西南院栈桥钢围堰计算书.docx

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西南院栈桥钢围堰计算书

宜宾港重件码头工程

栈桥钢围堰计算书

编制：

复核：

审核：

安徽省交通规划设计研究院

二〇一一年三月

目录

1钢套箱设计-1-

1.1钢套箱布置-1-

1.2设计条件-1-

1.3计算荷载控制工况-1-

2钢围堰强度验算-2-

2.1计算第一种工况：

-2-

2.2计算第二种工况：

-5-

2.3第三、四、五种工况计算：

（考虑最不利状态验算）-8-

2.4围檩及支撑计算-10-

3围堰稳定性计算-11-

3.1抗倾覆验算-11-

3.2封底混凝土厚度验算-11-

栈桥钢围堰计算书

1钢套箱设计

1.1钢套箱布置

钢套箱考虑内尺寸为9.8m×8.8m（考虑安装时的偏差，较承台平面尺寸各边均放大10cm,并考虑吊箱围堰侧板兼做承台模板。

内面板采用8mm厚钢板，竖向肋采用双背16#槽钢，横肋采用32a工字钢，内支撑采用双拼28a工字钢。

整箱重约90t。

钢套箱拟采用现场加工、安装。

1.2设计条件

围堰平面内净尺寸：

9.8m×8.8m；

侧板顶面设计标高：

260.0m（保证承台施工在干燥无水的条件下进行，根据施工时间安排，此时预计施工水位最低在256.43m左右，在水位达到259.0m时进行回灌水，停止套箱内施工）；

侧板长度：

12.15m（承台底标高为249.15m，封底混凝土厚度考虑2m，韧脚入土10cm）

内支撑标高：

考虑257.00m、254.00m和251.50m；

根据自然水位变化及钢吊箱施工作业时段，设计施工受力结构主要按照最高水位时，吊箱内抽干水后侧板所受水压力为设计依据，最低水位时，现浇承台砼侧压力进行校核，考虑最高水位时，钢吊箱抗浮措施。

1.3计算荷载控制工况

工况1：

封底混凝土时，钢套箱应力变化及变形

工况2：

抽干水后，钢套箱应力变化及变形

工况3：

承台混凝土浇筑时，钢套箱应力变化及变形

工况4：

承台浇筑完成后，钢套箱应力变化

工况5：

回灌水至中间内撑处，拆除中间内撑时，钢套箱应力变化

1.4计算模型建立

取全结构进行计算，钢围堰按实际构造和边界情况模拟。

内面板采用8mm厚钢板，围檩竖向肋采用双背16#槽钢，横肋采用32a工字钢，内支撑采用双拼28a工字钢。

边界条件定义对围檩与横肋、横肋与钢围堰板、堰内横撑与斜撑均采用固结，对承台底面采用固定约束。

分别考虑自重、封底混凝土浇筑侧压力、水压力、土侧压力及温度等荷载效应，计算结构内力。

图21结构计算简图

2钢围堰强度验算

2.1第一种工况

封底混凝土时，验算钢套箱应力变化及变形。

封底砼对围堰的侧压力计算：

根据砼对围堰横板的侧压力公式Pm=k×r×hm进行计算。

（路桥施工计算手册第173页）其中：

K—外加剂影响修正系数，按掺缓凝外加剂取1.2

h—有效压头高度，当V／T≤0.035时，取hm=0.22+24.9×V／T

V—砼浇筑时速度取0.2m／h；

T—砼入模时的温度取20°C；

r—砼容重取24KN／m3

图2-2封底砼浇筑侧压力计算高度

②则hm=0.22+24.9×0.2／20=0.47m

K取1.2，r取24KN／m3故Pm=k×r×hm

=1.2×24KN／m3×0.47m

=13.54KN／m3=13.54KPa

查若倾倒砼容量大于0.8m3的运输器具倾倒时取砼冲击力6KPa，则侧压力PM1=Pm×P冲=6+13.54=19.54KPa

由于水下封底砼灌注时，水压力由外平衡，故只考虑砼侧压力PM1=19.54KPa。

1）应力验算结果

按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6条，进行钢围堰正常使用极限状态应力组合；并采用《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86，按容许应力法进行梁应力验算。

验算结果如下图所示。

图2-3工况一作用下钢围堰主应力图

图2-4工况一作用下钢围堰组合应力图

由上图计算结果可以看出，工况一作用下钢围堰堰身最大主应力2.54Mpa，最大组合应力4.70Mpa；均小于容许应力[σw]＝145×1.3=188.5MPa。

（参照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86第1.2.10条对临时结构验算乘以1.3倍提高系数）

故钢围堰堰身应力验算满足要求。

2）堰身最大挠度计算:

按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6条，进行堰身正常使用极限状态组合应力下挠度验算。

计算结果如下图所示。

图2-5工况一作用下钢围堰变形图

由上图可得，组合应力下的最大扰度

＝0.4mm＜[

]＝

＝

＝27.5mm满足要求。

2.2第二种工况

本桥位处位按14m深计算：

（不考虑土侧压力的影响）

①静水压力P静=r×h=10×14=140KPa

r—水的比重10KN／m3，

h=263－249.15=14m，其中施工最高水位去263m，承台底标高249.15m。

②根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD-602004）第4.3.8条进行计算，公式如下：

式中：

－流水压力标准值（

）；

－水的重力密度（

）；

－流水速度（

）；

－阻水面积（

），计算止一般冲刷线处；

－重力加速度（

）

－桥墩形状系数，取1.5。

（其中ρ—水的重力密度，取10KN／m3；V流水速度，取2m／s；A—围堰阻水面积，取1×1＝1m2；g—重力加速度，取9.8m／g2；K是形状系数，取k=1.5）

则FW=1.5×1×10×22／2×9.8=3.1KPa

③因此静水压力和流水压力如图所示：

图2-6工况二流水压力计算图示

1）应力验算结果

按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6条，进行钢围堰正常使用极限状态应力组合；并采用《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86，按容许应力法进行梁应力验算。

验算结果如下图所示。

图2-7工况二作用下钢围堰主应力图

图2-8工况二作用下钢围堰组合应力图

由上图计算结果可以看出，工况二作用下钢围堰堰身最大剪应力92.1Mpa，最大组合应力114.9Mpa；均小于容许应力[σw]＝145×1.3=188.5MPa

故钢围堰堰身应力验算满足要求。

2）堰身最大挠度计算:

按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6条，进行堰身正常使用极限状态组合应力下挠度验算。

计算结果如下图所示。

图2-9工况二作用下钢围堰变形图

组合应力下的最大扰度

＝7.9mm＜[

]＝

＝

＝27.5mm满足要求。

2.3第三、四、五种工况（考虑最不利状态验算）

第三、四、五种工况，最不利状态验算时，即按最高水位14m计算同时考虑土侧压力的影响。

水压力按工况二计算FW=1.5×1×10×22／2×9.8=3.1KPa

FW+F静=3.1+140=143.1KPa

考虑土压力的影响，主动土压力根据《板桩码头设计与施工规范》（JTJ292-98）第3.2.3条公式（3.2.3-1）计算。

式中eax——由土体本身产生的主动土压力水平强度标准值（kN/m2），当

为零；

γi——计算面以上各土层的重度（kN/m3）；

h1——计算面以上各土层的厚度（m）；

Ka——计算土层土的主动土压力系数；

δ——计算土层土与墙面间的摩擦角；

c——计算土层土的粘聚力（kN/m2）；

φ——计算土层土的内摩擦角；

eaqx——由码头地面均布荷载作用产生的主动土压力水平强度标准值（kN/m2）；

q——地面上的均布荷载标准值（kN/m2）。

被动土压力根据《板桩码头设计与施工规范》（JTJ292－98）第3.2.4条公式（3.2.4-1）计算。

式中eaqx——被动土压水平强度标准值（kN/m2）；

Kp——计算土层土的被动土压力系数。

1）应力验算结果

按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6条，进行钢围堰正常使用极限状态应力组合；并采用《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86，按容许应力法进行梁应力验算。

验算结果如下图所示。

图2-10最不利组合下钢围堰主应力图

图2-11最不利组合下钢围堰组合应力图

由上图计算结果可以看出，工况二作用下钢围堰堰身最大主应力129.3Mpa，最大组合应力165.2Mpa；均小于容许应力[σw]＝145×1.3=188.5MPa

故钢围堰堰身应力验算满足要求。

2）堰身最大挠度计算:

按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6条，进行堰身正常使用极限状态组合应力下挠度验算。

计算结果如下图所示。

图2-12最不利组合下钢围堰变形图

组合应力下的最大扰度

＝9.1mm＜[

]＝

＝

＝27.5mm满足要求。

2.4围檩及支撑计算

将各层围檩的计算结果汇总于表2-1中，围檩及支撑应力都满足要求。

表2-1围檩及支撑计算结果汇总表

项目

规格型号

弯矩（kN-m）

轴力（kN）

最大组合应力（MPa）

外围檩

2［16a

60

620.6

64

第一层（-3.25m）

2工28a

486.7

3258

127

第二层（-6.25m）

2工28a

758.3

4511

102

第三层（-8.75m）

2工28a

912.5

5563

127

表2-1围檩及支撑计算结果强度校核

型号（mm×mm）

应力计算值（MPa）

应力允许值（MPa）

校核

2［16a

64

188.5

符合

2I63a

127

188.5

符合

注：

设计值=1.3×容许应力值

3围堰稳定性计算

3.1抗倾覆验算

围堰抗倾覆验算按下式进行：

式中，

——抗倾覆稳定性安全系数，应不小于1.2；

——支一护结构底部以上主动侧水平荷载对支护结构最底部点的弯矩标准值（kN-m）；

——支护结构底部以上被动侧水平荷载对支护结构最底部点的弯矩标准值（kN-m）；

——支撑压力标准值对支护结构最底部点的弯矩（kN-m）。

取覆盖层最厚的ZK3地质钻孔，进行计算，得：

满足抗倾覆安全要求。

3.2封底混凝土厚度验算

封底混凝土按2m计算，围堰内抽水-11m标高时，根据封底混凝土底板处受力平衡，验算式如下：

F1

式中，F1——水对封底混凝土底板处的浮力，F1=S×H×

=9763.2KN；

S——封底混凝土底面积。

S=10×9-6×3.14×2×2/4=71.16m2；

H——封底混凝土底板处的水头，为14m；

——水的比重，取9.8kN/m3；

G1——封底混凝土自重，G1=S×h×

=3558KN；

h——封底混凝土厚度；

——混凝土的比重，取25kN/m3；

F2——护筒与混凝土间的握裹力，考虑不利影响，这里不计入计算；

F3——混凝土与钢围堰间的粘聚力。

封底混凝土与钢围堰间粘聚力计算为：

G1+F2+F3=3558+9120=12678kN>F1=9763.2kN

抗浮安全系数：

封底混凝土厚按2m计算，抗浮满足安全要求。

计算结果表明：

钢围堰应力强度、变形及稳定性验算满足要求。