69号墩钢板桩围堰结构计算书Word文档格式.docx

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1、钢材弹性模量E=2.1x105Mpa，泊松比取0.3。

2、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值[f]=215Mpa，抗剪强度设计值[fv]=125Mpa。

3、淤泥质土天然容重γ=15KN/m3，粘聚力标准值C=5.77kpa，内摩擦角标准值φ=4.14o。

4、钢筋砼容重取26KN/m3，素砼容重取24KN/m3。

5、主要计算构件的截面特性

表1主要计算构件截面特性表

构件

截面积A（cm2）

惯性矩Ix（cm4）

截面模量Wx（cm3）

回转半径i（cm）

钢板桩（1米宽）

238.8

34731

2037

φ400x5钢管

62.8

12096.8

604.8

14

φ600x8钢管

150.7

616305

20543.5

21

3I36b

250.9

49722

2762.4

2I25a

97

10034

802.8

12.5，9

I25a

48.51

5017

401.4

10.2，2.4

四、计算工况

工况一：

基坑内清淤至+1.3m标高位置，基坑深度1.5m，准备安装第一道内支撑，钢板桩为悬臂状态，取下端固结状态进行计算。

工况二：

基坑清淤至-2.2m标高位置，基坑深度4.8m，准备安装第二道内支撑，钢板桩按弹性地基梁计算。

工况三：

第二道支撑安装完后，基坑清淤至设计坑底-5.16m标高位置，基坑深度7.76m，钢板桩按弹性地基梁计算。

工况四：

封底砼浇筑完成，基坑深度6.76m，封底砼看做一道内支撑，钢板桩按带悬臂的两跨连续梁计算。

工况五：

浇筑完成第1次承台砼，承台与钢板桩之间填砂，拆除第二道内支撑，钢板桩按带悬臂的简支梁计算。

五、计算内容

1、钢板桩打入深度计算。

2、钢板桩围堰抗管涌计算。

3、钢板桩围堰基坑底抗隆起计算。

4、封底砼厚度计算。

5、钢板桩结构受力计算。

6、内支撑结构受力计算。

六、结构计算

1、钢板桩打入深度计算

按工况三计算钢板桩打入深度，即钢板桩清淤到设计坑底标高-5.16m，基坑内抽水，基坑深度7.76m，钢板桩入土深度9.84m。

用盾恩法近似计算钢板桩入土深度。

按土压力相等原理计算淤泥质土综合内摩擦角：

φD=π/2-2arctan[tan（45°

-φ/2）-2C/γH=10.5°

H：

计算基坑深度，7.76m

C：

粘聚力，5.77

φ：

快剪内摩擦角，4.14°

主动土压力系数计算：

Ka=tan2（（45°

-φD/2）=0.69

被动动土压力系数计算：

Kp=tan2（（45°

+φD/2）=1.45

由下图，MR的斜率：

Kn=γ（Kp-Ka）=15×

（1.45-0.69）=11.4

主动土压力e1=MQ=Ka.γ.H=0.69×

15×

7.76=80.3KN/m2

DB板桩上的荷载GDBM一半传至D点，另一半传至被动土压力MRB，则：

γ.（Kp-Ka）.x2-Ka.γ.H.x-Ka.γ.H.L5=0

0.76x2-0.69×

7.76x-0.69×

7.76×

3.76=0

11.4x2-80.3x-302=0

解得x=9.76m＜9.84

故，钢板桩打入基坑底以下深度不小于7.76m，则板桩总长度：

L=7.76+9.76=17.52，实际取18m。

2、钢板桩围堰抗管涌计算

钢板桩围堰不发生管涌的条件是：

满足最大渗流力不大于土体浮容重，即：

K.j.γw≤γb

K:

抗管涌安全系数，取1.5

j：

最大渗流力，j=h/（h+2t）

γw：

地下水重度，取10KN/m3

γb：

土的浮容重，γb=γ-γw=5KN/m3

h：

基坑深度，7.76

t：

钢板桩入土深度，9.84

K.j.γw=1.5×

7.76/（7.76+2×

9.84）×

10=4.2＜γb=5，不会发生管涌。

3、基坑底抗隆起计算

当围堰内先抽水，再干浇封底砼时，需要进行基坑底抗隆起计算。

取最不利的工况三进行计算。

抗隆起安全系数:

K=（2γ.H.Ka.tanφD+2π.C）÷

（γ.H）+（2γ.H2.Ka.tanφD+4H.C）÷

（γ.H.h）=（2×

17.6×

0.69×

tan10.5°

+2π×

5.77）÷

（15×

17.6）+（2×

17.62×

+4×

7.76）=1.19＞1.1

故，基坑不会隆起。

4、封底砼厚度计算

4.1按垂直渗流力不超过封底砼自重计算封底厚度

即：

Ks.j.γw.g≤γc.g.x

1.05×

10=3.0

则封底最小厚度：

X=3.0/γc=3.0÷

24=0.125m

4.2按封底砼承受第一次承台砼重量计算封底厚度

承台第一次2m厚钢筋砼的重量由封底砼与桩基间的摩阻力承担，封底砼自重不计，根据相关试验数据及经验，封底砼与桩基间的摩阻力可取300KPa。

第一次承台钢筋砼重量:

G=26×

20×

14.4×

2=14976KN

封底砼与桩基间的摩阻力：

F=12×

（3.14×

2×

0.8×

300）=18086KN＞G

故，封底砼厚度取0.8m满足要求。

5、钢板桩结构计算

5.1内力计算

钢板桩悬臂长度L=1.5m，按一端固结计算。

最大弯矩M1=γ.Ka.L3=15×

1.53=5.82KN.m

剪力N1=11.64KN

按弹性地基梁计算，基坑以下的钢板桩上的弹性支座取1m/个，计算宽度b取1m，淤泥质土的地基比例系数m取2000KN/m4。

地基系数C=m.b

弹簧系数Ki=hi.b.（C上+C下）/2

计算简图及结果如下：

计算简图

弯矩图（KN.m）

剪力图（KN）

变形图（m）

本工况下钢板桩最大弯矩M2=102KN.m，最大剪力N2=60.8KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=68.8KN，最大挠度f2=6mm（基坑底附近）。

本工况下钢板桩最大弯矩M3=142.4KN.m，最大剪力N3=163.6KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=15KN，第二道内支撑位置的支点反力R2=256.1KN，最大挠度f3=6mm（基坑底附近）。

浇筑完封底砼后，将封底砼视作第三道内支撑，取封底砼中点以上部分按两跨连续梁计算。

本工况下钢板桩最大弯矩M4=48.85KN.m，最大剪力N4=51.6KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=17.8KN，第二道内支撑位置的支点反力R2=163.4KN，封底砼位置的支点反力R3=82.58KN，最大挠度f4=0.6mm。

浇筑完第一次承台砼后，在承台与钢板桩之间填砂，拆除第二道内支撑，取第一次承台砼顶面以下0.48m位置作为一个支撑点，则钢板桩按一端悬臂的单跨简支梁计算。

本工况下钢板桩最大弯矩M5=79.67KN.m，最大剪力N5=87.43KN，第一道内支撑位置的支点反力R1=54.7KN，第二支点反力R2=87.43KN，最大挠度f5=2mm。

5.2强度、刚度验算

钢板桩在五个工况情况下最大弯矩为M=M3=142.4KN.m，最大剪力N=N3=163.6KN。

则最大弯曲应力：

σ弯=M/W=（142.4÷

2037）×

1000=69.9MPa＜【σ】

最大剪应力：

τ=N/A=（163.6÷

238.8）×

10=6.9MPa＜【τ】

钢板桩最大挠度f=f3=6mm，挠跨比为1/623。

钢板桩强度和刚度均满足设计要求。

6、内支撑结构计算

6.1内力计算

第一道内支撑：

内支撑承受钢板桩传递过来的水土压力，作用在内支撑上的荷载取钢板桩结构计算时的最大支反力，第一道内支撑取工况二的钢板桩支反力R1=68.8KN，即作用在内支撑框架梁上的线荷载为q1=68.8KN/m。

轴力图（KN）

第一道内支撑框架型钢最大弯矩M=93.5KN.m，最大剪力N=148.4KN，最大轴力F1=555KN。

中支撑杆最大轴力F2=376KN，斜支撑杆1最大轴力F3=303KN,斜支撑杆2最大轴力F4=373KN。

最大挠度f=10mm（斜支撑1附近，即2#和3#单元连接附近）。

第二道内支撑：

第二道内支撑取工况三的钢板桩支反力R2=256.1KN，即作用在内支撑框架梁上的线荷载为q2=256.1KN/m。

第二道内支撑框架型钢最大弯矩M=309.5KN.m，最大剪力N=519.4KN，最大轴力F1=2071KN。

中支撑杆最大轴力F2=1389KN，斜支撑杆1最大轴力F3=1149KN,斜支撑杆2最大轴力F4=1308KN。

最大挠度f=12mm（斜支撑1附近，即2#和3#单元连接附近）。

6.2强度、刚度验算

1）框架型钢2I25a

最大弯矩为M=93.5KN.m，最大剪力N=148.4KN，最大轴力F1=555KN。

σ弯=M/W=（93.5÷

802.8）×

1000=116MPa＜【σ】

τ=N/A=（148.4÷

97）×

10=15MPa＜【τ】

最大轴应力：

σ轴=F1/A=（555÷

10=57MPa＜【σ】

中支撑附近框架型钢最不利应力：

σ弯=σ弯+σ轴=（85.3÷

802.8×

1000）+（550÷

97×

10）=163MPa＜【σ】

框架型钢最大挠度f=10mm，挠跨比为1/1080＜1/600。

框架型钢强度和刚度均满足要求。

2）中支撑杆

最大轴力F2=376KN。

σ轴=F2/A=（376÷

62.8）×

10=60MPa＜【σ】

压杆计算长度L=1600cm，λ=L/i=1600÷

14=114.3，查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.453，则，σ=σ轴/ψ=60÷

0.453=132MPa＜【σ】

中支撑强度和刚度均满足要求。

3）斜支撑杆1

最大轴力F3=303KN。

斜支撑杆1与中支撑杆结构相同，轴力和计算长度均比后者小，不需验算。

4）斜支撑杆2

最大轴力F4=373KN。

σ轴=F4/A=（373÷

10=38MPa＜【σ】

压杆计算长度L=378cm，λ=L/i=378÷

9=42，查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.89，则，σ=σ轴/ψ=38÷

0.89=43MPa＜【σ】

斜支撑2强度和刚度均满足要求。

1）框架型钢3I36b

最大弯矩为M=309.5KN.m，最大剪力N=519.4KN，最大轴力F1=2071KN。

σ弯=M/W=（309.5÷

2762.4）×

1000=112MPa＜【σ】

τ=N/A=（519.4÷

250.9）×

10=21MPa＜【τ】

σ轴=F1/A=（2071÷

10=83MPa＜【σ】

σ弯=σ弯+σ轴=（291.4÷

2762.4×

1000）+（2049÷

250.9×

10）

=187MPa＜【σ】

框架型钢最大挠度f=12mm，挠跨比为1/900＜1/600。

最大轴力F2=1389KN。

σ轴=F2/A=（1389÷

150.7）×

10=92MPa＜【σ】

21=76.2，查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.7，则，σ=σ轴/ψ=92÷

0.7=131MPa＜【σ】

最大轴力F3=1149KN。

最大轴力F4=1308KN。

σ轴=F4/A=（1308÷

10=135MPa＜【σ】

9=42，查表得查表得，轴心受压构件的稳定系数ψ=0.89，则，σ=σ轴/ψ=135÷

0.89=151MPa＜【σ】