株洲湘江钢围堰计算书.docx
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株洲湘江钢围堰计算书
株洲湘江钢围堰计算书
一、设计条件
1、围堰顶标高：
+34.0m2、围堰底标高：
+20.5m
3、承台顶标高：
+30.5m4、承台底标高：
+26.5m
5、承台厚度：
4.0m6、封底混凝土顶标高：
+23.0m7、封底混凝土底标高：
+20.5m8、封底砼厚度：
2.50m9、施工（抽水、浇注承台）水位：
+32.5m10、设计最大流速：
2.0m/s11、河床覆盖层标高：
+21.0m12、河床岩面标高：
+20.5m13、护筒直径：
2.6m14、混凝土干容重：
24kN/m3
15、混凝土浮容重：
14kN/m316、钢筋混凝土容重：
26kN/m317、钢材容重：
78.5kN/m319、封底砼强度等级：
C20
二、设计依据
1、《株洲市湘江四大桥主墩钢围堰设计委托书》2、《港口工程荷载规范》（JTJ215－98）3、《钢结构设计规范》（GBJ*****-20XX年）
4、《港口工程混凝土结构设计规范》（JTJ267－98）5、《混凝土结构设计规范》（GB*****-20XX年）
6、《水利水电工程钢闸门设计规范》（DL/T5039―95）7、《建筑结构静力计算手册》
三、钢围堰基本尺寸及重量
1、基本尺寸：
壁体厚度：
0.754m壁底外周长：
63.3m壁体内周长：
58.0m围堰外面积：
224.5m2围堰内面积：
179.0m2夹壁内面积：
45.5m2
护筒的总面积：
10（个）
4
2.6253.1m2
护筒的总周长：
10（个）2.681.7m2、围堰重量：
a.第一节自重：
壁体高度：
6.5m壁体自重：
101t钢管支撑：
6.9t吊耳：
2.8t
第一节钢围堰总重：
111tb.第二节自重：
壁体高度：
7.0m壁体自重：
102t钢管支撑：
6.9t连通器：
0.4t吊耳：
2.8t
四、钢围堰下沉计算
1、第一节下沉
刃脚部分的体积为V
63.358.00.751.0
22.7m322
围堰第一节下沉时，夹壁排水面积A45.5m2，自浮时下沉h1，则
11022.745.5h11.01.0
2、第二节接高拼装后下沉
下沉h2，则
11011122.745.5h21.01.0
得h25.35m干舷1.15m
需再注水5.85m，因此钢套箱内共需注水6.50m。
五、荷载计算
1、水流力FwC
w2
v2A
式中Fw――水流力标准值（kN）；
v――水流设计流速（m/s）；v1.5m/s
Cw――水流阻力系数；――水的密度（t/m3
）；
A――计算构件在与流向垂直平面上的投影面积（m
2
）。
查得Cw0.80
2
1.52
Fw/ACw2v0.82
0.9kNm2
六、钢套箱抗倾覆验算
抗倾覆最不利情况出现在钢围堰下沉到位浇筑夹壁混凝土至浇筑封底混凝土完成后的这段时间在+32.5m水位出现v=2.0m/s的最大流速。
抗倾覆力矩：
962445.56.510222317953.195224.553.112011.657949kNm
倾覆力矩：
2.0流速时水流力为2.02m2.01912122/33648kNm
7949Kt2.181.5
3648
钢围堰抗倾覆能满足要求
七、钢套箱工况分析
八、封底混凝土计算
1、封底混凝土厚度计算
《株洲湘江四桥工程地质勘察报告》中强风化岩层中，混凝土与岩层间的极限摩阻力为100m2
。
考虑到钢板与砂岩间的摩擦系数为
0.4~0.45（见《桥梁施工工程师手册》P22），取0.4。
则在封底混凝土中，混凝土与钢护筒间的极限摩阻力τ按钢板与砂岩间的极限摩阻力考虑，取1000.440kN
m2
将钢围堰抽水工况作为计算工况，抽水时，根据封底混凝土底板处受力平衡，计算如下：
F1=G1+G2+G3+G4+G5+F2
见图1、钢围堰构造及《株洲市湘江四大桥钢围堰设计施工图》F1――水对封底混凝土底板处的浮力，F1=S1×H×ρ1S1――钢围堰外围面积，为（25.084-1.94）×9.704=224.6m2
H――封底混凝土底板处的水头,为32.5-20.5=12mρ1――水的比重,取10kN/m3
G1――封底混凝土自重，G1=S2×h×ρ2
S2――封底混凝土截面积,为（23.468-1.64）×8.2-10×2.62/4×π=125.9m2
h――封底混凝土厚度,
ρ2――混凝土的比重,取24kN/m3G2――砂自重,G2=S2×h1×ρ3h1――回填砂厚度,为5.5-h
ρ3――砂的比重,取18kN/m3G3――钢围堰自重,取2223kN
G4――钢围堰箱壁混凝土重量,为96×24=2304kN（96m3为混凝土体积,24kN/m3为混凝土比重）
G5――钢围堰箱壁水重量,G3=S3×h2×ρ
1
S3――钢围堰截面积,为（25.084-1.94）×9.704-（23.468-1.64）×8.2=45.6m2
h2――钢围堰箱壁水高度,为29.5-23.0=6.5m
F2――护筒与混凝土间的握裹力,F2=n×D×π×h×τ,n――钢护筒数量,取10,D――钢护筒直径,取2.6m封底混凝土底板处受力平衡计算为:
224.6×12×10=125.9×h×24+125.9×（5.5-h）×18+2223+2304+45.6×6.5×10+10×2.6×π×h×40h=1.74m
取1.3倍的安全系数,则封底混凝土有效高度为2.26m,考虑到封底混凝土允许偏差为+0，-200mm,封底混凝土高度取2.5m
2、封底砼底板抗弯验算抽水时封底砼所受力
q32.520.5102.52460m2
为简化计算，封底砼板按最不利位置，采用四点支撑砼板（4.40m
×4.40m）。
根据《港口工程砼结构设计规范》JTJ267-98附录F，素砼结构构件计算，对素砼受弯构件的正截面承载力按下式计算：
Mu
162
mftbhd
Mu――构件受弯承载力设计值，
γd――素砼结构系数，对受弯计算，取2.0；γm――截面抵抗矩的塑性影响系数，取1.55ft――砼抗拉强度设计值；按C20混凝土计算，ft1.10MPa；b――混凝土单位宽度，b=1000mm此时封底混凝土有效厚度按2.3m取
1.551.1010002.32
Mu62.0
752kNm
Mql2
y0.1547604.42179.7kNm
MuM，抗弯强度满足。
九、壁体结构计算
1、壁体材料面板：
t=8mm次梁：
L75×50×6
A=7.26cm2Ix=41.1cm4z0=24.4mm
环板：
t=12mm
水平横撑：
2L75×62、荷载计算
A=17.60cm2
计算工况二（浇筑封底混凝土）外壁最大面荷载：
0.930.030.9kN/m2内壁最大面荷载：
30.0kN/m2计算工况三（抽水完毕）
外壁最大面荷载：
0.930.030.9kN/m2内壁最大面荷载：
30.0kN/m23、纵向次梁计算
Mql20.10513.911.121.77kNm
面板参与次梁工作，其有效宽度按《水利水电工程钢闸门设计规程》DL/T5039-95G.0.2条规定
B1bB60bl
l00.601.11.47b0.45
查表10.526b450mmB1b0.526450237mm又
A2Z
IW1.77106
56.9MPa[]160MPa
W*****
M
4、面板计算
按《水利水电工程钢闸门设计规程》DL/T5039-95G.0.1条规定：
b/a1.5，或面板长边方向与主梁轴线垂直时，需按下式验算面板
A
点的折算应力。
zhmy2mxox2mymxox1.1
mykyqa2/0.50.03094502/8248.9MPa
2
mx0.3my0.348.914.7MPa
ox1.510.5
M
1.50.5260.556.916.4MPaW
故zh48.9214.716.4248.914.716.442.9MPa
160MPa
内壁水压：
30.0kPa
q130.91.134.0q2301.133.0
壁体结构：
A4928120125376mm2
49281241201260
106.9mm
4928120*****
I492834928124106.912120312012106.9601212z
I607cm4
W
I
56.8cm310.69
水平横撑：
2L75×6
A=17.60cm2
应用SAP93程序计算：
最大位移：
7.6mm
水平横撑最大应力：
123MPa环板最大应力：
142MPa160MPa6、组合箱梁及支撑计算
1111
翼缘板宽度bfmm,取bf300mm~h~754151~251
5
3
5
3
翼缘板厚度取为tf18mm
h
腹板厚度按经验公式tww.5738.57.8mm,取tw12mm
翼缘板外伸宽度与厚度之比部稳定要求。
bf
813，满足局ffy
考虑面板兼作梁翼缘板，其有效宽度为：
Bb60300608780mm
1
7875.4328.870.234873.83
12
*****cm4I
W
I
9237cm337.7
2
A0.87821.83021.270.2317cm
梁Ⅰ：
A=317cm2I=*****cm4W=9237cm3
梁Ⅱ（钢管φ720x8）:
A
4
（72270.42）179cm2I
64（D4d4）*****cm4
WI36
3150cm3
i
I
A
25.2cmli
8.2
0.252
32.5查得稳定系数0.927
梁Ⅰ根部：
79.0MPa梁Ⅰ位移：
1.2mm梁Ⅰ剪力：
Q727kN梁Ⅰ根部剪应力：
QS
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