双壁钢围堰计算书.doc

州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰计算书编制人： 复核人： 审核人： 中铁建工集团州河特大桥项目经理部二O一O年八月目 录1 双壁钢围堰设计概况12 检算内容22.1双壁钢围堰施工检算内容22.2力学性能参数23 检算过程23.1加工阶段23.2浮运阶段23.3壁内砼浇筑阶段183.4下沉阶段193.5 承台施工阶段19州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰计算书1 双壁钢围堰设计概况1.1双壁钢围堰结构设计州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰采用圆形双薄壁钢结构，钢围堰内直径为25.4m（较承台对角线每侧大100cm），外径27.4m，壁间厚度100cm。钢板厚度为6mm，竖向主龙骨采用75508角钢，横向主龙骨采用636角钢，横向主龙骨间采用10mm扁钢加强，壁间斜撑采用758角钢。平面分八块，块间用6mm厚钢板设置隔仓板，底节预制高度为3m，以上节预制高度为4.5m。单块钢围堰吊装最大重量约7.5t。块与块之间、节与节之间相连均采用焊接。州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰统计表序号项目单位5#墩6#墩备注1承台底标高(m)m258.01258.142承台尺寸(m*m*m)m17.7*14*3.517.7*14*3.53围堰内直径m25.425.44钢围堰外直径m27.427.45钢围堰壁厚cm1001006围堰顶面标高m3.003.007围堰底面标高m-13.50-13.508双壁钢围堰总高度m16.5016.509双壁钢围堰分节高度m3+4.5*33+4.5*310钢围堰重量t284.166284.16611钢围堰封底砼厚度m2.52.512封底砼数量m31266.11266.1为保证双壁钢围堰有足够的钢度和下沉重量，5#、6#墩双壁钢围堰内壁填充河砂。1.4施工方法由于5#、6#墩承台位于州河河道中，河沙覆盖层厚度为0.5-2米，根据水下摸底情况得知地势较为平坦，方便了钢围堰的下沉。 2 检算内容2.1双壁钢围堰施工检算内容(1) 加工阶段(2) 浮运阶段结构强度、刚度、稳定性和围堰的整体稳定性(3) 就位后壁内填筑阶段(4) 下沉阶段(5) 承台施工阶段2.2力学性能参数本方案中所选用钢材钢号均为A3（Q235A），力学性能按以下规定计算：（1）弹性模量E=210GPa（2）抗弯容许应力1.3w=1.3x145=188.5MPa（3）抗剪容许应力1.3=1.3x85=110.5MPa（4）轴向容许应力1.3=1.3x140=182MPa3 检算过程3.1加工阶段双壁钢围堰在岸边加工场制作加工，并设四座胎模，以保证加工精度。钢围堰底节在临时码头上拼装焊制成形后，采用2台浮吊和2台汽车吊整体起吊下水。不需进行检算。3.2浮运阶段钢围堰壁内为8块空腔，围堰下水后，利用其自身浮力悬浮在水面上，其在水中的受力状态如下图所示：图1浮运阶段受力图3.2.1工况分析考虑到5#、6#墩均采用围堰分节拼装法施工，钢围堰浮运可分为 3种工况： 工况一：3m底节双壁钢围堰浮运至设计墩位处，即3m底节围堰浮运计算； 工况二：3节双壁钢围堰拼装完毕开始浮运，即13.5m高双壁钢围堰浮运计算； 工况三：4节双壁钢围堰在基坑中漂浮状态，即16.5m高双壁钢围堰浮运计算；下面就这三种工况分别进行检算。3.2.2 3m底节钢围堰浮运计算设围堰内壁内注水高度，围堰壁内外水位差为h1,重心离底边的距离为h2，浮心离底面的距离为h3，如下图所示：(1)整体稳定性计算壁内外水位差计算：底3m节钢围堰自重为：554.27KNF浮G，即：g排Gg(（R22）1)G上式中：R：围堰外壁半径，r为围堰内壁半径，1为围堰壁内外水位差经计算得10.69m重心位置计算围堰的平均密度假设围堰厚度为b,则重心高度为:经过计算其重心高度为：浮心位置计算浮心高度为：定倾半径计算：围堰的定倾半径计算，围堰排开水的体积如下图所示：定倾半径J：围堰浮正位置的吃水线包围的面积对其纵轴的惯性矩，V：围堰排开水的体积整体稳定性计算根据浮体的稳定条件，需满足以下条件：将以上结果代如上式可得：h2+12.074h+5.3840解上述方程得，h-0.60m (x=)即当底节围堰壁内不注入水都可保证其稳定。所以底节双壁钢围堰整体稳定性完全可以满足要求。(2)结构计算：围堰悬浮于水中时，其受力如图一所示，围堰壁内水面以下受水的均布压力，内外壁上的压强为Pgh0.69104Pa围堰结构如下图：图二围堰结构示意图竖肋N2计算：竖肋N2受两侧钢板的水压力，如右图：压力FPS0.471040.50.5822.01 kNN2杆件为75508角钢计算模型如右图：F/L=2.01/0.54.02kN/m跨中弯矩为：ML2/8=0.126kNm跨中处应力（满足要求）支座反力RA=1.00kN横肋N5计算双壁钢围堰为圆形结构，横肋各截面仅受压力，不受剪力，满足受力要求。斜撑N6计算：钢围堰内N6杆件受力可为简化为一桁架，B节点处受力如下图：FPs=0.6910420.58218.03kNAB、BC杆为75x8角钢，AC杆件均为636角钢。计算受力模型输入可得桁架受力如上图：由以上计算结果可知，AC杆件受拉力，AB、BC杆所受相同压力，故需对此二根杆件进行检算。a)AC杆：最大正应力（满足要求）此杆件只受拉力，为二力杆件，无需检算其他项目。b)AB杆：此杆为受压杆件，需检算稳定性。组合截面的性质计算稳定性检算自由长度：面内：lx0.8l00.8*9072cm， 面外：lyl090cm i. 对x轴压弯稳定性检算自由长度lx=72cm 查表得：故得：ii. 对y轴压弯稳定性检算自由长度ly=90cm 查表得：故得：(3)围堰内外壁钢模板计算：a) 强度验算按内外水头差0.5m计算，取围堰内模板最大侧压力选用模板区格中三面固结、一面简支的最不利情况进行计算。其中-为围堰壁模板竖肋间距-为围堰壁模板横肋间距查路桥施工计算手册附录二可得： 取1mm宽的板条作为计算单元，荷载为：求支座弯矩： 式中取和中的较小者设计钢围堰底节面板厚度为6mm，截面系数:求跨中弯矩： 式中取和中的较小者钢板的泊松比，故需换算为: 跨中应力检算： （满足要求）3.2.3 12m节钢围堰浮运计算(1)整体稳定性计算设围堰内壁内注水高度，围堰壁内外水位差为h1,重心离底边的距离为h2，浮心离底面的距离为h3，如下图所示壁内外水位差计算：12m钢围堰自重为：1730.02KN浮G，即：g排Gg(（R22）1)G上式中：R：围堰外壁半径，r为围堰内壁半径，1为围堰壁内外水位差经计算得11.56m重心位置计算围堰的平均密度112（6-h2）水h（h2-0.5h）经过计算其重心高度为：浮心位置计算浮心高度为：定倾半径计算：围堰的定倾半径计算，围堰排开水的体积如下图所示：定倾半径J：围堰浮正位置的吃水线包围的面积对其纵轴的惯性矩，V：围堰排开水的体积整体稳定性计算根据浮体的稳定条件，需满足以下条件：将以上结果代如上式可得：h2+15.02h-0.390解上述方程得，h-0.03m即当13.5m高钢围堰壁内不注水都可以保证其浮运过程中整体稳定性。(2)结构计算：围堰悬浮于水中时，其受力如图一所示，围堰壁内水面以下受水的均布压力，内外壁上的压强为Pgh1.56104Pa围堰结构如下图：图二围堰结构示意图竖肋N1计算：杆件N1受两侧钢板的水压力，如右图：压力FPS1.561040.50.5824.54KN计算模型如右图：F/L=4.54/0.59.08kN/m计算跨中弯矩为：跨中处应力（满足要求）支座反力RA=4.54KN横肋N2计算双壁钢围堰为圆形结构，横肋各截面仅受压力，不受剪力，满足受力要求。N4龙骨计算：钢围堰内N4杆件受力可为简化为一桁架，B节点处受力如下图：FPs=1.5610420.58218.2KNAB、BC杆为75x8角钢，AC杆件均为636角钢。 计算受力模型可得桁架受力如上图：由以上计算结果可知，AC杆件受拉力，AB、BC杆所受相同压力，故需对此二根杆件进行检算。a)AC杆：最大正应力（满足要求）此杆件只受拉力，为二力杆件，无需检算其他项目。b)AB杆：此杆为受压杆件，需检算稳定性。组合截面的性质计算稳定性检算自由长度：面内：lx0.8l00.8*9072cm， 面外：lyl090cm i. 对x轴压弯稳定性检算自由长度lx=72cm 查表得：故得：ii. 对y轴压弯稳定性检算自由长度ly=90cm 查表得：故得：（3）围堰内外壁钢模板计算：a) 强度验算按内外水头差1.56m计算，取围堰内模板最大侧压力选用模板区格中三面固结、一面简支的最不利情况进行计算。其中-为围堰壁模板竖肋间距-为围堰壁模板横肋间距查路桥施工计算手册附录二可得： 取1mm宽的板条作为计算单元，荷载为：支座处弯矩： 式中取和中的较小者设计面板厚度为3mm，截面系数:求跨中弯矩： 式中取和中的较小者钢板的泊松比，故需换算为: 跨中应力检算： （满足要求）3.2.3 16.5m节钢围堰浮运计算(1)整体稳定性计算设围堰内壁内注水高度，围堰壁内外水位差为h1,重心离底边的距离为h2，浮心离底面的距离为h3，如下图所示壁内外水位差计算：16.5m钢围堰自重为：284.2KN浮G，即：g排Gg(（R22）1)G上式中：R：围堰外壁半径，r为围堰内壁半径，1为围堰壁内外水位差经计算得12.12m重心位置计算围堰的平均密度112（6-h2）水h（h2-0.5h）经过计算其重心高度为：浮心位置计算浮心高度为：定倾半径计算：围堰的定倾半径计算，围堰排开水的体积如下图所示：定倾半径J：围堰浮正位置的吃水线包围的面积对其纵轴的惯性矩，V：围堰排开水的体积整体稳定性计算根据浮体的稳定条件，需满足以下条件：将以上结果代如上式可得：h2+15.74h+0.970解上述方程得，h-0.1m即当16.5m双壁钢围堰壁内不注水都可保证其浮运过程中整体稳定性。(2)结构计算：围堰悬浮于水中时，其受力如图一所示，围堰壁内水面以下受水的均布压力，内外壁上的压强为Pgh2.12104Pa围堰结构如下图：图二围堰结构示意图竖肋N1计算：杆件N1受两侧钢板的水压力，如右图：压力FPS2.121040.50.5826.17KN计算模型如右图：F/L=6.17/0.512.34kN/m计算跨中弯矩为：跨中处应力（满足要求）支座反力RA=6.17KN横肋N2计算双壁钢围堰为圆形结构，横肋各截面仅受压力，不受剪力，满足受力要求。N4龙骨计算：钢围堰内N4杆件受力可为简化为一桁架，B节点处受力如下图：FPs=2.1210420.58224.7KNAB、BC杆为75x8角钢，AC杆件均为636角钢。计算受力模型可得桁架受力如上图：由以上计算结果可知，AC杆件受拉力，AB、BC杆所受相同压力，故需对此二根杆件进行检算。a)AC杆：最大正应力（满足要求）此杆件只受拉力，为二力杆件，无需检算其他项目。b)AB杆：此杆为受压杆件，需检算稳定性。组合截面的性质计算稳定性检算自由长度：面内：lx0.8l00.8*9072cm， 面外：lyl090cm i. 对x轴压弯稳定性检算自由长度lx=72cm 查表得：故得：ii. 对y轴压弯稳定性检算自由长度ly=90cm 查表得：故得： (3)围堰内外壁钢模板计算：强度验算按内外水头差2.12m计算，取围堰内模板最大侧压力选用模板区格中三面固结、一面简支的最不利情况进行计算。其中-为围堰壁模板竖肋间距-为围堰壁模板横肋间距查路桥施工计算手册附录二可得： 取1mm宽的板条作为计算单元，荷载为：支座处弯矩： 式中取和中的较小者设计面板厚度为3mm，截面系数:求跨中弯矩： 式中取和中的较小者钢板的泊松比，故需换算为: 跨中应力检算： （满足要求）3.3壁内砼浇筑阶段壁内填充采用泵送砼，向壁内中供料方式采用导管水下灌注：1) 新浇砼对模板的侧压力：P10.22ct012 0.2215101.21 31.3KN/m2c：新浇砼在水中的容重；t0：新浇砼的初凝时间（h）；1：外加剂影响修正系数；2：坍落度影响修正系数；V：砼浇筑速度（m/h）,按每小时供应砼50方，取0.625；又： P1cHH：为有效压头高度； 按规范取其中的较小值P1=2) 倾倒混凝土时对垂直面板的侧压力：由此可计算出每个框架单元上砼的侧压力FF=(P1+ P2)S=14.60.5820.5=4.2kNS：框架单元面积,取最大框架单元为最不利 焊缝计算初拟框架单元钢板与角钢采用角焊缝满焊连接；a) 焊脚尺寸的选择： 要满足 取b) 焊缝长度的计算：框架四周角钢及扁钢与围堰钢板之间焊接采用焊十留八的原则，即每间隔8cm焊10cm。c) 焊缝强度的检算： （满足要求）3.4下沉阶段由于5#、6#墩钢围堰不存在岩土层的摩阻问题,所以下沉阶段无需计算。3.5 承台施工阶段双壁钢围堰抽干水进入施工承台阶段，双壁钢围堰需进行两方面的检算，即抗浮检算和自身强度检算。(1) 钢围堰抗浮检算5#、6#按全浮力检算。F浮gV排1.01031016.3215.5129376.9KN双壁钢围堰及壁内砂重量：G1=(284.166+2.5x3.14x(16.32-15.52)x16.5)x10=35792.82KN封底砼重量：G2=2.5x3.14x15.5x15.5x2.5x10=47149KN钢围堰所受浮力与(G1+G2)差值:G= F浮-G1-G2=46435KN20根桩基钢护筒内外壁与桩基砼和封底砼之间的极限摩