承台钢套箱设计计算书

1、水中承台施工方案经调查分析，桥位处施工水位拟定是为5.0m。围堰的顶标高为施工水位+0.5安全高度+0.2m波浪高约 5.7m.如下图所示:竖向肋为：I 14a 500-2.3m面板四周设140X140X10角钢与相邻面板连接，连接螺栓开孔中22mm,孔距 150mm 单排,螺栓 M 20*65mm钢套箱拟设三层围令，上层围令设置标高4.5m处为内围令；中层围令设置标高 2.5m处为外围令，下层围令设置标高 0.7m处为外 围令。两层外围令旨在方便承台的施工。 尽量缩短承台工期，且两道外围令 均在河床面上，日后由潜水工切割，将其回收。一、设计依据1、仪扬河大桥施工图设计;2、实测河床断面图；3

2、、历年的水文资料；4、各种桥涵设计、施工规范和设计计算手册；二、方案可行性研究及其对策1 、筑岛围堰：根据施工图设计，主墩承台顶面在河床面以上，墩位处水深5.0m左右。如采用土围堰（包括草袋土围堰或木桩土围堰）， 则围堰较高，必须将围堰做得很大。这样压缩航道不但对航运产生不利影响，且工程量很大，费工费时，土壤又缺乏，无论是从工期还是造价上均不够合理，同时在施工过程中还存在巨大风险，故此方案不能采纳。2、钢套箱围堰：利用钢管桩脚手平台拼装，下沉钢套箱比较方便，而且钢套箱仅需下沉2.5m左右是完全可能的。在本桥的地质条件下， 下沉2.5m最好采用单壁钢套箱，由于本身自重虽较小，但下沉较浅， 这完全

3、是可能的。且单壁钢围堰待承台浇筑后又能回收利用，经济上及工期上均是合理的。综上，最后研究决定，采用单壁钢围堰施工承台。三、套箱围堰平面尺寸及标高的确定1 、套箱围堰的标高拟定顶标高：根据历年水文资料及一般以十年一遇的水位作为施工水位，故将施工水位定为 5.0m,因流速不大，只考虑0.7m安全高度，所以套箱围堰顶标高为5.7m；底标高：承台底标高为0.0m,封底混凝土厚度拟定为1.2m,围堰吸泥下沉后用蛇皮袋装粘土铺平的处理高度约为0.3m,再考虑套箱的底脚切入河床表面0.8m,则底脚标高应为-2.3m。套箱围堰总高度为h=5.7(-2.3) =8.0m2、套箱围堰平面尺寸的拟定套箱围堰下沉至设

4、计标高后封底抽水，变水中施工为陆上施工，同时套箱又兼作浇筑承台的外模。为了保证承台轴线的精确，故在承台外缘放出5cm， 作为钢套箱在下沉时的偏差余量，所以在设计钢套箱围堰时，平面净尺寸为：净(16.5+2X0.05) X ( 7.7+2X0.05) =16.60X7.8m。套箱围堰总高8.0m,拟分为上下两层。底层高3m,上层高 5m。四、承台施工流程图:- 2 - / 18整修五、钢套箱设计计算- 11 - / 181、面板设计计算 1）重量分块计算按现在的25T吊机和8m左右的吊距，宜将板块重量控制在 5.0T以内。钢围堰平面尺寸如下图所示：I-!L!1|1_nrnr41504150415

5、0415016600钢套箱总高度8.0m,上层套箱高度5.0m.块件估重：按保守估计，每平方最多不超过 180Kg,G=4.15X 5.0X 0.18T/m2 = 3.74T<5.0T。2）面板的强度和刚度验算钢套箱面板在拼装过程中及吸泥下沉过程，只需控制好内外水头，使之相等，面板的受力很小，在上述工况下可以不作验算，只是在封底抽水后，内外形成压力差，在此工况下，对面板需进行强度和刚度的 验算。（1）套箱面板强度验算:套箱的纵横向加劲肋间距均为 50cm,面板厚度3= 8mm,最大水深 h = 5.0m,面板上水侧压力只有在封底抽水后形成，其最大水头差 h = 5.0 0.7=4.3m。

6、视面板为四周固结:P=rXh=1.0*4.3=43Kpa将面板压力简化为阶梯荷载时:P= rx (h 0.5/2)=40.5Kpa面板 Li=L2=50cmLi/L2=1<2应按双向板计算利用建筑结构静力计算手册表 4-4当产0时，(h为泊桑比)Mx=My = 0.0176X ql2= 0.0176X 4.05X 0.52= 0.0178t mMX =My = 0.0513X ql2= 0.0513X 4.05X 0.52 = 0.0519t mMx = My = Mx+ My = 1.3MxXl780= 2314 kg cmW= Ixbx h2 = -x 50X0.62 = 3cm2

7、66max=M1/W = 2314+3 = 771 kg /cm2max= M2/W = 5190-3 = 1730 kg /cm2< 1.3 = 1885 kg /cm2注：临时结构取1.3的容许应力增大系数(2)下层套箱面板强度验算下层套箱3.0m高，在封底 抽水后，除了顶部0.7m高，受 到水侧压力外，下面的2.3m则 埋入地下或是在封底混凝土的 高度范围内不受力。如图所示：最大水头差：h=5.00.2 =U 胆 He。区 43日 -，?4,5m7 2,5m17的承台X7 -12n' . -14.8m,将面板上压力简化为阶梯荷载时:0 45P=rx (h045) =4.58

8、t/2m2面板 L1 = 50cm; L1=45cm; L1/L2=0.9查表可得:Mx=0.0221qL22 = 0.0205t m1Vly = 0.0165qL22 = 0.0153t mMX = -0.0588qL22= 0.0545t . mMX = M x + WM y= 0.0205+ 1.3X0.0153= 0.0404t mmax =M/W =4040/3= 1347 kg/cm2<1.3 = 1885 kg /cm2max=M0/W = 5450/3= 1816 kg/cm2< 1.3 = 1885 kg/cm2(3)面板的刚度验算查表 4-4： f = 0.01

9、27ql- Bc= 0.0415X 106+出 口 Eh! 2.1 106 0.63式中：Bc=12 (1 M2)= -(1 0.32)4.05 10 1 504L 50f = 0.0127X=0.77cm< f= = =0.83cm0.0415 106600 600综上计算，面板采用S = 6mm是安全的，经济的。3、竖向龙骨的强度和刚度验算 1)受力分析钢围堰在制造、安装、下沉的过程中，竖向龙骨除了受围堰本身自重 荷载外，基本不受力，只是在封底后，抽水的工况下，外面的水头差 形成的压力，通过面板和横向肋传给竖向龙骨。竖向龙骨作为简支梁 一头由封底混凝土撑着，另一头由围堰内的钢围令支撑

10、着。 为简化计算作如下假定:(1)、面板的水压，只传给横向肋；(2)、横向肋作为集中荷载作用在竖向龙骨上;(3)、面板不参与竖向龙骨的共同作用。2)内力计算(1)横向肋的支点反力：0.5m式中q与该横向肋处的水头压力x 0.5Pi=R 横=1/2ql=0.25q(2)竖向龙骨内力计算F9 P8 P7 P6 P5 P4 P3 P2 Pl7米口石=35R 上 0,3P1=2X 0.25X 0.5X 0.15= 0.0625TP2 = 2X 0.25X 0.5X 0.75= 0.1875TP3=2X0.25X 0.5X 1.25=0.3125TP4=2X0.25X 0.5X 1.75=0.4375T

11、P5=2X0.25X 0.5X 2.25= 0.5625TP6=2X0.25X 0.5X 2.75= 0.6875TP7=2X 0.25X 0.5X 3.25= 0.8125TP8=2X 0.25X 0.5X 3.75= 0.9375TE1=0.5X8=4TP9=2X 0.25X 0.5X 4.25= 1.0625TR' = (0.1875X 0.3+ 0.3125X 0.8+ 0.4375X 1.3+ 0.5625X 1.8+ 0.6875X 2.3+ 0.8125X 2.8 + 0.9375X 3.3 0.0625X 0.2) = 2.322TR ± = E P18-R=

12、 4.0 2.322= 1.678TR=R'+P9= 3.3845TM6=R'X 1.5 0.9375X 1.0 0.8125X 0.5=2.1391：- mM7=R'X 1.0-0.8125X 0.5= 1.825t - m由此可得：Mmax=M6=2.139t mQmax=R=3.385t3)竖向龙骨强度验算拟采用14a为竖向龙骨 W= 80.5 cm 3=2.139 X 105/ 80.5= 2657 kg /cm2 > 1.3 = 1885 kg /cm2,不安全，需选更强大的截面作为龙骨拟选用 I14 为竖向龙骨，W=101.7cm3； I = 712c

13、m4； A = 21.5cm2,= 2.139X 105/ 101.7= 2103 kg/cm2> 1.3 =1885 kg /cm2现假定部分面板参与龙骨共同受力，考虑到剪力滞的影响，只假定15 cm宽的面板与竖向龙骨共同作用140.6 15 0.3 21.5 (0.6)截面重心求算： x =2= 5.44 cm9 21.5e1 = 5.44-0.3=5.14cm； e2= 7.6-5.44= 2.16 cm；组合截面惯性距 I=9X5.142+712+21.5X 2.162= 1050 cm 4Y= 14.6 5.44=9.16 cm5M 2 139 105=y- Y=3950X9.

14、16= 1866 kg/cm2<1.3 = 1885 kg /cm23.385 106 58.4712 0.55=504.8 kg /cm2< 1.3 = 1.3X 850= 1105kg /cm2通过上述验算，钢套箱面板采用S = 6mm;横肋：1050cm；竖向肋 I1450cm；四边联结L 140X 140X 10 2、钢围令设计计算1)钢围令的布设(1)平面布设(顶层)如下右图所示(2)立面布设如N0.7页中图所示O(D寸o(3)钢围令受力分析 从钢围令立面布设图中, 可以看出底层钢围令在 封底混凝土顶面标高0.0m以上70cm。抽水浇筑承台时，底层套箱面板上水的侧压力基本

15、 上由封底混凝土承受，底层钢围令受力很小，可忽略不计，它的作用 是使底层套箱具有一定的刚度，在套箱下沉的过程中，保持底层套箱 形状而已。抽水后，唯有中层和顶层钢围令受力，现作如下分析计算。(1)围令所受荷载计算q 下=r h = 4.3t - mq 中=r h = 2.5t , mq 上=r h = 0.5t , mR%= (2qq X L6X1.8= 2.79t - mR"Vx22.5/32- 18 - / 18= 25 (2 2.5/3)=1.823t mR 中=口中+田中=2.79+ 1.823= 4.613t - mR 上=(q 中 X L)/2 X (L/3) + 2= 1

16、.3t m(2)围令内力计算2I40aq 二 46 3t/m中层围令内力计算q=4.613 t - ml=16.6+0.14X2+0.4+2 X 0.006=17.272 =17.3ml 22 ,Mmax= q=4.613X17.3 /8=172.6 t m由于外围令的跨度大，算出的 Mmax很大，致使2140a远不能承受此弯矩，故在套箱内加一撑杆，将该围令的长边一分为二（即跨度缩 小一半），计算简图如下CR'b =现=5 4.613 8.6588q4.613t/rq-4.613t/ni=24.94TRb=2 R'b=2X24.94=49.87T2 2Mmax= 9q = -9

17、-X 4.613 x 8.65 2=24.27 t m 128128Mb=- 1ql 2=-1 x 4.613 x 8.65 2=-43.14 t m 88以Mb=-43.14 t - m作为中层围令的强度检算以Rb=49.87T= 50T作为荷载进行撑杆设计。上层围令的内力计算：132aW=692.5cm3该围令杆件较多，计算较复杂。现假定斜撑失效，只是拉杆，不能受压。则围令的长边即为一个四跨连续梁截面相同，但跨度不同，可利用计算手册中表3-5公式计算因其结构对称，荷载 对称，所以变形也对称。 可以将两跨连续梁转化为 单跨梁计算。查表得：Ki=2 (I1+I2) =2(3.64+4.5)=1

18、6.28K2=2 (I2+I3) =2(4.5+4.5)=18K3=2 (I3+I4) =2(4.5+3.64)=16.28K4= K1K2- 122=16.28X 18-4.5 2=272.8K5= K2 K3- 132=18X 16.28-4.5 2=272.8K6= K3 K4- K/32=16.28X272.8-16.28 X4.52=4111.5a1=K5/K6=272.8/4111.5=0.0664a2=K312/K6=16.28X 4.5/4111.5=0.0178a3=121，K6=4.5X 4.5 /4111.5=0.00493a4=K3K/K6=16.28X 16.28/4

19、111.5=0.0645a5=13K"K6=4.5X 16.28/4111.5=0.0178a6=K4/K6=272.8/4111.5=0.0664由表1-9的公式求得：B1量=1.3X 3.64 3/24=2.612 ,24A B2 32/24 4.936； A3 B3 4.936A q% 2.612将上述各值代入表3-5的公式，得：Ni=6(Bi +A2 )=6(2.612+4.936)=45.288冲=63 +A3 )=6(4.963+4.936)=59.232冲=6但 +A4 )=6(4.963+2.162)=545.288所以，M 1=-a1N1+a2N2-a3N3=-0.

20、0664x 45.288+0.0178 x 59.232-0.00493X45.288=-2.176 t - mM2=a2Ni-a4N2+a5N3=0.0178X 45.288-0.0654 x 59.232+0.0178 x45.288=2208 t - mM 3=-a3Ni+a5N2-a6N3=-0.00493X 45.288+0.0178 x 59.232-0.0664X45.288=-2.18 t m理论上M应等于M,现计算出M=-2.208 t m和M3=-2.18 t m略有出入，可被视为是小数取位及多次方程的计算误差，现取大值Mmin=M2=-2.208 t mMma>=-

21、ql 2-M2=- x 1.3 x 4.52-2.208=1.082 t - m88围令的短边为一简支梁M max= - ql2综上计算，长短边上最不利截面应在短边上，Mmax=.09 t m8=1 X 1.3 x 7.488=9.09 t - m(3)钢围令强度验算围令强度验算M 43.14 105W 2 1085选用 2I40a, W=2X1085 cm31988 kg/cm2 > 1885 kg/cm2虽然钢围令撑梁处的外缘应力已超过1.3 打=1885 kg/cm 2但只超出5溢右。况且，在抽水时，钢围令对撑梁的压紧面产生微笑变形使撑梁处的负弯矩值减小；再则，撑梁处是一个面而不是

22、理论上的点，对钢围令的负弯矩也有削峰作用。故认为2I40a是安全的撑梁拟选用S =8mm 0 500的钢管桩(D4 d4)(51.64 504)441195cm6464撑梁为一压杆，现计算其压杆失稳时临界力: 从右侧的计算简图，可在相关资料中差得压杆的临界力Pkp为：9加Pkp2EI/1 = X 2X2,1 X 106X41195/7802=1.403 x 106kg=1403T实际压力RB=50TK=1403/50=28.1 > > 4撑梁的压杆稳定系数远大于4.是安全的 施工时应注意:a）撑梁应设置在中层钢围令的中点，且在同一水平面内；b）撑梁与围令处的套箱面板是密贴的面接触，且不能在面板上移动 可采用的办法很多，但要考虑围令套箱的方便拆除不受影响；c）撑梁是空心的0 500钢管桩。故浇筑承台时，当浇的各面块接近 管顶时，将管局部割开填