黄冈桥第二套围堰计算书(签字版本).doc

黄冈公铁两用长江大桥主墩围堰B版设计计算黄冈公铁两用长江大桥工程 主 墩 围 堰 设 计 计 算计 算：复 核：室 主 任：总工程师：中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部2009年12月目 录1、围堰结构21.1、围堰的组成部分21.2、围堰相关参数31.3、主要施工步骤及计算内容32、计算依据33、工况分析34、围堰结构计算44.1、双壁侧板44.2、底龙骨144.3、内支架154.4、围堰封底混凝土计算205、结论251、围堰结构1.1、围堰的组成部分、双壁侧板、底板及龙骨、底隔仓、内支架、吊杆、上、下固定导环、活动导环围堰总图1.2、围堰相关参数、围堰外轮廓尺寸：38.4m(宽)55.4m(长)。其中：底节16.5m。、围堰底节重：约2577t（不含挂桩等）。、钢材力学性能：允许抗拉、抗压和抗弯应力=170MPa； 工厂贴角焊缝抗拉、抗压和抗剪=100 MPa；工地手工焊缝抗剪=80MPa；1.3、主要施工步骤及计算内容序号施工步骤计算内容1围堰浮运到位，灌砼下沉至设计标高1）下水时的吃水深度和侧板的验算2围堰封底、抽水1）封底时的龙骨即吊杆验算2）抽水后的侧板及内支撑验算3）围堰抗浮验算4）抽水后封底混凝土强度验算3浇注第一层承台1）封底混凝土验算4内支架拆除后塔柱施工2）侧板计算2、计算依据（1）黄冈公铁两用长江大桥主塔墩基础结构图。（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。 （3）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000）。（4）钢结构设计规范(GB50017-2003)。 3、工况分析工况一：围堰底节整体浮运到墩位后，精确定位后插打定位钢护筒底隔舱面积706m2，双壁面积338 m2围堰吃水深度:2577/(706+338)=2.46m侧板内外壁承受对压水头荷载。工况二：围堰作为钻孔平台，进行钻孔桩施工钢吊箱由12根定位钢护筒承载，钻孔过程中双壁隔舱灌水高度根据根据水位变化相应调节。工况三：钻孔桩全部施工完成后，根据现场水位考虑是否接高围堰顶节，下放至设计标高工况四：浇注封底混凝土工况五：抽水，浇注第一层承台工况六：浇注第二层承台工况七：拆除内支架，进行塔柱施工4、围堰结构计算4.1、双壁侧板a、围堰壁板围堰壁板采用=6mm，L75506mm角钢加劲。加劲肋布置：最大间距为350mm，跨度有800、1000mm。考虑50倍6mm板参与共同受力，其截面特性为：A=2520mm2I=1885940mm4 W=30069mm3（1）1000段加劲肋允许最大水头:由 (加劲肋按Mmax=1/10qL2计算)则壁板加劲肋允许最大水头为:由得双壁板允许最大水头为:故1000mm段壁板允许水头为13.3m。（2）800段加劲肋允许最大水头:由 (加劲肋按Mmax=1/10qL2计算)则壁板加劲肋允许最大水头为:由得双壁板允许最大水头为:故800mm段壁板允许水头为21m。b、围堰水平环及内支架计算围堰水平环受力控制工况为工况五,采用midas软件建立1/4整体模型，壁板内灌注的混凝土采用实体单元，面板采用加劲板单元，其余为梁单元，模型图如下所示：高水位+20.0m，双壁内灌注混凝土假定6.5m高，标高位置+5.5m，此时水头差20-5.5=14.5m，要求单壁最大水头9m，故按五种情况检算：（1）内、外壁各7.25m水头；（2）内壁5.5m水头，外壁9m水头；（3）内壁9m水头，外壁5.5m水头；（4）围堰下沉工况；（5）拆除内支架，塔柱施工。围堰计算1/4模型图（1）内、外壁各7.25m水头计算得到水平环最大应力(绝对值)如下表所示：表1-1 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）非内支架对应位置内支架对应位置3098.666.5188(未计加强板)1/4结构水平环组合应力图（Mpa）1/4围堰双壁内桁架轴力图（t）杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-11.6-18.2A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-165-140是否满足要求满足满足隔舱板最大应力为127MPa，隔舱板应力图如下隔舱应力图（2）内壁5.5m水头，外壁9m水头计算得到水平环最大应力(绝对值)如下表所示：表1-2 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）非内支架对应位置内支架对应位置2910667.8174(未计加强板)1/4结构水平环组合应力图（Mpa）围堰双壁内桁架轴力图（t）杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-11.8-17.3A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-168-133是否满足要求满足满足隔舱板最大应力为117MPa。隔舱应力图（3）内壁9m水头，外壁5.5m水头计算得到水平环最大应力如下表所示：表1-3 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）非内支架对应位置内支架对应位置26.7105.590.8196(未计加强板)水平环组合应力图围堰双壁内桁架轴力图（t）杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-11.5-18.8A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-165-145是否满足要求满足满足隔舱板最大组合应力为143MPa。隔舱板组合应力图（4） 围堰下沉工况侧板内外壁承受对压水头取值为h=9.0m。计算得到水平环最大应力如下表所示：表1-3 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）169.380.974.3杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-10.8-6.7A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-154.7-51.6是否满足要求满足满足水平环组合应力图围堰双壁内桁架轴力图（t）（5） 拆除内支架，塔柱施工拆除内支架之前，可使双壁内水位高于承台顶部标高4.5m，即调节双壁内水位标高保证双壁内水位标高在+13.5m左右，水位+20m进行检算。侧板承受水头外壁为h=20-13.5=6.5m，内壁13.5-9=4.5m。计算得到水平环最大应力如下表所示：表1-3 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）33.572.5136由计算得到双壁内桁架轴力及隔舱版受力不满足要求，故塔柱施工时需要设置临时支撑。4.2、底龙骨龙骨截面为HN5002001016，所受荷载有：混凝土自重、浮力、底板及自身的重力；混凝土自重与浮力的合力为4.6t/m2(作用在底板上)。建立1/2整体模型，龙骨局部位置加强后，计算得到龙骨最大应力值为154.5MPa，吊点位置处最大反力为98.3t，龙骨应力图及吊杆轴力图如下图所示：1/2龙骨应力图1/2结构吊点轴力图4.3、内支架内支架上下弦杆采用HM488x300型钢，斜杆采用228b截面，竖杆采用225b截面，平联采用2L100x10截面。内支架高3.0m。a、围堰挂桩工况布置6台钻机，每台钻机及其钻具按150t计。侧板及底隔舱共重1003t，其自重主要由浮力平衡（侧板内外壁间的面积为338m2，则需控制侧板壁板内水头比壁板外水头低3.0m以上）；底板、底龙骨重量为285t，该重量由吊杆承担，加上吊杆自身重量155.4t，吊杆总数为136根，则每个吊杆力为1.2t。考虑水头变化影响，侧板按照30%压重作用在内支架上，水流流速按照4m/s计算得到每个定位桩处水平力61t。 计算模型如下图所示：围堰挂桩工况1/2计算模型（钻机第一次循环）内支架斜杆与竖杆杆件性能表截面特性228b(背靠背)228b（相扣）225b面积A（mm2）903190317895i（mm）36.467.735.7计算长度l(mm）360536053000长细比99.0453.284.03稳定系数0.5610.8420.661计算结果见下表所示：循环次数HM488最大组合应力（Mpa）2L10010最大组合应力（Mpa）228b轴力228b应力225b内力225b应力最大拉力（t）最大压力（t）拉应力（Mpa）稳定压应力（Mpa）最大拉力（t）最大压力（t）拉应力（Mpa）稳定压应力（Mpa）第一次71.579.636-39.440-77.84.5-20.35-39第二次91.584.544.2-55.848.72-109.553.3-32.34.18-61.9第三次10277.350-60.355.36-119.024.2-34.85.32-66.7第四次72.642.156.7-68.162.78-134.426-31.87.60-61第五次75.434.756.1-67.762.12-133.633.3-31.94.18-61第六次773657.4-6963.56-136.193.4-31.84.31-61b、围堰封底吊挂工况围堰封底时，按每根吊杆受力100t计算，由程序计算得到HM488最大组合应力（Mpa）2L10010最大组合应力（Mpa）228b内力228b应力225b内力225b应力最大拉力（t）最大压力（t）拉应力（Mpa）稳定压应力（Mpa）最大拉力（t）最大压力（t）拉应力（Mpa）稳定压应力（Mpa）12835.9148-103163.9-135.520.7-10.826.22-20.691/4封底吊挂工况内支架腹杆轴力图（t）c、围堰封底完成后抽水工况建立如下图所示的1/4整体模型，按+20.0m的设计水位对底层内支架进行验算。计算模型如下图所示：则程序计算得到2L10010杆件组合应力：max=58MPa，min=-68.8MPaHM488300杆件组合应力：max=19MPa，min=-137.5MPa228b杆件组合应力： max=27.3MPa，min=-63.2MPa225b杆件组合应力： max=3.6MPa，min=-52MPa内支架底层杆件轴力图（t）（最大轴力值为-119t）内支架顶层杆件Mx图（tm）（最大Mx值为10.1tm）内支架顶层杆件My图（tm）（绝对值最大My值为3.0tm）验算H488x300杆件强度与稳定：取上述杆件的各种内力的最大值进行验算。Nc=-119tMx=10.1tm，My=3.0tmA =164.44cm2Wx=2926.2cm3，Wy=541 cm3ix=20.8cm，iy=7.0cmLx=400.0cm，Ly=200.0cmx=Lx/ix=400.0/20.8=19，y=Ly/iy=200.0/7=29查表可得 x=0.983，y=0.939=8574t，=3680t=1.05，=1.2=1.0=1.0=1.05，=1.0因此内支架上、下弦强度及整体稳定满足要求。4.4、围堰封底混凝土计算a、围堰整体抗浮验算黄冈桥围堰整体抗浮计算序号参 数参数值备注1护筒外径D（m）3.22承台桩数n（根）313施工水位（m）184双壁顶高程（m）15.55围堰底高程（m）-16承台顶高程97水头差H（m）198封底厚度h1（m）3.59围堰外轮廓底面积A0（m2）208410孔面积A1（m2）249.190411围堰底面积（去孔后）A= A0- A1（m2）1834.809612围堰侧板底面积A（m2）33813围堰封底内圈面积A= A0- A（m2）174614侧板内混凝土高度h2（m）6.515侧板内充水高度h3（m）916浮力F= HA（t）34861.3817围堰自重G1（t）230018封底混凝土自重G2=2.3x A h1（t）14055.319侧板内混凝土自重G3=2.3x A h2（t）5053.120侧板内充水自重G4=1.0x A h3（t）304221混凝土与护筒粘结力抗浮计算取值（t/m2）1522护筒粘结力T=nD(h1-0.2)（t）15418.66 23G1+ G2+ G3+ G4（t）24450.424抗浮安全系数K=(T+G)/F1.14 由上表可知，按3.5m的封底混凝土厚度，侧板内充水9m时，+18m抽水水位计算时围堰整体抗浮计算满足要求。b、护筒粘结力按照抽水水位+18m计算，建立封底混凝土及桩的空间数值模型，取18m的桩长，如下图所示。计算按上表的参数进行，考虑了围堰自重、封底混凝土自重、侧板内混凝土自重和侧板内充水自重等的影响。允许粘结力取值为15.0t /m2。计算模型图封底混凝土截面图由桩底反力减去桩身自重后，可得到桩与封底混凝土的粘结力。计算结果如下表所示：桩号粘结力（t）钢护筒直径（m)单位面积允许粘结力(t/m2)封底混凝土高度（m）粘结应力（t/m2)是否满足要求1478.63.2153.514.43满足23663.2153.511.04满足33443.2153.510.37满足4470.83.2153.514.20满足5520.13.2153.515.69不满足6505.23.2153.515.24不满足7500.83.2153.515.10不满足8380.23.2153.511.47满足9511.43.2153.515.42不满足10532.53.2153.516.06不满足11534.43.2153.516.12不满足由以上计算结果可知局部粘结力不满足要求，需要局部处理。C、封底混凝土应力经计算得到封底混凝土最大主拉应力为0.71MPa。封底混凝土应力满足受力要求。主拉应力图见下图所示：封底混凝土主拉应力（MPa）b、其它不同水位与不同封底厚度时封底混凝土的应力以及护筒的粘结力封底混凝土