某大桥钢围堰计算有图及计算过程secret.docx

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某大桥钢围堰计算有图及计算过程secret

XXXX大桥

双壁钢围堰计算单

一、基本资料

1、设计潮水水位按+7.85m考虑，实际+8.5m，钢围堰顶标高按+9.0m设计，承台底标高-3.222m，围堰底标高-7.222m，最大水头差15.7m。

2、围堰竖向布置

施工水位：

＋6.08m，设计高潮位：

＋7.85m，根据实际调查取8.5m计算。

综合拟定:

围堰顶标高:

+9.0m,承台底标高:

-3.222m,假定封底砼的厚度为4.0m,则:

围堰底标高:

-7.222m,故围堰的总高度为:

9.0+7.222=16.222m

3、围堰的壁厚及结构布置

围堰壁厚1.4m。

围堰抽水后水头差+8.5+7.22=15.72m。

围堰结构见下图。

二、荷载及计算工况

（一）荷载分类

围堰主要受到水的浮力、水的侧压力、土侧压力等荷载作用。

（二）各工况荷载分析

工况1，围堰下沉。

工况2，围堰抽水。

三、封底砼的计算

围堰水下封底后，施工抽水时，封底砼需承受基底的向上浮力，初拟封底砼标号为C30，其容重γ砼=24KN/m2，厚度为4m，施工时对围堰清理保证封底混凝土有效厚度4，取4m混凝土计算。

1、混凝土设计强度值

水下C30混凝土按照C25取其设计值，根据《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》（T10002.4-99）中表3.0.3混凝土的容许弯拉允许应力[σ]=0.50（ＭＰａ），简切应力〔τｃ〕=0.99（MPa）。

2、封底混凝土所受荷载

q=γ水h水－γ砼h砼

=10×15.72-24×4

=61.2KN/m2

3、按照周边固结单向板计算

Mx=0.0833qlx2

=0.0833×61.2×14.82

=1116.7KN·m

取单宽进行验算:

Wx=1/6bh2=1/6×1×342=2.67（m3）

σmax=Mx/Wx=1116.7/2.67=418.8Kpa=0.419MPa<[σ]=0.5MPa,

满足规范要求。

4、周边剪切计算

直边受剪面：

A＝（22+22）×4=176m2

两圆弧段受剪面：

F＝3.14×7.1×2×4=185.89m2

单宽直边剪力：

Q＝22×14.2×61.2＝19926.7KN。

单宽直边剪应力：

τ=Q/A=19926.7/176=113KN/m=0.113Mpa<[τ]=0.99Mpa

两圆弧段剪应力比直线段剪应力小故不验算。

四、钢围堰下沉计算

1、围堰自重

1）、首节下沉重量

根据初步计算及估算，围堰自重钢结构重6000KN（16.3m），首节高10.3m总重3600KN。

加强立柱填充混凝土112m3，重2693KN。

首节围堰下沉共重6293KN。

2）、下沉到位时重量

Q=6000+2693=8693KN。

2、分节下沉计算

首节下沉时，保证围堰顶标高在+8.5m，满足围堰顶不备大潮淹没且便于接高围堰焊接。

48＃墩河床最低为-1.05m，围堰浮力最大按此种情况进行下沉计算。

1）48＃墩首节下沉计算

首节围堰下沉至河床（-1.05m）时顶标高+9.25m；施工水位按6.0m考虑，浮力计算高度为7.05m。

浮力F浮＝γ·V1=10×（22.1×1.4×2）×7.05＋10×3.14×（8.82-7.42）×7.05=9383KN

自重Q1=6293KN

比较得知：

F浮＞Q1故需在井壁内填混凝土保证围堰下沉。

围堰壁内体积V=116m3/m，填充混凝土重Qh=2788KN/m，填充2.5m（扣除刃角后相当于2m高）混凝土，总重为Q1’=6293+2788×2＝11869KN。

取土层2

（2）粉土，灰色，潮湿，稍密；土层2（3）粉砂，灰色，饱和，稍～中密，极限摩阻力12～25KPa。

围堰下沉计算表见表1。

表1围堰下沉表

序号

土层编号

土层名称

土的极限摩阻力

48＃墩

地质资料

下限（Kpa）

上限（Kpa）

土层厚度

下沉最小摩阻力KN

下沉最大摩阻力KN

1

（2）2

粉土，灰色，潮湿，稍密

12

25

0.71

416

866

（2）-2粉土饱和σo=100KPa

2

（2）3

粉砂，灰色，饱和，稍～中密

12

25

5.48

2091

4355

（2）-3粉砂饱和σo=100KPa

A、当围堰下沉到第一层土（土层编号

（2）2）底时。

围堰入土0.71m。

取最小摩阻力时:

取最大摩阻力时:

故井壁填充2m混凝土后适当掏空刃角及可下沉。

2）48＃墩下沉到位计算

首节围堰下沉至河床（-7.222m）时顶标高+9m；最高水位按8.5m考虑，浮力计算高度为15.722m。

浮力F浮＝γ·V1=10×（22.1×1.4×2）×15.722＋10×3.14×（8.82-7.42）×15.722=20516.4KN

自重Q=8693KN，填充混凝土N＝2788×7.5=20910KN，其余井壁加水至标高＋2.5m，则加水N水＝116×10×（2.5-（-4.722））=8377KN

取最小摩阻力时:

取最大摩阻力时:

3）、下沉稳定系数计算

当按最小摩阻力Tmin=2091计算时，刃角极限支反力Rb＝96×0.2×200＝3840KN，下沉稳定系数Kst,s=0.91满足规范要求。

3、围堰抽水计算

围堰抽水后，总浮力为：

F浮＝603×15.722×10＝94804KN。

围堰总重：

G=6293＋20910＋8377＋472×4×24＝80892KN＜94804KN,

因此需将围堰井壁内充水换成井壁填充混凝土，填充高度8m，填充混凝土1310m3。

隔舱填充混凝土190m3，封底混凝土2400m3，则其抗浮稳定系数为：

K＝G/F浮

＝（6293＋1310×24＋190×24＋2400×24）/94804

=1.05

五、围堰侧壁计算

（一）、荷载

1、水压力

由于井壁下部2.5m高的范围内填充了混凝土，且内侧进行封底，故此范围内不进行计算。

计算时将所有外荷载经面板传递至井壁桁架进行整体计算，荷载按两桁架间中心距进行分配。

第一层桁架计算至－4.5m高，静水压

P外水＝H×10＝13×10=130KN/m.

2、潮水压力

P潮水＝30KN/m.均布

3、流水压力

根据《公路桥涵设计通用规范》:

取单位宽度的水流力：

=

=3.66KN/m

4、主动土压力

均在水位以下，水下内摩擦角取φ＝38，故

=tg（45°-φ/2）×tg（45°-φ/2）×（18－10）×（-1.05-（-4.5））

=6.6KN/m

5、被动土压力

=tg（45°+φ/2）×tg（45°+φ/2）×（18－10）×（-1.05-（-4.5））

=116KN/m

（二）、围堰荷载组合

围堰静荷载为围堰外侧所受的土压力、水静压力及围堰内壁的水压力，组合为围堰外侧和内侧荷载。

可变荷载为流水压力及潮水压力。

计算时分别进行组合计算。

桁架编号

围堰外侧水压

主动土压力

围堰外侧静荷载

流水压

流水荷载

潮水

可变荷载小计

最大

最小

平均

最大

最小

平均

KN

最大

最小

平均

KN

KN

KN

1

130

124

127.0

6.6

5.5

6.0

133.0

0

0

0.0

0.0

0.0

2

124

118

121.0

5.5

4.3

4.9

125.9

0

0

0.0

0.0

0.0

3

118

112

115.0

4.3

3.2

3.7

118.7

0

0

0.0

0.0

0.0

4

112

106

109.0

3.2

2.0

2.6

111.6

0

0

0.0

0.0

0.0

5

106

100

103.0

2.0

0.9

1.4

104.4

0

0

0.0

0.0

0.0

6

100

94

97.0

0.9

0.0

0.4

97.4

0.0

0.1

0.1

0.0

0.0

7

94

88

91.0

0.0

0.0

0.0

91.0

0.1

0.3

0.2

0.1

0.1

8

88

82

85.0

0.0

0.0

0.0

85.0

0.3

0.6

0.4

0.3

0.3

9

82

76

79.0

0.0

0.0

0.0

79.0

0.6

0.8

0.7

0.4

0.4

10

76

70

73.0

0.0

0.0

0.0

73.0

0.8

1.0

0.9

0.5

0.5

11

70

64

67.0

0.0

0.0

0.0

67.0

1.0

1.3

1.1

0.7

0.7

12

64

58

61.0

0.0

0.0

0.0

61.0

1.3

1.5

1.4

0.8

0.8

13

58

52

55.0

0.0

0.0

0.0

55.0

1.5

1.7

1.6

1.0

1.0

14

52

46

49.0

0.0

0.0

0.0

49.0

1.7

1.9

1.8

1.1

1.1

15

46

40

43.0

0.0

0.0

0.0

43.0

1.9

2.2

2.1

1.2

1.2

16

40

34

37.0

0.0

0.0

0.0

37.0

2.2

2.4

2.3

1.4

1.4

17

34

28

31.0

0.0

0.0

0.0

31.0

2.4

2.6

2.5

1.5

1.5

18

28

22

25.0

0.0

0.0

0.0

25.0

2.6

2.9

2.8

1.7

9.0

10.7

19

22

16

19.0

0.0

0.0

0.0

19.0

2.9

3.1

3.0

1.8

18.0

19.8

20

16

10

13.0

0.0

0.0

0.0

13.0

3.1

3.3

3.2

1.9

18.0

19.9

21

10

4

7.0

0.0

0.0

0.0

7.0

3.3

3.6

3.5

2.1

10.5

12.6

（三）、主要计算结果

主要计算结果取编号为第3、5、8、9、10片内桁架内力

内桁架轴力表

杆件号

桁架3

桁架5

桁架8

桁架9

桁架10

轴力（KN）

轴力（KN）

轴力（KN）

轴力（KN）

轴力（KN）

1

-580

-500

-381

-344

-305

2

-63

-70

-50

-46

-42

3

-108

-328

-294

-280

-268

4

-233

-260

-178

-160

-143

5

110

32

-28

-43

-56

6

23

-58

-45

-43

-41

7

-311

-434

-402

-374

-341

8

-276

-312

-293

-278

-266

9

-282

-246

-190

-172

-155

10

-181

-302

-312

-296

-273

11

-197

-171

-133

-120

-108

12

20

-142

-191

-187

-177

13

20

19

-45

-42

-39

14

-119

-185

-205

-199

-188

（四）、计算结果分析

1、桁架

（1）、桁架与面板组合，采用∠752x8与面板组合后截面力学性能为：

A=2576.mm2

I=2619440mm4

W=49256mm3

旋转半径i＝31mm

L=1400mm

λ＝1400/31=45，φ=0.728

计算承台以上第10片桁架

考虑到下放过程中的不同步，第10片计算桁架（承台顶支撑处第一片）也采用∠1002x10。

（2）、桁架与面板组合，采用∠1002x10与面板组合后截面力学性能为：

A=3460mm2

I=5989392mm4

W=86803mm3

旋转半径i＝41.6mm

L=1400mm

λ＝1400/41.6=33.6，按D类轴心受压结构计算φ=0.815

由于为满足抗浮需要，围堰内第1～10片桁架范围内的井壁均填充了混凝土，因此桁架除承台范围内桁架采用∠1002x10外，其余采用∠752x8，能保证结构安全。

2、面板局部应力检算:

面板采用δ=6mm钢板,所选面板区格按一边固结三边铰结进行计算。

井壁哪未填充混凝土部分从荷载表中可知，面板最大荷载为P=67KN/m2，则单位宽度q=67KN/m。

井壁区格尺寸为lx=400mm，ly=300mm，则：

ly/lx=300/400=0.75

查表:

KMx=0.1056KMy=0.0485Kf=0.00536

1）、应力检算

面板的截面系数：

W=bh2/6=1000×62/6=6000mm3

应力为：

σmax=Mmax/W=0.1056×67×0.42×1×106/6000=188MPa＜215MPa

满足要求.

2）、挠度验算：

钢板的泊松比为γ=0.3，故换算

K0=Eh3/[12（1-γ2）]=2.1×1011×0.0063/[12×（1-0.32）]=4153.8N.m

Wmax=Kfql4/K0=0.00536×67×103×0.44/4153.8=2mm

3、竖向加劲肋检算

竖向加劲肋采用∠752×6

承受线荷载:

q=67×0.4=26.8KN/m

按三跨连续梁计算:

Mmax=0.1q·l2=0.1×26.8×0.42=0.429KN·m

查表知∠752×6:

A=8.80cm2Ix=46.91cm4W=11207mm3,Z0=2.07cm

截面应力:

六、围堰稳定性检算

（一）、荷载

1、潮水力

P潮水＝30KN/m.均布

2、水流力

取单位宽度的水流力：

=

=3.66KN/m

3、主动土压力

F’ep,k=6.6KN/m

4、被动土压力

Fpk=116KN/m

（二）、抗滑移稳定

＝2.0＞1.3

满足规范要求

（三）、抗倾覆检算:

由于围堰高宽比较大抗倾覆满足要求。