主墩钢板桩围堰受力计算书Word文件下载.docx
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则最大弯矩Mmax=1/8×
71×
5.62=278.32kN.m
不考虑低层钢筋的作用,以混凝土作为受力截面,其最大拉应力为
σl=M/(bh2/6)=6×
278.32/(1×
1.52)=742.2kPa=0.74MPa<[σ]=1.2MPa,故安全,底层混凝土不会出现裂缝。
其次,验算基底承载力,基底荷载为σ=1.5×
24+2=38kPa<[σ]=50kPa。
故基底承载力完全满足要求(尚未考虑4.2m砂垫层的应力扩散作用)。
施工时,基底填砂应边分层填砂边抽水,缓慢均匀加载,既可提高砂垫层的密实度也确保地基的稳定性。
二、钢板桩受力分析
钢板桩主要承受水压力(静水压力与动水压力)及土压力(外侧为主动土压力,内侧为被动土压力),为简化且偏于安全计算,只考虑淤泥质亚粘土层(不透水层)土压力,土压力按朗金理论计算。
于围堰顶部6.0m标高(即最高水位处)设一道内支撑,承台底部铺筑30cm厚C25混凝土垫层,垫层底面标高即吹填砂顶面标高则为2.7m。
围堰内抽水填砂标高2.70m时且在最高潮水位6.0m时,钢板桩为最不利受力工况。
钢板桩主要受力荷载为
一)主动土压力为Pa=tan2(45°
-ψ/2)×
(γh+75)-2ctan(45°
-ψ/2)
=13.23h+51.45
式中:
h为钢板桩入土深度,淤泥质亚粘土层ψ=7°
,c=4.1kPa,γ=16.9KN/m3
二)被动土压力为
分两层计算,其一,填砂(粉细,ψ=18°
c=0,γ=18KN/m3,填砂高度4.2m),
Pp=tan2(45°
+ψ/2)×
γh=143.22kPa(基底即砂垫层底部)
其二,入土的淤泥质亚粘土层(ψ=7°
c=4.1kPa,γ=16.9KN/m3)
Pp=tan2(45°
(γh+4.2×
18)+2ctan(45°
+ψ/2)
=21.59h+105.85
三)流水压力为P=kHBγV2/(2g)
其中:
k——形状系数,槽型钢板桩围堰取18~20,本例取20
H——水深(m),取最高水位计算即6.0+1.5=7.5m
B——宽度,取1.0为单元计算
γ——水的容重,取10.0kN/m3
V——流速,1.5m/s
则P=20×
7.5×
1×
10×
1.52/(2×
9.81)=172.0KN/m
作用点在水面下2/3处,即最高水面下5.0m深的1.0m标高处
四)静水压力Pj=γH=10H(KN/m)=75kPa(河床处)
三、钢板桩入土深度计算
按浅埋法计算钢板桩入土深度t,即钢板桩外侧主动土压力及动、静水压力与钢板桩内侧被动土压力(填砂、土层)对内支撑点A的力矩平衡来确定钢板桩入土深度。
被动土压力考虑1.25安全系数。
受力图如钢板桩外力示意图。
1、主动土压力对A点的力矩Ma(A)
Ma(A)=1/2×
75×
2/3×
7.5+172.0×
7.5+51.45×
h×
(h/2+7.5)+h/2×
(2h/3+7.5)
2、被动土压力对A点的力矩Mp(A)
Mp(A)=1/2×
143.22×
4.2×
(2/3×
4.2+3.3)+105.85×
(h/2+7.5)+1/2×
21.59h×
3、求入土深度t
由Mp(A)/1.25=Ma(A)解得:
钢板桩最小入土深度为h=2.4m
钢板桩入土深度取最小入土深度1.5倍,即t=1.5h=3.6m,取4m。
4、钢板桩长度及标高计算
顶面标高较最高潮水位高0.5m,即标高6.5m;
桩底标高为-1.5(河床底标高)-4.0(入土深度)=-5.5m;
钢板桩长度为6.5-(-5.5)=12m(标准件)
四、钢板桩及内支撑受力验算
1、钢板桩入支撑反力RA
按取钢板桩受力平衡进行计算,并考虑被动土压力1.25安全系数,即
RA=Ea+P+Pj-Ep/1.25
式中:
Ea、Ep分别为主动压力和被动土压力的合力,为偏于安全,均取2.4m的最小入土深度予以计算;
P、PJ分别为动水压力和静水压力的合力
经计算求得,RA=136.6kN(每延米支撑受力)
2、钢板桩承受最大弯矩
剪力为零处即为最大弯矩,从受力图知,动水压力作用点B处即为最大弯矩Mmax
Mmax=136.6×
5-1/2×
5×
50×
5/3=474.9KN.m(每米钢板桩)
1米宽的拉森(Larseen)Ⅳ型钢板桩的各质量特性为:
W=2037cm3,横截面积78.88cm2
σ=M/W=474.9×
106/2037×
103=233.1Mpa<[σ]=240Mpa,安全
τ=136600/7888=17.3MPa<[τ]=125Mpa,安全
五、管涌安全系数计算
按《简明施工计算手册》,管涌安全系数:
K=(H+2t)γ浮/(Hγw)≥1.5时,则坑底安全,不会发生管涌现象。
γ浮——为土的浮容重,即16.9-10=6.9kN/m3
γw——为水的容重,取10kN/m3
H——为水头差,即6.0+1.5=7.5m
t——钢板桩入土深度,取4m
则K=(7.5+2×
4)×
6.9/(7.5×
9.8)=1.5≥1.5,安全!
六、内围令(支撑)受力计算
拟于围堰顶部即最高水位6.0m处设一道内支撑,围令采用2Ⅰ45,横支撑及斜支撑采用φ630壁厚6mm钢管。
一)验算长边(假设不计斜支撑受力,按三不等跨连续梁进行简化计算)
根据以上受力简图知:
中间支点B处反弯矩最大Mmax=-827.6kN.m
中间支点B处剪力最大Qmax=614.7KN
中间支点B反力最大Rmax=547.7+614.7=1162.4kN
2Ⅰ56b的截面特性为W=4892.0cm3,腹板断面积A=1.45×
56×
2=162.4cm2
则σ=Mmax/W=827.6×
106/4892×
103=169.1Mpa<[σ]=170Mpa,安全
τ=Qmax/A=614700/16240=37.9MPa<[τ]=125Mpa,安全
二)验算短边(按三不等跨连续梁计算)
Mmax=212.7kN.m
Qmax=301.0kN
则σ=Mmax/W=212.7×
103=43.5Mpa<[σ]=170Mpa,安全
τ=Qmax/A=301000/162.4=18.5MPa<[τ]=125Mpa,安全
三)中间横支撑压杆验算
最大反力为N=614.7kN,采用φ630壁厚6mm钢管
钢管自重为1227N/m,其产生的弯矩为
Mmax=1/8×
qL2=1/8×
1227×
11.042=18696.0N.m
支撑杆为压杆构件,按下式计算压杆应力σ
σ=N/(φxA)+βxM/(γxW(1-0.8N/NEx))
NEx——欧拉临界力,为π2EI/L2=126130621(N)
I=75612.3cm4,E=2.06×
106MPa
φx为弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数,根据λ=L/i=L/(I/A)1/2
=1104/(75612.3/156.32)1/2=50≤[λ]=100,结构可不作稳定性验算,并查得
φx=0.9(偏安全)
W为截面抵抗矩1823.2cm3
βx为等效弯矩系数,取1.0
γx为与W相应的截面塑性发展系数,取1.05
A为截面积156.32cm2
则σ=614700/(0.9×
15632)+18696000/(1.05×
1823200×
(1-0.8×
614700/126130621))=54.5MPa<[σ]=170Mpa,安全
六、钢板桩围堰施工要求
一)钢板桩入土深度5~8米为宜,但不少于4米,可根据河床标高进行确定,但堰顶标高不得低于6.5m;
内围令设应在标高6.0米处。
二)围令与钢板桩之间、与横(斜)支撑之间均为焊接,确保焊接质量;
且钢板与围令之间的凹口用木楔塞紧;
凸板如有变形与围令工字钢间有间隙则应补焊钢板(或型钢);
特别应重视围堰四角的加固焊接不得有松动;
钢板桩合拢后应迅速安装内支撑系统。
三)施工前应对钢板桩进行校正(用一根标准的钢板桩作锁口检查),确保锁口吻合,并按2~4块钢板桩为一组提前在岸上组拼好后,一次插打。
四)钢板从上游一角处开始插打,利用内支撑作导向框自上游向下游施工,并在下游用异形板合拢;
内支撑直接直承于钻孔平台的φ800钢管桩上(钢管桩顶面标高5.7m。
五)边抽水边顺着钢板桩的接缝下溜干细砂或锯木屑、粉煤灰(煤碴)填充物,
借助水压力将填充物吸入接缝内而堵漏防渗,对于变形较大的的接缝在围令安装后由潜水员用棉絮塞填。
六)先填砂后抽水或在低水位时抽水吹填砂(内支撑系统未安装好不得抽水),抽水填砂至承台底面标高0.3米。
七)封底混凝土厚度为30cm,标号为C25,堰内满铺,并用油毛毡或于钢板桩上涂刷沥青与钢板桩隔离便于拆拔钢板桩;
在围堰内四周设汇水沟和集水坑(四角处),以便及时集中抽排水堰内积水,确保承台施工时无水作业。
八)围堰完成后进行承台施工过程中应加强测量观测,并于护筒上悬挂爬梯以策施工作业人员的安全。