双壁围堰计算书.doc

双壁钢围堰计算书
1. 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)钙泥质砂岩与凝灰质砂岩,承台处地址情况如下图:

图2-1 承台处地质情况图示
2. 编制依据
2、1 《某特大桥设计图》;
2、2 《路桥施工计算手册》 周水兴等著;
2、3 《铁路桥涵地基与基础设计规范》TB10002、5-2005;
2、3 《混凝土结构设计规范》GB50010-2002;
2、4 《钢结构设计规范》(GB500017-2003);
2、5 Midas civil 使用手册。
3、 双壁钢围堰施工方案
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、分节下沉得方法进行施工。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:

3-1 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。第一、二、三节双壁钢围堰内外壁采用6mm厚得钢板,内外壁间距为100cm。每间隔1m设一道水平环形桁架,桁架采用∠75×6mm得角钢焊接而成。第四节单壁钢围堰钢板采用6mm厚得钢板,竖向每间隔50cm设一道竖肋,竖肋采用∠75×6mm得角钢;横向加劲肋间距为50cm,采用厚15mm、宽180mm得钢板,围堰结构如图:

图4-1 钢围堰立面图 图4-2 钢围堰平面图
4、2材料设计参数表
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6mm
Q235
78、5
面板
2
角钢
∠75×6mm
Q235
78、5
桁架
3
混凝土
C30

25
刃角砼
4
混凝土
C25

25
封底砼
4、3、 材料设计强度值
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)
Q235
≤16
215
125
325
＞16-40
205
120
＞40-60
200
115
＞60-100
190
110
说明:设计强度按《钢结构设计规范》GB50017-2003取值。
混凝土强度设计值及弹性模量(N/mm2)
种类
等级
C25
C30
抗压强度
11、9
14、3
抗拉强度
1、27
1、43
弹性模量
2、8E+04
3、0E+04
说明:设计强度按《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002取值。
4、4 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,在围堰内抽完水得工况下,钢围堰与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与封底混凝土进行分析计算。
4、5 荷载计算
4、5、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4-3:

图4-3 双壁钢围堰内、外壁受力图
4、5、1、1 静水压力计算
河床处静水压力:
刃角顶面静水压力:
4、5、1、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8m;
v—流速(m/s),此处为1、73m/s;
B—阻水宽度(m),此处为22m;
γ—水得容重();
g—重力加速度()。
1m宽范围内得动水压力:

动水作用在钢板上平均压力:p=P/A=210/(8x22)=1、2KPa
4、5、1、3、土对钢板产生得压力计算
土压力采用 计算。
—主动土压力系数,,为粘土得内摩擦角;
H—土层厚度(m);
—土得容重,此处由于土层位于水中,取土得浮容重9。
则土压力计算如下:
主动土压力
综合上述:

4、5、2 封底混凝土荷载分析
封底混凝土在抽完水得工况下承受水压力为:

4、6 建立模型计算分析
4、6、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∠75×50×6mm得角钢与桁架∠75×75×5mm得角钢采用梁单元模拟,封底混凝土采用实体单元模拟。
4、6、2 边界条件
由于竖向基础与侧向封底混凝土得约束,双壁钢围堰底部设为三向位移约束,封底混凝土与桩基约束设为三向位移约束,与双壁钢围堰倒角亦设为三向位移约束。
4、6、3 模型荷载
根据上面荷载分析结果,在模型中施加流体压力荷载模拟水压与土压。
4、6、4 双壁钢围堰实体模型
双壁钢围堰结构实体模型中,内外侧钢板模拟成5532个板单元,桁架单元模拟成12400个梁单元,模型如下:

4、6、5 分析结果
4、6、5、1 双壁钢围堰变形(mm)

最大变形值:f=13、3mm<[f]=22000/600=36、7mm 可
4、6、5、2 钢板组合应力(MPa)

最大组合应力:=193MPa<=215 MPa 可
4、6、5、3 内支撑角钢应力(MPa)

最大组合应力:=198MPa<=215 MPa 可
5 混凝土封底设计计算
5、1 封底混凝土计算模型
封底混凝土实体模型中,混凝土模拟成8088个实体单元,模型如下:

5、2 封底混凝土最大变形(单位:mm)

最大位移为:f=0、01mm 可
5、3 封底混凝土拉压应力(单位:Pa)

最大拉应力为:=0、34MPa<=1、27MPa 可
最大压应力为:=-0、19MPa<=11、9MPa 可
6、钢板桩整体抗浮计算
围堰封底后,整个围堰受到水得向上浮力作用,应验算其抗浮系数K=G/F > 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+双壁钢围堰内水重与混凝土重;
F—水得浮力;
浮力:
钢围堰重量: g1=1680KN
封底混凝土自重:
g2=(3、14x9x9-3、14x0、75x0、75x21) x2x24=10428KN
桩锚固力: g3=3、14x1、6x2x150x21=31651KN
钢围堰内水重: g4 =3、14x(10x10-9x9)x4x10=2386KN
钢围堰内砼重: g5=3、14x(10x10-9x9)x3x24=4296KN
钢围堰摩阻力: g6=3、14x19、6x6x40=14771KN
由K=(g1+ g2+ g3+ g4+ g5+g6)/F=1、29>1、2,则稳定性满足要求。