双壁围堰计算书.docx
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双壁围堰计算书
双壁钢围堰计算书
1.工程概况
某特大桥采用（60.75+100+60.75）m大跨连续梁结构跨越秦淮新河，承台位于主河道，直为径17.4m，高4m，底标高-5.0m，施工最大水位为8.0m，河床以下主要为第四系全新统冲积层（Q4al），下伏基岩为侏罗系上统西横山组（J3）钙泥质砂岩和凝灰质砂岩，承台处地址情况如下图：
图2-1承台处地质情况图示
2.编制依据
2.1《某特大桥设计图》；
2.2《路桥施工计算手册》周水兴等著；
2.3《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005；
2.3《混凝土结构设计规范》GB50010-2002；
2.4《钢结构设计规范》（GB500017-2003）；
2.5Midascivil使用手册。
3.双壁钢围堰施工方案
钢围堰在后场加工厂分块段进行加工，由平板汽车通过施工栈桥运至施工现场，采用分块拼装、分节下沉的方法进行施工。
钢围堰块段最大重量约11.0t，采用转换平台上50t履带吊进行吊装施工，利用卷扬机或链条葫芦下放。
水下封底混凝土采用刚性导管法。
封底后拆除平台、割掉护筒，封底混凝土凿毛整平后,施工承台、墩身，施工流程图如下：
3-1施工工艺流程图
4.钢围堰计算
4.1结构设计
钢围堰为单双壁结合圆形钢围堰，内边线半径比承台半径大10cm。
钢围堰壁厚1.0m，外直径尺寸为19.6m、内直径尺寸为17.6m，壁高为15m。
钢围堰平面分为8块，立面分为5节，分节高度为4m+4m+5m+5m。
钢围堰壁板系统由内、外面板、面板纵肋、壁板桁架、水平环板、隔板组成。
第一、二、三节双壁钢围堰内外壁采用6mm厚的钢板，内外壁间距为100cm。
每间隔1m设一道水平环形桁架，桁架采用∠75×6mm的角钢焊接而成。
第四节单壁钢围堰钢板采用6mm厚的钢板，竖向每间隔50cm设一道竖肋，竖肋采用∠75×6mm的角钢；横向加劲肋间距为50cm，采用厚15mm、宽180mm的钢板，围堰结构如图：
图4-1钢围堰立面图图4-2钢围堰平面图
4.2材料设计参数表
材料设计参数表
序号
材料
规格
材质
容重（KN/m3）
备注
1
钢板
厚6mm
Q235
78.5
面板
2
角钢
∠75×6mm
Q235
78.5
桁架
3
混凝土
C30
25
刃角砼
4
混凝土
C25
25
封底砼
4.3.材料设计强度值
钢材设计强度值（N/mm2）
钢材
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
承压
型号
厚度或直径（mm）
Q235
≤16
215
125
325
＞16-40
205
120
＞40-60
200
115
＞60-100
190
110
说明：
设计强度按《钢结构设计规范》GB50017-2003取值。
混凝土强度设计值及弹性模量（N/mm2）
种类
等级
C25
C30
抗压强度
11.9
14.3
抗拉强度
1.27
1.43
弹性模量
2.8E+04
3.0E+04
说明：
设计强度按《混凝土结构设计规范》GB50010-2002取值。
4.4工况分析
双壁钢围堰下放到设计标高，混凝土封底完成，强度达到设计要求后，在围堰内抽完水的工况下，钢围堰和封底混凝土受力情况均处于最不利状态，故计算书对此工况下双壁钢围堰和封底混凝土进行分析计算。
4.5荷载计算
4.5.1双壁钢围堰承受荷载分析
双壁钢围堰承受荷载图示见图4-3：
图4-3双壁钢围堰内、外壁受力图
4.5.1.1静水压力计算
河床处静水压力:
刃角顶面静水压力:
4.5.1.2动水压力计算
动水压力采用计算：
K—圆形截面取0.8；
H—水深（m），此处为8m；
v—流速（m/s），此处为1.73m/s；
B—阻水宽度（m），此处为22m；
γ—水的容重（）；
g—重力加速度（）。
1m宽范围内的动水压力：
动水作用在钢板上平均压力：
p=P/A=210/（8x22）=1.2KPa
4.5.1.3.土对钢板产生的压力计算
土压力采用计算。
—主动土压力系数，，为粘土的内摩擦角；
H—土层厚度（m）；
—土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重9。
则土压力计算如下：
主动土压力
综合上述：
4.5.2封底混凝土荷载分析
封底混凝土在抽完水的工况下承受水压力为：
4.6建立模型计算分析
4.6.1模型单元
采用Midas对结构进行空间仿真分析，双壁钢围堰内外壁6mm钢板采用平面板单元模拟，竖肋∠75×50×6mm的角钢和桁架∠75×75×5mm的角钢采用梁单元模拟，封底混凝土采用实体单元模拟。
4.6.2边界条件
由于竖向基础和侧向封底混凝土的约束，双壁钢围堰底部设为三向位移约束，封底混凝土与桩基约束设为三向位移约束，与双壁钢围堰倒角亦设为三向位移约束。
4.6.3模型荷载
根据上面荷载分析结果，在模型中施加流体压力荷载模拟水压和土压。
4.6.4双壁钢围堰实体模型
双壁钢围堰结构实体模型中，内外侧钢板模拟成5532个板单元，桁架单元模拟成12400个梁单元，模型如下：
4.6.5分析结果
4.6.5.1双壁钢围堰变形（mm）
最大变形值：
f=13.3mm<[f]=22000/600=36.7mm可
4.6.5.2钢板组合应力（MPa）
最大组合应力：
=193MPa<=215MPa可
4.6.5.3内支撑角钢应力（MPa）
最大组合应力：
=198MPa<=215MPa可
5混凝土封底设计计算
5.1封底混凝土计算模型
封底混凝土实体模型中，混凝土模拟成8088个实体单元，模型如下：
5.2封底混凝土最大变形（单位：
mm）
最大位移为：
f=0.01mm可
5.3封底混凝土拉压应力（单位：
Pa）
最大拉应力为：
=0.34MPa<=1.27MPa可
最大压应力为：
=-0.19MPa<=11.9MPa可
6.钢板桩整体抗浮计算
围堰封底后，整个围堰受到水的向上浮力作用，应验算其抗浮系数K=G/F>1.2
式中：
G—双壁钢围堰重量+封底混凝土自重+桩基对封底混凝土锚固力+钢围堰摩阻力+双壁钢围堰内水重和混凝土重；
F—水的浮力；
浮力：
钢围堰重量：
g1=1680KN
封底混凝土自重：
g2=（3.14x9x9-3.14x0.75x0.75x21）x2x24=10428KN
桩锚固力：
g3=3.14x1.6x2x150x21=31651KN
钢围堰内水重：
g4=3.14x（10x10-9x9）x4x10=2386KN
钢围堰内砼重：
g5=3.14x（10x10-9x9）x3x24=4296KN
钢围堰摩阻力：
g6=3.14x19.6x6x40=14771KN
由K=（g1+g2+g3+g4+g5+g6）/F=1.29>1.2，则稳定性满足要求。
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