安装质量好坏，直接关系到能否顺利沉桩及支架的使用安全，故有必要按有关国家规范和文献资料提及的技术标准，作如下要求：

（1）钢管的材质为Q235，可以是直缝焊接管也可以是螺旋焊缝管，但所用材质的力学性能都应符合国家相关标准。 （2）直焊缝管采用平板卷制加工。加工时两侧边缘须予弯头，以消除平板在卷板机上卷制时，两侧边缘的直线段。 （3）钢管桩的轴线方向应和钢板轧制的方向一致。

（4）钢管接长时，两侧纵向焊缝应有较大的距离，切忌十字焊缝。

（5）需采取有效措施保证并检查焊缝质量。

（6）视工地的起吊能力和运输条件，尽可能将管节加长，以减少工地焊接工作量 （7）钢管的接头加工和成品质量按下列图表控制： 两壁错台壁 厚δΔΔ≯2δ=10±1D3

钢管制作允许偏差

偏 差 名 称 示 意 图允 许 值≤0.1%纵向弯曲≤10椭圆度≤0.3%＜管端不平度≤3

7、沉桩施工中须注意的问题：

容许承载 [R]=0.12 Mpa=12T/m2 基础面积 A=

N64.52 2

= R12基础边长 b=

A=2.45m

按扩散角45°计算基础厚度

h=(2.6-0.8)/2= 采用h=

底层设一层Ф16钢筋网片网格为15.5×15.5cm10601406010六、 支架预压： 13#墩的直线段现浇支架，地基为露头基岩石，做钢管桩基础时，只需将 岩下20～30cm, 修整一个120×120cm的平面，将厚为10mm的钢板预埋件埋 入即可，因为13#墩混浇支架座的基础没有沉降，支架本身接头部位的压紧沉降 可以预估，在底模放样时抛高，所以该支架毋庸预压，所需要预压的是10# 墩 的直线段支架。 1、预压荷载：按实际荷载的倍超载预压。

∑G=2226×1.3=2893KN

2、预压方式：加载预压时，工字钢上铺设10×10cm木方，似

用砂袋作为压重，砂袋用汽车倒运并过磅称量，按施工时荷载实际分布情况摆放,在有条件的情况下也可考虑用浮箱注

10aФ16 15.5L=266垫层2604060100

水预压

3、预压控制：采用时间和沉降量双控的方式进行预压控制。 （1）时间控制：静压5天以上，稳定状态2天。

（2）沉降控制：在支架的工字钢上分别布设10个测点，用于沉降观测。在加载前、加载完每12小时观测一次，直到24小时的累计沉降量≯2mm卸载，卸载后，按测得的弹性和非弹性沉降量及设计标高，确定立模标高，作为底模放样依据，报验上级及监理批准。

七、边跨合扰段对支架的影响：合扰段的实际施工荷载是平均分担在支架及悬臂端上的，分配在支架上的重量约为230KN。该荷载按支架计算简图，将完全由靠河心的两根钢管桩承受。

但此时，现浇直线段上的侧模，内模及支撑脚手，已经拆涂，对支架钢管起到减载作用，估算每根桩可减载60KN，所以合拢段实际上对每根桩增加荷载50～60KN。在支架预压时,我们超载了30%,钢管桩的承载能力已远超过由于合拢段所增加的份额,故在支架钢管桩设计时,未考虑合拢段的荷载.

八、模板选择，安装及加固：在正文中已阐明，此处不再赘述。