桥墩钢吊箱围堰计算书.docx

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桥墩钢吊箱围堰计算书

广西沿海铁路黎塘至钦州段扩能工程飞龙郁江大桥

钢吊箱围堰设计计算书

中铁九局广西沿海铁路黎钦线扩能改造工程指挥部

二O一O年十月

一、基本资料

钢吊箱围堰设计考虑到侧板的倒用，统一设计，以10#控制设计，以下计算均取10#墩参数作为设计基准。

1、承台尺寸

承台面积：

137.38m2

承台底标高：

+59.377m

承台顶标高：

+63.777m

施工高水位：

+64.05m

施工低水位：

+60.00m

吊箱顶标高：

+64.55m

吊箱底标高：

+58.877m

吊箱底板净面积：

137.38-6×4.9＝107.94m2

2、设计规范

公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）

公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）

钢结构设计规范（50017-2003）

钢结构设计手册（第三版）

二、荷载分析

1、底板浮力

高水位浮力：

10×（64.05-58.877）＝51.73kN/㎡

低水位浮力：

10×（60-58.877）＝11.23kN/㎡

2、侧板的水侧压力10hkN/㎡

3、承台混凝土的自重26×4.4=114.4kN/㎡

4、封底混凝土的自重24×0.5=12kN/㎡

5、混凝土浇筑产生对侧板压力

砼浇筑时产生的荷载

砼供应量V=50m

/h，则砼浇筑速度50/137.38＝0.36m/h

查《公路桥涵施工技术规范》

侧压力

；

γ—砼的容重，γ=26KN/m

；

t0—新浇混凝土的初凝时间，这里取：

—外加剂影响修正系数，掺外加剂时为1.2；

—坍落度影响修正系数，当其为110～150mm时，取1.15。

则P

=0.22×26×10×1.2×1.15×0.36

=47.36KPa

自《公路桥涵施工技术规范》P

附表D，可以查到混凝土对底板所产生的水平荷载值很小，且底板尺寸很大，对底板的受力没有什么影响，故由此产生的冲击荷载可以忽略。

混凝土有效压头高度

h＝47.36/26＝1.8m

根据《路桥施工计算手册》P214页，查得大模板计算混凝土浇注产生侧压力计算参数，混凝土浇筑有效压头高度为2.1m。

6、水流力

郁江水流流速按照2.82m/s计算。

根据《公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）》，水流力按下式计算：

Fw——流水压力标准值（KN），

K——桥墩形状系数，矩形桥墩取1.3

V——设计流速（m/s），取2.2m/s

——水的重力密度（10KN/m3）

A——与水流方向垂直平面上的投影面积（m2）

流水压力合力的着力点，假定在设计水位线以下0.3倍水深处。

即在水位线以下5.173×0.3＝1.55m处。

三、底板计算

1、工况分析:

工况一：

堵漏封底后，吊箱抽水，取高水位计算时，底板受力：

F1=51.73-12＝39.73KN/m

。

工况二：

堵漏封底后，吊箱抽水，取低水位计算时，底板受力：

F2=11.23-12＝-0.77KN/m

。

工况三：

低水位时浇筑承台：

F3=11.23-（12+114.4）＝-115.17KN/m

。

工况四：

高水位时浇筑承台：

F3=51.73-（12+114.4）＝-74.67KN/m

。

其中，取受力方向向上为正方向，混凝土灌筑产生水平荷载值以及冲击荷载值很小，可忽略不计。

底板控制工况为工况二。

2、小肋间距

小肋作为支点，面板按三跨连续梁考虑，梁宽b取1mm，梁高为板厚h＝6mm。

按面板的强度要求：

按面板刚度要求，最大变形值取为模板结构的1/250，则：

对比取小值，考虑封底混凝土影响，可取

。

3、龙骨间距

龙骨作为小肋的支点，小肋按简支梁计算，跨度

。

小肋取∠75×8，按15d与面板组成组合截面，如下图：

截面A＝2230mm2，W＝48794mm3，I＝2.4×106mm4

按小肋强度要求：

按小肋刚度要求：

对比取小值，考虑桩位情况以及底板对龙骨加强作用，可取

。

四、侧板计算

1、工况分析

工况一：

钢吊箱吊挂下放，侧板受内外水压力平衡。

工况二：

堵漏封底后抽水完成，侧板受外侧水压力，底部荷载为：

10×4.879＝48.79kN/㎡

工况三：

高水位浇筑承台。

侧板承受外侧水压力+内侧混凝土侧压力。

工况四：

低水位浇筑承台。

侧板控制工况为工况二。

2、小肋间距

小肋拟采用水平方式，间距布置为350mm.

取最底层三跨连续梁，侧板取单位宽度1m，验算面板组合应力

最大应力94.8MPa，满足要求。

面板变形为

最大变形1.3mm

3、大肋间距

大肋作为小肋的支点，小肋按简支梁计算，取荷载最大的底层小肋计算大肋的间距。

小肋所受均布荷载换算为

小肋为∠63×6与6mm面板组合截面，如下图：

截面A＝1808mm2，W＝27624mm3，I＝1.29×106mm4

按小肋强度要求：

按小肋刚度要求：

对比取小值，可取大肋间距

。

考虑大肋强度以及动水压力，间距定为750mm。

4、大肋验算

大肋采用I28a截面，底部位于+59.171m，内支撑位于+64.277m，使用midas建模计算。

大肋间距为0.75m。

工况二作用下，大肋承受以下两种荷载：

静水压力是顶部为0，底部为48.79kN/m2的三角形荷载。

最大荷载48.79×0.75＝36.6kN/m

水流力248.7÷9.3×0.75＝20kN

大肋的应力图如下。

最大应力146.9MPa，满足要求。

大肋的变形图如下。

最大变形13.6mm。

满足要求。

大肋的反力见下图。

内支撑反力R1=41.5kN。

底层反力R2=67.8kN。

工况三作用下，大肋承受水位压力、水流力以及混凝土浇筑侧压力，此时计算大肋应力。

最大应力36.7MPa，满足要求。

最大变形2.8mm

内支撑反力R1=-3.8kN/m。

（受拉）

底层反力R2=-13.2kN/m。

五、支撑计算

1、内支撑验算

内支撑主桁采用2[22a截面，斜撑采用∠75×8角钢，立柱用2[10，围檩采用2I32a，采用madis整体建模计算，由上节计算知，围檩受41.5/0.75=55.3kN/m均布荷载。

内支撑应力计算如下图。

最大应力94.3MPa，满足要求。

内支撑变形如下图。

最大变形2.2mm

2、封底混凝土验算

侧板底层反力由封底混凝土承受，封底混凝土厚度为0.5m，计算厚度0.2m，采用C30水下混凝土，轴心抗压强度13.8MPa。

封底混凝土承受底层反力R2＝67.8/0.75＝90.4kN/m。

换算成面荷载

满足要求。

3、反力座

在工况三作用下大肋支座受拉，拉力为13.2kN/m，故需在围堰外侧设置反力座，反力座布置在龙骨上，间距0.75m，即每个反力座受力：

13.2×0.75＝9.9kN/m

反力座焊缝长度100mm，焊缝高度8mm，焊缝承受能力：

六、体系转换工况检算

1、吊挂下放

钢吊箱安装就位，吊挂下放，吊挂系统承受钢吊箱自重。

吊点位于钢吊箱底板龙骨，共设置4个吊点，吊点布置如下图：

作用力为钢吊箱自重，计算：

最大反力为187.3kN。

吊挂结构如下图

（1）分配梁

分配梁弯矩M＝187.3×0.538＝100.8kNm

需要抗弯模量

查型钢表，取截面为2I25a，

W＝802772mm3，I＝1.0×108mm4，t＝16mm，S＝461442mm3

正应力

剪应力

组合应力

（2）吊杆

吊杆采用Φ32精轧螺纹钢筋，允许拉力为

N＝0.25×3.14×322×630＝506.4kN>187.3kN满足要求

（3）吊挂梁

吊挂梁采用2[20a，由模型计算结果

内支撑吊挂局部最大应力112.1MPa，满足要求。

（4）竖杆

吊杆为2[10a截面，面积A＝2548mm2，抗拉承载力：

N＝2548×170÷1000＝433.16kN>187.3kN满足要求

（5）底座

底座与龙骨焊接，焊缝长度Σlf＝760mm，焊缝高度hf=8mm

焊缝承载力

（6）整体计算

该工况作用下，整体计算应力如下图，图中侧板未示。

最大应力143.2MPa，满足要求。

最大变形为12.5mm。

2、堵漏封底

吊箱下放到位后，进行第一次体系转换，在低水位时焊接撑杆，撑杆布置如下图。

此时由撑杆承受吊箱自重+封底混凝土+浮力

高水位时：

-8-12+51.73＝31.73KN/m2

低水位时：

-8-12+11.23＝-8.77KN/m2

高水位抽水为控制工况。

各支点反力

最大反力184.3kN。

撑杆截面为2[10a，为内支撑竖杆。

计算结果如下图：

最大组合应力143.2MPa，满足要求。

该工况作用下，龙骨应力如下图。

最大应力116.5MPa，满足要求。

压杆采用HM300×200，与护筒焊接，焊接方式如下图：

焊缝高度为8mm，截面参数为

压杆反力为

Mx＝74.7KNm，My＝74.6KNm

焊缝满足要求。

3、浇筑承台

浇筑承台前，进行第二次体系转换，抽水后将底板与护筒焊接，拆除撑杆，由焊缝承受吊箱自重+封底混凝土+承台混凝土+浮力。

高水位时：

-8-12-114.4+51.73＝-82.67KN/m2

低水位时：

-8-12-114.4+11.23＝-123.17KN/m2

低水位浇筑承台为控制工况。

各支点反力如下图

最大反力445.9kN。

底板与龙骨焊接结构如右图。

焊缝长度hf＝600mm，

焊缝高度lf＝10mm

满足要求

该工况下考虑龙骨和封底混凝土共同受力，封底混凝土有效高度300mm。

龙骨应力如下图。

最大应力161.9MPa，满足要求。

龙骨变形如下图。

最大变形6mm