长江大桥钢围堰方案报告

1 目目 录录 第一章第一章 工程概述工程概述 第 2 页 第二章第二章 钢围堰结构形式钢围堰结构形式 第 2 页 第三章第三章 计算工况计算工况 第 4 页 第四章第四章 有限元计算模型有限元计算模型 第 5 页 第五章第五章 计算结果计算结果 第 6 页 第六章第六章 锚泊力计算报告锚泊力计算报告 第 37 页 2 第一章第一章 工程概述工程概述 XX 长江二桥位于 XX 县城斜南溪附近 距上游已建 XX 长江大桥约 3 85km XX 长江二桥南岸与 XX 新县城迎宾大道连接 北岸在名山镇新城区 新建文化街落地 并通过地方路网与省道丰垫路 丰忠路实现过境功能连接 工 程全长 2146 1 米 其中 XX 长江二桥长 1466 米 两岸引道长 680 1 米 其中主桥布置为 70 5 215 5 680 245 5 70 5 m 双塔双索面钢箱梁 斜拉桥 全长 1282m 斜拉索在主梁上的纵向标准索距 15 0m 边墩处局部 索距加密至 9 0m 塔侧第一对斜索在主梁上的锚固点距主塔中心线 32 5m 跨中亦设 15m 无索区 1 1 相关依据 1 重庆 XX 长江二桥施工图 2 国家 建设部 交通部颁发的现行桥梁设计 施工规范 施工技术规程 质量检验评定标准及验收办法等 3 施工现场考察及周边环境调查所了解的情况和收集的信息 1 2 结论 从本计算可见 本围堰各计算工况下围堰的结构强度满足有关规范要求 第二章第二章 钢围堰结构形式钢围堰结构形式 采用双壁钢围堰形式 壁厚 2m 主要包括环向桁架 内外壁板 隔舱板 刃脚 竖向加劲肋 填充砼及施工辅助设施等组成 1 环向桁架主弦杆采用 20mm 厚钢板制作 次弦杆采用 10 型钢 环向 桁架 20mm 厚钢板与内外壁板焊接 2 内外壁板根据不同的水头高度 选择 10mm 12mm 和 8mm 三种壁厚的钢 板 3 隔舱板选择 8mm 厚钢板 隔舱板与内外壁板焊接并密封 环向等距平 分钢围堰成 12 个舱体 4 内外壁板竖向加劲肋采用 75x75x6mm 角钢 与内外壁板和环向桁架焊 接 5 施工辅助设施主要包括人员上下通道 带缆构件等 3 双壁钢围堰主要结参数如下 双壁钢围堰主要结参数如下 直径 42 5m 高度 2 墩 47 85 m 3 墩 40 4m 壁厚 2 0m 钢结构自重 2 墩约 3200t 3 墩约 1600t 抽水时钢套箱内外最大水头差 27m 围堰设防水位 175 5 米 围堰顶标高 176 5 米 围堰壁内注水水位 165m 封底混凝土顶面标高 142m 钢围堰总体布置见下图所示 具体结构形式见附图 钢围堰总体布置见下图所示 具体结构形式见附图 2 墩钢围堰总体布置图 4 钢围堰与护筒连接构造图 3 3 墩钢围堰底部无钢护筒及其连接件 底标高为墩钢围堰底部无钢护筒及其连接件 底标高为 136 1m136 1m 其结构形式与 其结构形式与 2 2 墩一致 墩一致 第三章第三章 计算工况计算工况 工况一 注水下沉及着床阶段 钢围堰结构自身主要承受水流力 水头压 力和钢护筒及连接架自重对围堰产生的拖曳力 取 2 墩计算 钢护筒按 12 5m 高 壁厚 14mm 考虑 水头压力主要是围堰舱体内外 12m 水头差形成的 此时荷 载布置如下图 图 1 2 5 工况二 索塔 钢梁施工阶段 承台施工已经完成 此时围堰内填充砼至 标高 148m 只需要对砼顶面以上围堰结构进行验算 图 1 3 第四章第四章 有限元计算模型有限元计算模型 采用有限元结构计算软件 PARTRAN 3 1 有限元模型坐标系 x 轴沿船长方向指向船首方向 y 轴指向船宽 向左舷 z 轴高度方向 3 2 模型的单元网格 有限元模型采用板壳单元 模拟板和 T 型材的腹板 梁单元 模拟板的扶 强材 杆单元 支柱和 T 型材的面板 等 3 3 边界条件 1 工况一 约束沿 X 方向的最大直径的 Y 向位移 约束沿 Y 方向的最大直 径的 X 向位移 约束围堰上部的 Z 向位移 2 工况二 约束至标高 148m 处的 X Y Z 方向位移 6 3 4 单元参数 围堰材料弹性模量 E 2 06X1011 N m2 泊松比 0 3 板材厚度 构件尺寸 详见设计图 3 5 许用应力 N mm2 普通钢 应力类型工况 1 2 正应力或等效应力 235 第五章第五章 计算结果计算结果 1 在施工工况下围堰自身结构计算结果 节段号围堰高度计算工况计算结果 最大值 贴图 见 附录 钢板 8mm 44 6MPa 3 1 钢板 8 12mm 82 1MPa 3 2 钢板 20mm 56 7MPa 3 3 次弦杆 10 147MPa 3 4 0 17 5m 工况一 加劲肋 L75 75 42 5MPa 3 5 钢板 8mm 37 2MPa 4 1 钢板 8 12mm 12 5MPa 4 2 钢板 20mm 39 4MPa 4 3 次弦杆 10 131MPa 4 4 第一节 0 17 5m 工况二 加劲肋 L75 75 80 7MPa 4 5 钢板 12mm 18 7MPa 5 1 钢板 8mm 14 2MPa 5 2 钢板 20mm 40MPa 5 3 次弦杆 10 128MPa 5 4 17 5 25 5m 工况一 加劲肋 L75 75 17 3MPa 5 5 钢板 12mm 16 9MPa6 1 钢板 8mm 12 5MPa6 2 钢板 20mm 39 3MPa6 3 次弦杆 10129MPa6 4 第二节 17 5 25 5m 工况二 加劲肋 L75 7512 2MPa6 5 7 钢板 10mm 20 1MPa 7 1 钢板 8mm 15 2MPa 7 2 钢板 20mm 40 3MPa 7 3 次弦杆 10 129MPa 7 4 25 5 31 5m 工况一 加劲肋 L75 75 12 6MPa 7 5 钢板 10mm 18 3MPa 8 1 钢板 8mm 12 4MPa 8 2 钢板 20mm 39 5MPa 8 3 次弦杆 10 129MPa 8 4 第三节 25 5 31 5m 工况二 加劲肋 L75 75 7 16MPa 8 5 钢板 10mm 25 7MPa 9 1 钢板 8mm 13 8MPa 9 2 钢板 20mm 56 7MPa 9 3 次弦杆 10 118MPa 9 4 31 5 35 5m 工况一 加劲肋 L75 75 14 0MPa 9 5 钢板 10mm 23 7MPa 10 1 钢板 8mm 11 0MPa 10 2 钢板 20mm 55 7MPa 10 3 次弦杆 10 118MPa 10 4 第四节 31 5 35 5m 工况二 加劲肋 L75 75 7 16MPa 10 5 钢板 8mm 33 1MPa 11 1 钢板 8mm 13 2MPa 11 2 钢板 20mm 72 9MPa 11 3 次弦杆 10 111MPa 11 4 35 5 48 3m 工况一 加劲肋 L75 75 19 2MPa 11 5 钢板 8mm 31MPa 12 1 钢板 8mm 9 36MPa 12 2 钢板 20mm 71 7MPa 12 3 次弦杆 10 111MPa 12 4 第五节 35 5 48 3m 工况二 加劲肋 L75 75 10 4MPa 12 5 工况一桁架 10 54 7MPa 13 1 桁架 工况一桁架 I28a 71 1MPa 13 2 工况一 2 85cm 13 3 位移 工况二 2 23mm 13 4 8 5 5 附录附录 有限元模型图 附图 2 1 有限元模型 附图 2 2 桁架模型 9 5 2 应力分布图及变形图 图 3 1 内外围堰壁 图 3 2 隔舱板 10 图 3 3 内外围堰壁加强环板 图 3 4 围堰次弦 11 图 3 5 纵向加强筋 图 4 1 内外围堰壁 12 图 4 2 隔舱板 图 4 3 内外围堰壁加强环板 13 图 4 4 围堰次弦 图 4 5 纵向加强筋 14 图 5 1 内外围堰壁 图 5 2 隔舱板 15 图 5 3 内外围堰壁加强环板 图 5 4 围堰次弦 16 图 5 5 纵向加强筋 图 6 1 内外围堰壁 17 图 6 2 隔舱板 图 6 3 内外围堰壁加强环板 18 图 6 4 围堰次弦 图 6 5 纵向加强筋 19 图 7 1 内外围堰壁 图 7 2 隔舱板 20 图 7 3 内外围堰壁加强环板 图 7 4 围堰次弦 21 图 7 5 纵向加强筋 图 8 1 内外围堰壁 22 图 8 2 隔舱板 图 8 3 内外围堰壁加强环板 23 图 8 4 围堰次弦 图 8 5 纵向加强筋 24 图 9 1 内外围堰壁 9 2 隔舱板 25 图 9 3 内外围堰壁加强环板 图 9 4 围堰次弦 26 图 9 5 纵向加强筋 图 10 1 内外围堰壁 27 图 10 2 隔舱板 图 10 3 内外围堰壁加强环板 28 图 10 4 围堰次弦 图 10 5 纵向加强筋 29 图 11 1 内外围堰壁 图 11 2 隔舱板 30 图 11 3 内外围堰壁加强环板 图 11 4 围堰次弦 31 图 11 5 纵向加强筋 图 12 1 内外围堰壁 32 图 12 2 隔舱板 图 12 3 内外围堰壁加强环板 33 图 12 4 围堰次弦 图 12 5 纵向加强筋 34 图 13 1 部分桁架 图 13 2 部分桁架 35 图 13 3 变形图 图 13 4 位移图 36 2 2 着床后钢围堰整体稳定性计算 着床后钢围堰整体稳定性计算 钢围堰着床处于高水位时段 水位标高为 175m 按最大流速 2m s 计算 此时围堰舱壁内灌满水 依靠围堰自重抵抗水流冲击力 按照 公路桥涵设计通用规范 中作用在桥墩上的流水压力公式 F KA V 2g w 2 0 8 42 5 47 10 2 2 10 2 3196kN 流水压力合力的着力点 假定在设计水位线以下 0 7 倍水深即标高 162m 处 此时 2 墩钢围堰围堰全部自重为 3250t 围堰抗倾覆稳定系数 围堰抗倾覆稳定系数 K1 3250 20 25 319 6 34 5 9K1 3250 20 25 319 6 34 5 9 1 51 5 围堰抗滑移稳定系数 围堰抗滑移稳定系数 K2 3150 0 4 319 6 3 9K2 3150 0 4 319 6 3 9 1 31 3 钢围堰整体稳定性满足要求 3 3 抽水阶段围堰抵抗浮力计算 抽水阶段围堰抵抗浮力计算 取 3 墩钢围堰进行计算 封底后抽水阶段 处于低水位时段 主要对钢围堰的整体稳定性验算 钢 围堰结构受力情况参照其它工况 不再验算 根据工期安排 抽水阶段选择在低水位时间的 6 月份左右进行 此时水位 为 145m 考虑汛期因素 按水位为 155m 计算 围堰内抽水后标高为 142m 3 墩处覆盖层厚薄不均 河床面高低不平 钢围堰封底混凝土厚度平均 按 3m 计算 扣除围堰内 26 根 3 8m 基桩的容积后封底混凝土的自重为 G1 3 3 14 38 52 4 26 3 3 14 3 82 4 2 4 6254t 护筒与封底砼的粘结力 G2 15 3 3 14 3 8 26 13960t 封底混凝土底面受水浮力 F 浮 1 0 3 14 38 52 4 26 3 14 3 82 4 13 11295t 在不考虑封底砼与钢围堰粘结力的情况下 G2 G2 20212t F 浮 11295t 满足要求 37 第六章第六章 锚泊力计算报告锚泊力计算报告 本计算针对 2 双壁钢围堰最大吃水状态 即吃水为 47 米的情 况 吃水 47m 时 钢围堰受到的水流力 偏安全计算约为 105t 流 速为 1m s 风载忽略 驳船尺度 LXBXT 40mX11mX3m 定位船铁驳和导向船铁驳所受水流力偏安全计算 分别按 5t 计 流速为 1m s 在水流作用下 为保证钢围堰平衡 定位驳船所系钢缆张紧 平衡整个系统的受力 根据附图的锚泊方案 平均分配到定位船铁驳上游钢缆的力 F2 5 10 105 20 2 cos1 5 cos4 cos6 23 4t 实取 F2 25t 如果施工地段适合抛霍尔锚 根据霍尔锚的统计抓力系数 3 6 取抓力系数 3 计算 同时考虑起锚角的影响 那么需要的锚重 为 G1 25 3 0 75 11 1t 锚重应实取 12t 如果用重力锚 根据 水中浮体锚碇力比较研究 河海大学港 口航道及海岸工程学院 的实验数据 菱形体在有起锚角的影响下 的摩擦系数约为 0 5 按摩擦系数 0 5 计算 需要的重力锚重为 G2 25 0 5 50t 实取重力锚重 G2 60t 38 定位船铁驳和导向船铁驳之间的钢缆受力 F1 分析如下 导向船 铁驳收到水流力及下游钢缆预张力 5t 的作用 则根据图示 分 配到定位船铁驳和导向船铁驳间钢缆的力 F1 5 5 5 2 cos8 cos10 7 6t 实取 F1 8t 钢围堰由三层兜缆拉住 钢围堰受力 105t 兜缆受力尽量均匀 分配 则分配到三层兜揽的受力分别为 最下一层兜缆为 f1 中间 层兜缆为 f2 最上层兜缆为 f3 f1 f2 f3 35t 导向船铁驳侧向锚若取 5t 霍尔锚 那么每个锚所能产生的最大 抓力约为 12t 据此计算最小抛锚距离约为 230m 详见附图 保 证其起锚角不至于太大 约为 10 度 定位船船铁驳侧向锚若取 2t 霍尔锚 那么每个锚所能产生的最 大抓力约为 4 5t 据此计算最小抛锚距离约为 200m 详见附图 保证其起锚角不至于太大 约为 10 度 本锚泊系统中所有钢缆均为悬链线 不同钢缆悬链线参数如下 定位船铁驳上游钢缆 43 F2 25t 悬链线参数如下 39 定位船铁驳和导向船铁驳间钢缆 36 F1 8t 悬链线参数如下 最底层兜缆 36 f1 35t 悬链线参数如下 中间层兜缆 36 f2 35t 悬链线参数如下 40 最上层兜缆 36 f3 35t 悬链线参数如下 导向船铁驳下游钢缆 36 预张力 5t 其悬链线参数如下 导向船铁驳侧向钢缆 36 水平张力 12t 其悬链线参数如下 41 定位船铁驳侧向钢缆 32 水平张力 4 5t 其悬链线参数如下 围堰下沉过程中 由最小吃水到最大吃水 钢丝绳悬链线长度 变化甚微 但张力变化较大 通过现场调解绞车来实现钢丝绳张力 的变化 考虑围堰在下沉过程中可能需要移位 可以调节围堰下游的钢 缆 围堰下游钢缆可以有一段卧底 可取卧底长度 75m 悬链线切 点位置 大约在离驳船末端 325m 处 钢丝绳的预张力可以通过放 绳长度来控制 42 围堰锚碇系统平面布置图 桥 梁 中 心 线 下游 导向船1200T铁驳 8T霍尔式铁锚 8T霍尔式铁锚 8T霍尔式铁锚 8T霍尔式铁锚 8T霍尔式铁锚 8T霍尔式铁锚 D60 D80锚链L 25m 计算按D60来 43钢丝绳 D60 D80锚链L 25m 计算按D60来 43钢丝绳 D60 D80锚链L 25m 计算按D60来 43钢丝绳 上游 定位船400T铁驳 导向船1200T铁驳 5T霍尔式铁锚 D50 D60锚链L 25m 36钢丝绳 拉缆 36钢丝绳 拉缆 36钢丝绳 兜缆 36钢丝绳 两层 拼装驳船 河床底 128 0 水位 175 0 限位器 第二层兜缆 36钢丝绳 第一层兜缆 36钢丝绳 顶兜缆 36钢丝绳 固定在定位船上 定