围堰计算书2.doc

鹤岗至大连高速公路鹤岗至大连高速公路 小沟岭 黑吉界 至抚松段小沟岭 黑吉界 至抚松段 钢吊箱围堰计算书钢吊箱围堰计算书 计算 复核 中铁九局集团有限公司勘察设计院 二 一四年四月 目目 录录 1 1 设计依据设计依据 2 2 2 2 项目概况项目概况 2 2 3 3 钢围堰的结构与构造钢围堰的结构与构造 2 2 4 4 钢围堰计算钢围堰计算 4 4 4 14 1 围堰侧壁计算围堰侧壁计算 4 4 4 1 1 壳内水位 3 6m 时围堰侧壁计算 4 4 1 2 壳内水位 4 6m 时围堰侧壁计算 10 5 5 围堰抗浮计算围堰抗浮计算 1616 6 6 封底混凝土计算封底混凝土计算 1616 6 16 1 计算简图及荷载计算简图及荷载 1616 6 26 2 计算结果计算结果 1717 7 7 底板计算底板计算 1919 7 17 1 计算模型计算模型 1919 7 27 2 计算荷载计算荷载 2020 7 37 3 计算结果计算结果 2121 7 3 1 工况 1 计算结果 21 7 3 2 工况 2 计算结果 23 钢吊箱围堰计算书钢吊箱围堰计算书 1 1 设计依据设计依据 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 公路桥涵施工规范 TB10203 2002 公路桥涵设计通用规范 JTJ D60 2004 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ 025 86 钢结构设计规范 GB50017 2003 建筑结构荷载规范 GB 50005 2001 港口工程荷载规范 JTJ 215 98 水利水电工程钢闸门设计规范 DL T 5039 0 95 港口工程钢结构设计规范 JTJ 283 99 2 2 项目概况项目概况 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 1 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 3 钢围堰的结构与构造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 32mm 精轧螺纹钢 上横梁为 2I56b 工字钢 钢围堰结构图如下图 100069001000800800 120035002500 3100 2I32b围檩 1500 2I56b托梁 I32b分配梁梁 2I56b上横梁 32精轧螺纹钢 2 16b小托梁 7200 12000 2 16b小托梁 10500 61513 590615 设计水位 431 2m 33003900 2600 钢围堰侧面图钢围堰侧面图 992745 8900 992745760760760433 44504450 760760760 433 44504450 8900 钢围堰平面图钢围堰平面图 800750 61513 590615 1900 830289514502895830 257563252575 1550 8900 2I56b托梁 I25a加劲肋 10mm面板 底板平面图底板平面图 4 4 钢围堰计算钢围堰计算 4 14 1 围堰侧壁计算围堰侧壁计算 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midas civil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 14 1 1 壳内水位壳内水位 3 6m3 6m 时围堰侧壁计算时围堰侧壁计算 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 26004600 P1 P2 50021004600 P2 内外壁板荷载计算简图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组合应力 外壁板横肋剪力外壁板横肋剪力 结论 由上图看出 外壁面板横肋采用结论 由上图看出 外壁面板横肋采用L75 6L75 6角钢 最大组合应力为角钢 最大组合应力为143 6Mpa143 6Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力32 5Mpa32 5Mpa 小于 小于125Mpa125Mpa 满足要求 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组合应力 内壁板横肋剪力内壁板横肋剪力 结论 由上图看出 内壁面板横肋采用结论 由上图看出 内壁面板横肋采用L75 6L75 6角钢 最大组合应力为角钢 最大组合应力为59 6Mpa59 6Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力10 1Mpa10 1Mpa 小于 小于125Mpa125Mpa 满足要求 满足要求 3 外壁面板 外壁板面板外壁板面板 结论 由上图看出 外壁面板采用结论 由上图看出 外壁面板采用8mm8mm钢板 最大应力为钢板 最大应力为140 1Mpa140 1Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 满足要求 满足要求 4 内壁面板 内壁板面板内壁板面板 结论 由上图看出 内壁面板采用结论 由上图看出 内壁面板采用8mm8mm钢板 最大应力为钢板 最大应力为70 8Mpa70 8Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 满足要求 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组合应力 外壁板横肋剪力外壁板横肋剪力 结论 由上图看出 外壁面板横肋采用结论 由上图看出 外壁面板横肋采用L75 6L75 6角钢 最大组合应力为角钢 最大组合应力为52 2Mpa52 2Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力3 9Mpa3 9Mpa 小于 小于125Mpa125Mpa 满足要求 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 L i 1437 9 14 7 97 8 查表得 0 578 强度 N A 40 9 1000 880 46 5N mm2 210N mm2 稳定性 N A 40 9 1000 880 46 5N mm2 210 0 578 121 38N mm2 结论 支撑杆件采用结论 支撑杆件采用L75 6mmL75 6mm角钢满足要求 角钢满足要求 8 围檩 支撑围檩组合应力支撑围檩组合应力 支撑围檩剪力支撑围檩剪力 结论 由上图看出 围檩最大组合应力为结论 由上图看出 围檩最大组合应力为36 3Mpa36 3Mpa 小于 小于215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力16 9Mpa16 9Mpa 小于小于125M125M怕 满足要求 怕 满足要求 9 内支撑 内支撑轴力图内支撑轴力图 内支撑采用 325 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 6013mm2 ix 112 8mm L 3246mm 则 L i 3246 112 8 28 8 查表得 0 965 强度 220 5 1000 6013 36 7N mm2 210N mm2 稳定性 36 7N mm2 210 0 965 202 7N mm2 结论 内支撑采用结论 内支撑采用 325 6 325 6钢管满足要求 钢管满足要求 4 1 24 1 2 壳内水位壳内水位 4 6m4 6m 时围堰侧壁计算时围堰侧壁计算 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 26004600 P1 P2 50021004600 P2 内外壁板荷载计算简图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组合应力 外壁板横肋剪力外壁板横肋剪力 结论 由上图看出 外壁面板横肋采用结论 由上图看出 外壁面板横肋采用L75 6L75 6角钢 最大组合应力为角钢 最大组合应力为126 8Mpa126 8Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力24 3Mpa24 3Mpa 小于 小于125Mpa125Mpa 满足要求 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组合应力 内壁板横肋剪力内壁板横肋剪力 结论 由上图看出 内壁面板横肋采用结论 由上图看出 内壁面板横肋采用L75 6L75 6角钢 最大组合应力为角钢 最大组合应力为76 5Mpa76 5Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力11 5Mpa11 5Mpa 小于 小于125Mpa125Mpa 满足要求 满足要求 3 外壁面板 外壁板面板外壁板面板 结论 由上图看出 外壁面板采用结论 由上图看出 外壁面板采用8mm8mm钢板 最大应力为钢板 最大应力为101 1Mpa101 1Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 满足要求 满足要求 4 内壁面板 内壁板面板内壁板面板 结论 由上图看出 内壁面板采用结论 由上图看出 内壁面板采用8mm8mm钢板 最大应力为钢板 最大应力为91 6Mpa91 6Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 满足要求 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组合应力 外壁板横肋剪力外壁板横肋剪力 结论 由上图看出 外壁面板横肋采用结论 由上图看出 外壁面板横肋采用L75 6L75 6角钢 最大组合应力为角钢 最大组合应力为51 1Mpa51 1Mpa 小于 小于 215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力4 0Mpa4 0Mpa 小于 小于125Mpa125Mpa 满足要求 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 L i 1437 9 14 7 97 8 查表得 0 578 强度 N A 40 6 1000 880 46 1N mm2 210N mm2 稳定性 N A 40 6 1000 880 46 1N mm2 210 0 578 121 38N mm2 结论 支撑杆件采用结论 支撑杆件采用L75 6mmL75 6mm角钢满足要求 角钢满足要求 8 围檩 支撑围檩组合应力支撑围檩组合应力 支撑围檩剪力支撑围檩剪力 结论 由上图看出 围檩最大组合应力为结论 由上图看出 围檩最大组合应力为36 3Mpa36 3Mpa 小于 小于215Mpa215Mpa 最大剪力 最大剪力16 9Mpa16 9Mpa 小于小于125M125M怕 满足要求 怕 满足要求 9 内支撑 内支撑轴力图内支撑轴力图 内支撑采用 325 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 6013mm2 ix 112 8mm L 3246mm 则 L i 3246 112 8 28 8 查表得 0 965 强度 220 6 1000 6013 36 7N mm2 210N mm2 稳定性 36 7N mm2 210 0 965 202 7N mm2 结论 内支撑采用结论 内支撑采用 325 6 325 6钢管满足要求 钢管满足要求 5 5 围堰抗浮计算围堰抗浮计算 围堰浮力为围堰排开水重力 套箱所受的浮力 VF 11 F1 套箱的浮力 1 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 2 V2 n k d 3 142 h1 F2 抗浮力 W1 围堰重量 按100t估计 浮重 3 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 0m21 5m384 28412 22 结论 设计的封底混凝土厚度满足抗浮要求 结论 设计的封底混凝土厚度满足抗浮要求 6 6 封底混凝土计算封底混凝土计算 6 16 1 计算简图及荷载计算简图及荷载 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 6900 157537501575 6900 157537501575 计算简图平面图计算简图平面图 6 26 2 计算结果计算结果 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 拉应力小于结论 从以上应力云图可以看出 拉应力小于1 23Mpa1 23Mpa 压应力小于 压应力小于 11 5Mpa11 5Mpa 封底混凝土的强度满足要求 封底混凝土的强度满足要求 7 7 底板计算底板计算 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 17 1 计算模型计算模型 围堰底板模型轴侧图围堰底板模型轴侧图 7 27 2 计算荷载计算荷载 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 100069001000 q1q2q1 8900 工况工况 1 1 计算荷载简图计算荷载简图 套箱侧壁浮重为 85 322 6 86 74 45 7 85 Gt 2 74 45 12 356 8 9 8 96 9 6 9 qt m 封底混凝土厚 1 5m 其浮容重为 1 4t m3 2 21 4 1 5 1 22 52 qt m 7 2 2 工况 2 荷载计算 100069001000 q1 q2 q1 8900 q3 工况工况 2 2 计算荷载简图计算荷载简图 套箱侧壁浮重为 85 322 6 86 74 45 7 85 Gt 2 74 45 12 356 8 9 8 96 9 6 9 qt m 封底混凝土重量 1 6 9 6 9 1 8 1 8 3 142 1 5 2 4134 75Gt 承台混凝土重量26 25 6 25 2 5 2 5244 1Gt 134 75244 1 27 96 6 9 6 9 qt 排水后浮力为 384 28t 其作用面积为 2 8 9 8 9 1 8 1 8 3 14269 03Am 2 384 28 35 58 69 03 qt m 7 37 3 计算结果计算结果 7 3 17 3 1 工况工况 1 1 计算结果计算结果 面板计算结果 底板面板底板面板 vonvon misesmises stressstress 分布图分布图 结论 由上图看出 底板面板结论 由上图看出 底板面板vonvon misesmises应力为应力为80 5Mpa80 5Mpa 小于 小于215Mpa215Mpa 满足要求 满足要求 I25a 肋板计算结果 底板面板肋板底板面板肋板 vonvon misesmises stressstress 分布图分布图 结论 由上图看出 底板面板肋板结论 由上图看出 底板面板肋板vonvon misesmises应力为应力为29 5Mpa29 5Mpa 小于小于215Mpa215Mpa满足要求 满足要求 L120 6mm 角钢环形肋计算结果 底板面板环肋底板面板环肋 vonvon misesmises stressstress 分布图分布图 结论 由上图看出 底板面板肋板结论 由上图看出 底板面板肋板vonvon misesmises应力为应力为110 8Mpa110 8Mpa 小于小于215Mpa215Mpa满足要求 满足要求 2I56b 工字钢托梁计算结果 底板托梁底板托梁 vonvon misesmises stressstress 分布图分布图 结论 由上图看出 底板面板肋板结论 由上图看出 底板面板肋板vonvon misesmises应力为应力为148 3Mpa148 3Mpa 小于小于215Mpa215Mpa满足要求 满足要求 32 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 max245