围堰计算书2.docx
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围堰计算书2
鹤岗至大连高速公路
小沟岭（黑吉界）至抚松段
钢吊箱围堰计算书
计算：
复核：
中铁九局集团有限公司勘察设计院
二〇一四年四月
钢吊箱围堰计算书
1.设计依据
①《鹤岗至大连高速公路小沟岭至抚松段A2设计段两阶段施工图设计第三册第三分册》；
②《公路桥涵施工规范》（TB10203-2002）；
③《公路桥涵设计通用规范》JTJD60-2004；
④《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86；
⑤《钢结构设计规范》GB50017-2003；
⑥《建筑结构荷载规范》（GB50005-2001）；
⑦《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）
⑧《水利水电工程钢闸门设计规范》（DL/T5039-0=95）
⑨港口工程钢结构设计规范》（JTJ283-99）
2.项目概况
鹤大高速公路黄泥河大桥5#墩、6#墩位于主河槽中，主墩桩基为4根Φ1.5米钻孔桩，承台为一级承台，平面尺寸为6.25×6.25米，高度为2.5米，承台底标高为426.0米，地面标高为418.45-418.595米，该桥址为红石电站库区，水位较稳定，设计施工水位431.2米，且施工期间为静水。
根据承台结构特点及水位状况，承台及墩身施工采用有底双壁钢围堰施工。
3钢围堰的结构与构造
钢围堰采用有底双壁钢围堰，围堰壁厚1.0m，内外面板采用8mm钢板，肋板采用L75*6mm角钢，竖向桁架的上下弦杆及腹杆均采用L75*6mm角钢，直腹杆间距500-1200mm；围堰平面上分为8块，每块长4.45m，端头设置8mm隔舱板；围堰竖向上分为2块，高度分别为3.3m和3.9m；组装时块与块之间采用螺栓联结，边肋间安置10mm厚止水胶条，以防施工时漏水。
围堰底板采用10mm面板，I25a为肋板，肋板间距590-615mm，周边以L75*8mm角钢为边肋，以便于侧壁相联结；底板在钢护筒相应位置预留直径2.0m孔洞，孔周边采用L120*8mm角钢加强，在围堰下沉完成后浇筑封底混凝土前，采用预先定制的钢板封其与护筒缝隙，然后再浇筑封底混凝土。
围堰吊挂系统包括下托梁、吊杆、上横梁，下托梁为4根2I56b工字钢，吊杆采用PSB785级φ32mm精轧螺纹钢，上横梁为2I56b工字钢。
钢围堰结构图如下图。
钢围堰侧面图
钢围堰平面图
底板平面图
4钢围堰计算
4.1围堰侧壁计算
考虑壳内不同水位对计算结果有较大影响，在封底混凝土强度达到要求后，抽出箱内水并安装围檩与支撑，在此条件下，分别试算了壳内水位为0m、2m、3.2m、3.6m、4.6m时的情形，在水位为0-2.0m时，外壁板横肋不满足要求，在壳内水位3.6m时，壁板横肋最大应力为178.1Mpa，满足要求，壳内水位4.6m时，壁板横肋最大应力为126.8Mpa，满足要求。
考虑壳内水位过高时，对桁架拉杆焊点不利，壳内水位控制在3.6m-4.6m之间，分别计算这2种水位下的结构。
计算采用midascivil软件采用空间建模的方式，面板及隔舱板采用板单元模拟，内外面板加劲肋、竖向桁架弦杆及围檩采用梁单元模拟、桁架腹杆及内支撑采用桁架单元模拟。
4.1.1壳内水位3.6m时围堰侧壁计算
1、计算荷载及简图
施工水位431.2m，壳内水位428.1m，箱内水位为424.5m
内壁静水压力P1=（428.1-424.5）*10=36KN/m2
外壁静水压力P2=（431.2-428.1）*10=31KN/m2
内外壁板荷载计算简图
2、计算结果
由以上荷载与计算模型，计算各杆件的结果如下：
（1）外壁面板横肋
外壁板横肋组合应力
外壁板横肋剪力
结论：
由上图看出，外壁面板横肋采用L75*6角钢，最大组合应力为143.6Mpa，小于215Mpa，最大剪力32.5Mpa，小于125Mpa，满足要求！
（2）内壁面板横肋
内壁板横肋组合应力
内壁板横肋剪力
结论：
由上图看出，内壁面板横肋采用L75*6角钢，最大组合应力为59.6Mpa，小于215Mpa，最大剪力10.1Mpa，小于125Mpa，满足要求！
（3）外壁面板
外壁板面板
结论：
由上图看出，外壁面板采用8mm钢板，最大应力为140.1Mpa，小于215Mpa，满足要求！
（4）内壁面板
内壁板面板
结论：
由上图看出，内壁面板采用8mm钢板，最大应力为70.8Mpa，小于215Mpa，满足要求！
（5）壳内支撑桁架弦杆
外壁板横肋组合应力
外壁板横肋剪力
结论：
由上图看出，外壁面板横肋采用L75*6角钢，最大组合应力为52.2Mpa，小于215Mpa，最大剪力3.9Mpa，小于125Mpa，满足要求！
（7）壳内支撑桁架腹杆
支撑弦杆采用L75*6角钢
L75*6截面特性：
A=880mm2，imin=14.7mm
杆件最大长度Lmax=1437.9mm该部分杆件最大轴力为40.9KN
则：
λ=L/i=1437.9/14.7=97.8查表得:
φ=0.578
强度：
σ=N/A=40.9*1000/880=46.5N/mm2<210N/mm2
稳定性：
σ=N/A=40.9*1000/880=46.5N/mm2<210*0.578=121.38N/mm2
结论：
支撑杆件采用L75*6mm角钢满足要求！
（8）围檩
支撑围檩组合应力
支撑围檩剪力
结论：
由上图看出，围檩最大组合应力为36.3Mpa，小于215Mpa，最大剪力16.9Mpa，小于125M怕，满足要求！
（9）内支撑
内支撑轴力图
内支撑采用φ325*6mm螺旋管，最大轴力为220.5KN，按压杆考虑，其截面几何特性为：
A=6013mm2ix=112.8mm
L=3246mm
则：
λ=L/i=3246/112.8=28.8
查表得:
φ=0.965
强度：
σ=220.5*1000/6013=36.7N/mm2<210N/mm2
稳定性：
σ=36.7N/mm2<210*0.965=202.7N/mm2
结论：
内支撑采用φ325*6钢管满足要求！
4.1.2壳内水位4.6m时围堰侧壁计算
1、计算荷载及简图
施工水位431.2m，壳内水位429.1m，箱内水位为424.5m
内壁静水压力P1=（429.1-424.5）*10=46KN/m2
外壁静水压力P2=（431.2-429.1）*10=21KN/m2
内外壁板荷载计算简图
2、计算结果
由以上荷载与计算模型，计算各杆件的结果如下：
（1）外壁面板横肋
外壁板横肋组合应力
外壁板横肋剪力
结论：
由上图看出，外壁面板横肋采用L75*6角钢，最大组合应力为126.8Mpa，小于215Mpa，最大剪力24.3Mpa，小于125Mpa，满足要求！
（2）内壁面板横肋
内壁板横肋组合应力
内壁板横肋剪力
结论：
由上图看出，内壁面板横肋采用L75*6角钢，最大组合应力为76.5Mpa，小于215Mpa，最大剪力11.5Mpa，小于125Mpa，满足要求！
（3）外壁面板
外壁板面板
结论：
由上图看出，外壁面板采用8mm钢板，最大应力为101.1Mpa，小于215Mpa，满足要求！
（4）内壁面板
内壁板面板
结论：
由上图看出，内壁面板采用8mm钢板，最大应力为91.6Mpa，小于215Mpa，满足要求！
（5）壳内支撑桁架弦杆
外壁板横肋组合应力
外壁板横肋剪力
结论：
由上图看出，外壁面板横肋采用L75*6角钢，最大组合应力为51.1Mpa，小于215Mpa，最大剪力4.0Mpa，小于125Mpa，满足要求！
（7）壳内支撑桁架腹杆
支撑弦杆采用L75*6角钢
L75*6截面特性：
A=880mm2，imin=14.7mm
杆件最大长度Lmax=1437.9mm该部分杆件最大轴力为40.6KN
则：
λ=L/i=1437.9/14.7=97.8查表得:
φ=0.578
强度：
σ=N/A=40.6*1000/880=46.1N/mm2<210N/mm2
稳定性：
σ=N/A=40.6*1000/880=46.1N/mm2<210*0.578=121.38N/mm2
结论：
支撑杆件采用L75*6mm角钢满足要求！
（8）围檩
支撑围檩组合应力
支撑围檩剪力
结论：
由上图看出，围檩最大组合应力为36.3Mpa，小于215Mpa，最大剪力16.9Mpa，小于125M怕，满足要求！
（9）内支撑
内支撑轴力图
内支撑采用φ325*6mm螺旋管，最大轴力为220.6KN，按压杆考虑，其截面几何特性为：
A=6013mm2ix=112.8mm
L=3246mm
则：
λ=L/i=3246/112.8=28.8
查表得:
φ=0.965
强度：
σ=220.6*1000/6013=36.7N/mm2<210N/mm2
稳定性：
σ=36.7N/mm2<210*0.965=202.7N/mm2
结论：
内支撑采用φ325*6钢管满足要求！
5.围堰抗浮计算
围堰浮力为围堰排开水重力，套箱所受的浮力：
F1——套箱的浮力
ρ1——水密度，1t/m3
V——套箱排开水的体积
围堰的抗浮力为围堰及混凝土自重、封底混凝土与钢护筒之间的摩擦力抗浮力、围堰壳内注水的重力：
F2=W1+ρ2*V2+n*k*d*3.142*h1
F2——抗浮力
W1——围堰重量，按100t估计（浮重）。
ρ3——混凝土容重（湿容重按2.3t/m3）
V1——封底混凝土体积
h1——封底混凝土有效厚度（封底混凝土厚度-0.5m）
d——护筒外径（1.8米）
n——护筒个数（4个）
k——护筒与封底混凝土间的摩阻力，取10t/㎡。
V2——套向内注水体积
套箱封底混凝土计算见下表：
墩号
承台底标高
数量
封底砼厚度（m）
浮力（t）
抗浮阻力（t）
5、6
426.0m
2
1.5m
384.28
412.22
结论：
设计的封底混凝土厚度满足抗浮要求。
6.封底混凝土计算
6.1计算简图及荷载
封底混凝土采用ansys软件计算，按简支于护筒与围堰内壁的板考虑，采用solid95单元模拟，底部作用均布荷载为：
q=384.28*10000/（8900*8900-3.142*1800*1800）=0.0557N/mm2
计算简图平面图
6.2计算结果
按上述图示与荷载，计算结果如下：
（1）变形图
封底混凝土竖向位移分布图
（2）第一主拉应力
第一主拉应力分布图
（3）第二主拉应力
第二主拉应力分布图
（4）第三主拉应力
第三主拉应力分布图
结论：
从以上应力云图可以看出，拉应力小于1.23Mpa，压应力小于11.5Mpa，封底混凝土的强度满足要求。
7.底板计算
底板结构采用ansys建模计算，面板采用shell63单元模拟，I25a肋板、环形加劲板、2I56b托梁采用beam189单元模拟，精轧螺纹钢吊杆采用link8单元模拟。
7.1计算模型
围堰底板模型轴侧图
7.2计算荷载
围堰底板在2种工况下其荷载对结构较不利，工况1为封底混凝土刚刚浇筑完成，没有形成强度时；工况2为封底混凝土形成强度，抽水完成，浇筑完成承台混凝土时，下面分别计算2种工况的底板荷载。
7.2.1工况1荷载计算
工况1计算荷载简图
⑴套箱侧壁浮重为
⑵封底混凝土厚1.5m，其浮容重为1.4t/m3
7.2.2工况2荷载计算
工况2计算荷载简图
⑴套箱侧壁浮重为
⑵封底混凝土重量
承台混凝土重量
⑶排水后浮力为384.28t，其作用面积为
7.3计算结果
7.3.1工况1计算结果
⑴面板计算结果
底板面板vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板vonmises应力为80.5Mpa，小于215Mpa，
满足要求！
⑵I25a肋板计算结果
底板面板肋板vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板肋板vonmises应力为29.5Mpa，
小于215Mpa满足要求！
⑶L120*6mm角钢环形肋计算结果
底板面板环肋vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板肋板vonmises应力为110.8Mpa，
小于215Mpa满足要求！
⑷2I56b工字钢托梁计算结果
底板托梁vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板肋板vonmises应力为148.3Mpa，
小于215Mpa满足要求！
⑸φ32精轧螺纹钢吊杆计算结果
精轧螺纹钢最大轴力为：
Nmax=245.73KN
轴向应力：
安全系数：
结论：
精轧螺纹钢强度满足要求！
7.3.2工况2计算结果
⑴面板计算结果
底板面板vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板vonmises应力为61.6Mpa，小于215Mpa，
满足要求！
⑵I25a肋板计算结果
底板面板肋板vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板肋板vonmises应力为39.5Mpa，
小于215Mpa满足要求！
⑶L120*6mm角钢环形肋计算结果
底板面板环肋vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板肋板vonmises应力为107.6Mpa，
小于215Mpa满足要求！
⑷2I56b工字钢托梁计算结果
底板托梁vonmisesstress分布图
结论：
由上图看出，底板面板肋板vonmises应力为148.3Mpa，
小于215Mpa满足要求！
⑸φ32精轧螺纹钢吊杆计算结果
精轧螺纹钢最大轴力为：
Nmax=220.05KN
轴向应力：
安全系数：
结论：
精轧螺纹钢强度满足要求！
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