MIDAS双壁围堰计算书.docx

1、MIDAS双壁围堰计算书双壁钢围堰计算书1 计算依据（1）某特大桥设计图；（2）路桥施工计算手册 周水兴等著；（3）铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5-2005；（4）混凝土结构设计规范GB50010-2002；（5）钢结构设计规范（GB500017-2003）；（6） Midas civil 使用手册。2 工程概况 某特大桥采用（60.75+100+60.75）m大跨连续梁结构跨越秦淮新河，承台位于主河道，直为径17.4m，高4m，底标高-5.0m，施工最大水位为8.0m，河床以下主要为第四系全新统冲积层(Q4al)，下伏基岩为侏罗系上统西横山组(J3)钙泥质砂岩和凝灰质砂岩，承台

2、处地址情况如图1：图1地质状况3. 双壁钢围堰施工方案综述钢围堰在后场加工厂分块段进行加工，由平板汽车通过施工栈桥运至施工现场，采用分块拼装、分节下沉的方法进行施工。钢围堰块段最大重量约11.0t，采用转换平台上50t履带吊进行吊装施工，利用卷扬机或链条葫芦下放。水下封底混凝土采用刚性导管法。封底后 拆除平台、割掉护筒，封底混凝土凿毛整平后,施工承台、墩身，施工流程图如下：图2 施工工艺流程图4. 钢围堰计算4.1结构设计钢围堰为单双壁结合圆形钢围堰，内边线半径比承台半径大10cm。钢围堰壁厚1.0m，外直径尺寸为19.6m、内直径尺寸为17.6m，壁高为15m。钢围堰平面分为8块，立面分为5

3、节，分节高度为4m+4m+5m+5m。钢围堰壁板系统由内、外面板、面板纵肋、壁板桁架、水平环板、隔板组成。双壁钢围堰内外壁采用6mm厚的钢板，内外壁间距为100cm。每间隔1m设一道水平环形桁架，桁架采用756mm的角钢焊接而成。竖向每间隔50cm设一道竖肋，竖肋采用756mm的角钢；横向加劲肋间距为50cm，采用厚15mm、宽180mm的钢板，围堰结构如图： 图3 钢围堰立面图 图4 钢围堰平面图4.1.1材料设计参数表表1 材料设计参数表序号材料规格材质容重（KN/m3）备注1钢板厚6mmQ23578.5面板2角钢756mmQ23578.5桁架3混凝土C3025刃角砼4混凝土C2525封底

4、砼4.1.2. 材料设计强度值表2 钢材设计强度值（N/mm2）钢材抗拉、抗压、抗弯抗剪承压型号厚度或直径（mm）Q2351621512532516-4020512040-6020011560-100190110说明：设计强度按钢结构设计规范GB50017-2003取值。4.2 工况分析 双壁钢围堰下放到设计标高，混凝土封底完成，强度达到设计要求后，在围堰内抽完水的工况下，钢围堰和封底混凝土受力情况均处于最不利状态，故计算书对此工况下双壁钢围堰进行分析计算。4.3 荷载计算4.3.1双壁钢围堰承受荷载分析双壁钢围堰承受荷载图示见图5： 图5 双壁钢围堰内、外壁受力图（1） 静水压力计算河床处静

5、水压力: 刃角顶面静水压力: （2）动水压力计算动水压力采用计算：K圆形截面取0.8；H水深（m），此处为9m；v流速(m/s)，此处为1.73m/s；B阻水宽度（m），此处为19.6m；水的容重（）；g重力加速度（）。1m宽范围内的动水压力：动水作用在钢板上平均压力：p=P/A=211/（9x19.6）=1.196KPa（3）土对钢板产生的压力计算土压力采用 计算。 主动土压力系数，为粘土的内摩擦角；H土层厚度（m）；土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重9。则土压力计算如下：主动土压力 综合上述： 4.3.2 封底混凝土荷载分析 封底混凝土在抽完水的工况下承受水压力为：4.3.3 荷

6、载组合情况如下： 4.4 建立模型计算分析4.4.1 模型单元 采用Midas对结构进行空间仿真分析，双壁钢围堰内外壁6mm钢板采用平面板单元模拟，竖肋75506mm的角钢和桁架75756mm的角钢采用梁单元模拟；双壁钢围堰底部设为三向位移约束；在模型中施加流体压力荷载模拟水压和土压；在围堰内抽完水的工况下，钢围堰和封底混凝土受力情况均处于最不利状态，故对此工况下双壁钢围堰和封底混凝土进行分析计算。4.4.2操作流程（1）材料属性定义运行midas civil；点击新建，打开新建项目；以“钢围堰分析”为文件名称保存；单位系统选择KN、mm，其余保持默认值；定义钢材的材料特性；模型 / 材料和截

7、面特性 / 材料/ 添加；设计类型钢材； 规范：GB03(S)；数据库Q235；图6材料属性定义（2）定义截面和厚度模型 / 材料和截面特性 / 截面/添加数据库/用户截面号1；截面类型（角钢）选择数据库（GB-YB05），截面（L75*50*6）； 名称：竖肋，偏心：选择中-上部点击确认图7 定义截面模型 / 材料和截面特性 / 厚度/ 添加厚度号：1 面内和面外：0.006m 点击适用；厚度号：2 面内和面外：0.015m 点击确认图8 定义厚度（3）模型建立建立钢围堰内壁体结构基本结构壳；输入/编辑；类型：筒体（如图所示），R1（8.8m）；R2（8.8m）；H（15m）分割数量：m（1

8、20）；l（30）；材料：（1：Q235）；厚度：（1：0.006）；插入点（0，0，0）； 旋转：各方向取默认值0；原点：选3（0，0，0）；点击确认。 图9 建立壁体图10 建模效果建立钢围堰横肋模型单元扩展；扩展类型：节点线单元。材料：（1：Q235） 截面：（1：竖肋） （此处材料和截面的选择可任意，因为后面扩展成板单元后，会删除现在建立的线单元）；生成形式：旋转等角度；复制次数（120）；旋转角度（3）；旋转轴（z）;选择z=0.5m 高度的任一节点（这里选择2575 号节点），点击适用图11 建模效果模型单元扩展扩展类型：线单元平面单元目标：删除材料：（1：Q235） 厚度：（2：

9、0.015） 类型：厚板生成形式：旋转等角度；复制次数（1）；旋转角度（360）；间距（径向）：（0.18m）;选择新建立的个体，点击适用 （生成最下端的横肋）。图12 建模效果模型单元复制和移动等间距：（0，0，0.5）；复制次数：（29）；选择新建立的个体；点击适用（生成其他位置横肋）图13 建模效果建立钢围堰竖肋模型单元扩展扩展类型：节点线单元材料：（1：Q235） 截面：（1：竖肋） beta：（-90）生成形式：复制和移动复制和移动：等间距（0，0，-0.5）；复制次数：30切换视角到顶面选择壁体内侧最上方的节点；点击适用 （生成第一根竖肋） 图14 建模效果窗口选择 刚生成的第一根

10、竖肋模型单元旋转；形式：复制；旋转：等角度；复制次数：（119）； 旋转角度：（3）； 旋转轴：（z）；点击适用 （生成其余的竖肋）图15 建模效果使用“组”命令，双击“0.006m”厚度将内壁单元选中，拖动内壁结构组至选中部分，创建“内壁”结构组。图16 建模效果同理，建立钢围堰外壁体图17 建模效果使用“组”命令，将外壁单元选中，拖动外壁结构组至选中部分，创建“外壁”结构组。建立水平桁架利用平面选择，选择z=0.5m 的平面，激活图18 选择界面切换视角到顶面，模型单元建立单元单元类型：一般梁/变截面梁材料：（1：Q235） 截面：（1：水平桁架）依次连接图示节点图19 建模效果选择刚生成

11、水平桁架模型单元旋转；形式：复制；旋转：等角度；复制次数：（59）； 旋转角度：（6）； 旋转轴：（z）；点击适用 （生成其余的水平桁架）图20 建模效果模型单元复制和移动等间距：（0，0，1）；复制次数：（14）；选择新建立的水平桁架；点击适用（生成其他位置水平桁架）图21 建模效果（4）添加边界条件利用平面选择，选择z=0 的平面，添加底部的边界条件模型边界条件一般支撑D-all（开），R-all（开），适用图22 添加边界条件（5）添加荷载考虑三种荷载作用，结构自重、围堰外壁水压力荷载和围堰外壁土压力荷载。荷载静力荷载工况，添加自重、土压力和水压力。图23 添加荷载荷载自重；荷载工况名称

12、：自重；自重系数：z(-1)；点击添加图24 添加自重添加流水压力（力的单位kN 切换为kgf，长度单位为m）选择“外壁”组，窗口解除选择z=0-6m,荷载流体压力荷载荷载工况名称：水压力参考高度:（15m） 均布压力荷载：（0） 流体容重：（1000）点击适用图25 添加流水压力添加流水压力（力的单位kgf 切换为kN，长度单位为m）选择“外壁”组，窗口解除选择z=6-15m,荷载流体压力荷载荷载工况名称：土压力参考高度:（6m） 均布压力荷载：（91.2） 流体容重：（9）点击适用图26 添加流土压力（6）查看结果分析运行分析（F5 键）荷载组合工况情况如下：图27 荷载组合生成荷载组合文

13、本文件如下：图28 荷载组合文本4.4.3 分析结果（1） 双壁钢围堰变形（mm）图29 钢围堰变形结果最大变形值：f=3.31mmf=19600/600=32.6mm，满足要求。（2） 钢板有效应力（MPa）图30 钢围堰双壁应力结果最大有效应力：=100.6MPa=215 MPa 可（3） 水平桁架应力（MPa）图31 钢围堰水平桁架应力结果最大组合应力：=153.2MPa 1.2式中：G双壁钢围堰重量+封底混凝土自重+桩基对封底混凝土锚固力+钢围堰摩阻力+双壁钢围堰内水重和混凝土重； F水的浮力；浮力： 钢围堰重量： g1=1941KN封底混凝土自重：g2=(3.14x8.7x8.7-3.14x0.75x0.75x21) x2x24=9628KN桩锚固力： g3=3.14x1.6x2x150x21=31651KN钢围堰内水重： g4 =3.14x(9.8x9.8-8.8x8.8)x4x10=2336KN钢围堰内砼重： g5=3.14x(9.8x9.8-8.8x8.8)x3x24=4205KN钢围堰摩阻力： g6=3.14x19.6x6x40=14771KN由K=（g1+ g2+ g3+ g4+ g5+g6）/F=64532/=1.421.2，则稳定性满足要求。