特大桥水中双壁钢围堰结构受力计算书

'XXXX大桥双壁钢围堰计算单目录一、基本资料2二、荷载及计算工况3（一）荷载分类3（二）各工况荷载分析3三、封底砼的计算3四、钢围堰下沉计算4五、围堰侧壁计算6（一）、荷载6（二）、围堰荷载组合7（三）、主要计算结果8（四）、计算结果分析9六、围堰稳定性检算11（一）、荷载11（二）、抗滑移稳定11（三）、抗倾覆检算:11 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=16.222m3、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/m23、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 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KN1（2）2粉土，灰色，潮湿，稍密12250.71416866(2)-2粉土饱和σo=100KPa2（2）3粉砂，灰色，饱和，稍～中密12255.4820914355(2)-3粉砂饱和σo=100KPaA、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/m4、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/m5、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KNKNKN1130124127.06.65.56.0133.0000.00.0　0.02124118121.05.54.34.9125.9000.00.0　0.03118112115.04.33.23.7118.7000.00.0　0.04112106109.03.22.02.6111.6000.00.0　0.05106100103.02.00.91.4104.4000.00.0　0.061009497.00.90.00.497.40.00.10.10.0　0.07948891.00.00.00.091.00.10.30.20.1　0.18888285.00.00.00.085.00.30.60.40.3　0.39827679.00.00.00.079.00.60.80.70.4　0.410767073.00.00.00.073.00.81.00.90.5　0.511706467.00.00.00.067.01.01.31.10.7　0.712645861.00.00.00.061.01.31.51.40.8　0.813585255.00.00.00.055.01.51.71.61.0　1.014524649.00.00.00.049.01.71.91.81.1　1.115464043.00.00.00.043.01.92.22.11.2　1.216403437.00.00.00.037.02.22.42.31.4　1.417342831.00.00.00.031.02.42.62.51.5　1.518282225.00.00.00.025.02.62.92.81.79.010.719221619.00.00.00.019.02.93.13.01.818.019.8 20161013.00.00.00.013.03.13.33.21.918.019.9211047.00.00.00.07.03.33.63.52.110.512.6（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）1-580-500-381-344-3052-63-70-50-46-423-108-328-294-280-2684-233-260-178-160-143511032-28-43-56623-58-45-43-417-311-434-402-374-3418-276-312-293-278-2669-282-246-190-172-15510-181-302-312-296-27311-197-171-133-120-1081220-142-191-187-177132019-45-42-3914-119-185-205-199-188 （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.mm2I=mm4W=49256mm3旋转半径i＝31mmL=1400mmλ＝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=3460mm2I=mm4 W=86803mm3旋转半径i＝41.6mmL=1400mmλ＝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=0.005361）、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.mWmax=Kfql4/K0=0.00536×67×103×0.44/4153.8=2mm3、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/m3、主动土压力F’ep,k=6.6KN/m4、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。 '