陶乐黄河公路特大桥某桥墩圆形钢套箱设计计算书

xxxx公路特大桥39号桥墩圆形钢套箱设计计算书一、设计资料1、常水位1097.27m(相当于Q=1050m3/s)通常水位1099.17m(相当于10年一遇洪水位)施工水位1098.684m(围堰顶标高1099.39m)2、河床面标高1096.975m3、河床地质:细砂r=1.8t/m3ρ=25。4、承台顶面标高1096.184m，承台底面标高1093.184m。５、承台砼：C20［бw］=7.0MPa［бwl］=0.40MPa［C］=0.67MPan=Eg/En=15封底砼厚2.4m。６、钢套箱：A3［б］=170Mpa［бw］=180Mpa钢套箱高8.4m钢套箱内径20.2m外径22.6m7、水流速度v=1.21m/s二、钢套箱结构钢套箱高8.4m，分为4节，刃脚高1.2m，各节高2.4m。钢套箱分为双壁，两壁间距离为1.2m，钢套箱内径20.2m，外径22.6m。钢套箱制造时每节平面分成8块，圆心角45。，内弧长度20.2π×1／8＝7.993m,外弧长度22.6π×1／8＝8.875m。钢套箱竖向设8个隔舱，即在内外壁之间设8块隔舱板，隔舱板板厚δ=5mm。钢套箱内外壁板板厚δ=5mm。内外壁板设水平桁架，桁高1.2m，节间长度为8.875×1/6=1.479m（外），7.933×1/6=1.322m,斜杆采用∠75×75×6，弦板为环板185×10+85×16。钢套箱内外壁间设竖向桁架，竖向桁架间距为8.875×1/2=4.438m(外)，7.993×1/2=3.967m（内）。桁架杆为∠75×75×6。三、封底砼强度检算1、封底砼厚度2.5mC20w=1/6×1.0×2.52=1.042m3抽水后，封底砼底面上作用的向上水压力：q=8.0（水压力）－(2.3×2.5)(砼重量)=2.25t/m2①按周边间支支承的圆板，承受均布荷载，板中心的弯矩［桥梁地基与基础397页］M=pa2(3+μ)/16式中p=2.25t/m2圆板上作用的均布荷载a=10.7m(圆板的计算半径，取自刃脚斜面一半)μ=1/5（砼的侧向变形系数，即泊桑比）M=(2.25×10.72)(3+0.2)/16=51.521t.m砼中拉应力：σ=51.521/1.042=4.94t/m2=0.494MPa［σ］=0.40×1.3(提高系数)=0.52Mpa②按机械设计手册第9章表4-9-2周边间支等厚实心圆板σmax=1.24m2qm=a/t=10.7/2.5=4.28σmax＝1.24×4.282×2.25=51.1t/m2=0.511Mpa2、封底砼厚度2.0mw=1.0×2.02/6=0.667m3q=7.5－2.3×2=2.9t/m2①按间支梁，跨度为两桩间的最大距离l=√4.652+4.652=6.576mM=2.9×6.5762/8=15.68t.mσ=15.68/0.667=23.5t/m2=0.235MPa＜［σ］②按四边间支双向板［机械设计手册第九章表4-9-4］b=4.65m,a=4.65m,a/b=1.0,α=0.2874σmax=α(b/t)2q=0.2874×(4.65/2.0)2×2.9=4.50t/m2=0.045MPa四、壁板间局部弯曲应力1、封底砼顶面（承台底面）处竖向加劲肋水平间距：外壁板上为：22.6π×(1/240)=0.2958=296mm内壁板上为：20.2π×(1/240)=0.2644=264mm水平加劲肋竖向间距为600mm水压力：P1=5.50t/m2土压力：P2=(1.8－1.0)(1096.975－1093.184)×tg2(45。－25。/2)=1.23t/m2q=P1+P2=5.50+1.23=6.73t/m2=0.673kg/cm2按机械设计手册第九章表4-9-4等厚矩形板σmax=α(b/t)2qb=264mm,a=600mm,a/b=600/264=2.27q=6.73t/m2=0.673kg/cm2t=5mm①四边间支（板中央应力）α=0.6381σmax=0.6381×(264/5)2×0.673=1197kg/cm2＜［σ］=1700kg/cm2②四边（板边缘应力）α=0.5000σmax=0.5000×(264/5)2×0.673=938kg/cm22、封底砼顶（承台底）面以上1.2m处竖肋水平间距不变水平加劲肋间距800mm水压力：P1=5.5－1.2=4.3t/m2土压力：P2=(1.8－1.0)(1096.975－1093.184－1.2)×tg2(45。－25。/2)=0.84t/m2q=P1+P2=4.3+0.84=5.14t/m2=0.514kg/cm2b=264mm,a=800mm,a/b=800/264=3.03,α=0.7142t=5mmσmax=0.7142×(264/5)2×0.514=1023kg/cm2＜［σ］=1700kg/cm23、封底砼顶（承台底）面以上3.6m处竖肋水平间距不变水平加劲肋间距1200mm水压力：P1=5.5－3.6=1.9t/m2土压力：P2=(1.8－1.0)(1096.975－1093.184－3.6)×tg2(45。－25。/2)=0.06t/m2q=P1+P2=1.9+0.06=1.96t/m2=0.196kg/cm2b=264mm,a=1200mm,a/b=800/264=3.03,α=0.7500t=5mmσmax=0.7500×(264/5)2×0.196=410kg/cm2＜［σ］=1700kg/cm2竖向劲肋间距改为264×2=528mm(内壁板上)296×2=592mm(外壁板上)b=528mm,a=1200mm,a/b=1200/528=2.27,α=0.6381t=5mmσmax=0.6381×(528/5)2×0.196=1394kg/cm2＜［σ］=1700kg/cm2五、水平加劲肋中的应力水平加劲肋支承在竖向加劲肋上，竖向加劲肋支承在水平桁架上，水平桁架支承在隔舱壁上和竖向桁架上。1、在封底砼顶（承台底）面处水平加劲肋间距（竖向）600mm，荷载为：q=6.73×0.6=4.038t/m水平加劲肋跨度（竖向加劲肋间距）296mmM=(1/8)×4.038×0.2962=0.0442t.m=4.42t.cm需截面模量：w=4.42/1.8=2.46cm3板10×160mmw=(1/6)×1.0×(16－7.5)2=12cm32、封底砼顶（承台底）面以上1.2m处水平加劲肋竖向间距800mm，荷载为：q=5.14×0.8=4.11t/m水平加劲肋跨度296mmM=(1/8)×4.11×0.2962=0045t.m=4.5t.cm需截面模量：w=4.5/1.8=2.5cm3板10×160mm3、在封底砼顶（承台底）面以上1.2m处水平加劲肋竖向间距1200mm,苛载为：q=1.96××1.2==2.3552t/mm水平加劲肋跨度度592mmmM=(1/8))×2.3352×00.59222=0.1103t..m=100.3t..cm需截面模量：w=10.3//1.8==5.722cm3板10×160mmmw=122cm3板10×150mmmw==(1/66)×(115－8)2=8.117cm33六、竖向加劲肋肋竖向加劲肋支承承在水平桁桁架上，水水平桁架的的间距为竖竖向加劲肋肋的跨度。1、封底砼顶（承承台底）面面处竖向加劲肋间距距296mmm,水平桁架架间距1.2mmq=6.73××0.2996=1..922tt/mM=(1/8))×1.9922×11.22=0.3359t..m=355.9t..cm需截面模量：w=35.9//1.8==19.994cm33∠63×63×55,f=66.1433cm2,Ix=23..17cmm4ix=1.94cmm,wx=5.008cm33zo=1.74cmm壁板参加工作（40δ），组合合截面F=6.1433+20××0.5==7.433cm2I=23.977+1988.23==222..2cm44wmax=1055.8cmm3(角钢)wmin=47..27cmm3(壁板)2、封底砼顶（承承台底）面面以上1.2m处竖向加劲肋间距距296mmm,水平桁架架间距1.6mmq=5.14××0.2996=1..521tt/mM=(1/8))×1.5521×11.62=0.4487t..m=488.7t..cm需截面模量：w=48.7//1.8==27.11cm33、封底砼顶（承承台底）面面以上3.6m处竖向加劲肋间距距592mmm,水平桁架架间距2.4mmq=1.96××0.5992=1..16t//mM=(1/8))×1.116×2..42=0.8835t..m=833.5t..cm需截面模量：w=83.5//1.8==46.339cm33七、水平桁架水平桁架支承在在竖向桁架架和隔舱板板上。1、封底砼顶（承承台底）面面处水平桁架的竖向向间距1.2m。①桁架弦板中的主主压应力N=(1/2))qD=((1/2))×(6..73×11.2)××2.6==91.33t弦板：板10××190++板16×1100F净=1.0×(119－8)+11.6×110=277cm2应力：σ=911.3/((27×22)=1..69t//cm2＜［σ］F毛=1.0×199+1.66×10++0.5××20=445cm22中性轴位置：y0=(1/45))×［20×00.5×00.25++19×11×10++1.6××10×113.5］=9.008cmI=［(1/12)×220×0..53+10××(9.008－0.255)2］+［(1/122)×1..0×1993+19×((9.088－10)2］+［(1/122)×1..6×1003+16××(9.008－13.55)2］=7799.89++587..66+4445.992=18813.447cm44Wmax=18113.477/9.008=1999.722cm3Wmin=18113.477/10..42=1174.004cm33回转半径：i=√I/F=√1999.722/45==2.1ccmλ=147.9//2.1==70,ψ=0.6643弦板稳定应力：：σ=91.3/((2×455×0.6643)==1.5778t/ccm2＜［σ］②弦板局部弯曲应应力=2.22M=(1/8))×(6..73×11.2)××1.4779208t.mσ=220.8//174..04=11.2699t/cmm2组合应力：σ==1.699(主压应力)+1..269==2.9556t/ccm2＞σT③水平桁架间距改改为800mmm桁架弦板中的轴轴向压力：：N=(1/2))qD=((1/2))×(6..73×00.8)××22.66=60..84t桁架弦板中的主主压应力：：σ=60.84//(27××2)=11.1277t/cmm2σ=60.84//(2×445×0..643))=1.0051t//cm2桁架弦板中的局局部弯曲应应力：M=(1/8))×(6..73×00.8)××1.47792=1.4472t..mσ=147.2//174..04=00.8466t/cmm2桁架弦板中的主主压应力与与局部弯曲曲应力：σ=1.127++0.8446=1..973tt/cm22＞σT=2.111t/ccm2④水平桁架弯曲应应力水平桁架按支承承在竖向桁桁架和隔舱舱板上的连连续梁计算算M=(1/100)×(66.73××0.8))×［(4.4438+33.9677)×((1/2))］2=11..89t..mN=11.899/1.22=9.991t应力：σ=±99.91//(27××2)=00.1844t/cmm2组合应力：σ==1.1227(主压应力)+0..846((局部弯曲曲应力)+0..184××1.3((桁架弯曲曲应力，1.3为曲线桁桁架应力增增大系数)=2..212tt/cm22［σ］=0.9σT==2.355×0.99=2.1115t//cm2把桁架弦板改为为：板200××10+板110××16F净=(20－8))×1.00+11××1.6==29.66cm2F毛=20×1.00+11××1.6++20×00.5==20+117.6++10=447.6ccm2y0=(1/47..6)×［20×00.25++20×110.5++17.66×14..2］=9.7767cmmI=［(1/12)×220×0..53+10××(9.7767－0.255)2］+［(1/122)×1..0×2003+20××(9.7767－10.55)2］+［(1/122)×1..6×1113+17..6×(99.7677－14.22)2］=9055.94++677..41+5523.333=21106.668cm44Wmax=21006.688/9.7767=2216cmm3(壁板)Wmin=21006.688/10..733==196ccm3(弦板)桁架弦板主压应应力：σ1=60.84//(29..6×2))=1.0028t//cm2桁架弦板局部弯弯曲应力：：σ2=147.2//196==0.7551t/ccm2桁架弯曲弦板中中的应力：：σ3=9.91/((29.66×2)==0.1667t/ccm2组合应力：σ=σ1+σ2+1.3×σ33(1.3为曲桁架架应力增大大系数)=1..02+00.7511+0.1167×11.3=11.9888t/cmm2＜0.9σT桁架若按支承在在隔舱板上上的连续梁梁计算：M=(1/100)×(66.73××0.8))×［(8.8875+77.9333)×(11/2)］2=38..03t..mN=38.033/1.22=31..69tσ3=31.69//(29..6×2))=0.553t/ccm2组合应力：σ=σ1+σ2+1.3×σ33=1.002+0..751++0.5335×1..3=2..467tt/cm22钢套箱弯曲把支支承在隔舱舱壁上的箱箱形梁计算算。弦板：F1=47.6cmm2I1=2106.668cm44y1=9.767ccm水平加劲肋：F2=16.0cmm2+10==26cmm2y2=1/26(110×0..25+116×8..5)=5.333cmI2=〔(1/12)×220×0.53+10×(5.333－0.255)2〕＋〔(1/122)×1.0×163+16×(5.333－8.5)2〕=2588.27++502..12=7760.339cm33∑Ii=｛〔2106..68+447.6××(60－9.7667)2〕+〔760..39+226×(660－5.333)2〕｝×2=((1222218+7784699)×2==4013374cmm3w=4013774/600=66889.6ccm3σ3=M/w=38..03×1100/66689..6=0..569tt/cm22组合应力：σ=1.02+0..751++0.5669=2..34t//cm2＞＞［σ］把桁架改为6000mm间距：主压应力：N=(1/2))qD=((1/2))×(6..73×00.6)××22.66=45..63tσ1=45.63//(47..6+266)=0..620tt/cm22(一)封底砼顶（承台台底）面处处竖向加劲肋间距距：外壁上上296mmm；内壁壁上2644mm。水平加劲肋间距距：3000mm。水平桁架间距：：600mmm。施工水位：10099.117m。河河底面标高高：10996.9775m。承台底（封底砼砼顶）面标标高：10093.1184m。水压力：q1=1099.117－10933.1844=5.9986t//m2土压力：q2=(1.8－11.0)((10966.9755－10933.1844)×tg2(45°°－25°/2)==1.2331t/mm2q=q1+q22=5.9986+11.2311=7.2217t//m21．轴向压应力取600mm高钢钢套箱计算算。壁板厚厚δ=5mm；横截面面面积：f1=(0..5×60)×2=600cm2。水平加加劲肋肋板板160×10mm，f2=16×2=322cm2。水平桁桁架弦板200×10+1110×16mmmf3=〔(20－8.2))×1.00+11××1.6〕×2=588.8cmm2。承压面积：F=f1+f22+f3=60++32+558.8==150..8cm2轴向压力：N=(1/2))qDh==(1/22)×7.2117×22.66×0.6==48.993t轴向压应力：σ1=N/F=488.93//150..8=0..325tt/m22.壁板局部弯曲应应力：a=300mmm,b=2296mmm,a/bb=3000/2966=1.0014按四边简支板，α=0.2936σmax=α(bb/t)22q=0..29366×(299.6/00.5)22×0.72217=743kg//cm2=0.7743t//cm2=σ23.水平桁架弦弦板局部弯弯曲应力q=7.2177×0.6==4.333t/mM=(1/8))×4.333×1.47792=1.1184t..mσ3=M/w=1118.4//216==0.5448t/ccm2(壁板)118.4/1196=00.6055t/cmm2(弦板)4.水平桁架弯曲应应力水平桁架支承在在隔舱板上上，按连续续梁计算。q=7.2177×0.66=4.333t/mmM=(1/100)×4..33×〔(8.8875+77.9333)×1//2〕2=30..58t..m＝30588t.cmm桁架弦板之间距距离（桁高高）：h0=120－9..767××2=1000.4666cm==1.0mm桁架弦板上的轴轴向压力：：N=30.588t桁架弦板上的轴轴向应力：：σ4=(30.588/29..6)×11.3（应应力增大系系数）=1.033××1.3==1.3443t/ccm2钢套箱壁板上的的组合应力力：σ=(0.3255+0.7743+00.5488)+1..343==1.6116+1..343==2.9559t/ccm2＞σT水平桁架按支承承在隔舱板板上的箱形形箱计算：：w=6689..6cm33M=3058tt.mσ4=3058/66689..6=0..457tt/cm22组合应力：σ=1.616++0.4557=2..073tt/cm22＜σT在承台顶面以下下钢套箱两两壁间灌注注有Ｃ20砼，壁板板不产生局局部弯曲，可可不计算壁壁板局部弯弯曲应力。组合应力为：σ=σ1＋σ3+σ4=0.325++0.5448+0..457××1.3==1.4667t/cmm2＜［σ］（二）封底砼顶顶（承台底底）面以上上1.2m处竖向加劲肋间距距同（一）。水平加劲肋间距距400mmm。水平桁桁架间距800mmm。水压力：q1==5.9886－1.2==4.7886t/cmm2土压力：q2==0.8××2.5991×tg2(45°－25°/2)==0.8441q=4.7866+0.8841=55.6277t/m21．轴向压应力取800mm高钢钢套箱计算算F=60+322+58..8=1550.8ccm2N=(1/2))qDh==(1/22)×5..627××0.8××22.66=50..87tσ1=50.87//150..8=0..337tt/cm222．壁板局部弯曲曲应力a=400mmm,b=2296mmm,a/bb=4000/2966=1.3351α=0.43422σ2=σmax=0.44342××(29..6/0..5)2×0.56627=8863kgg/cm223．水平桁架弦板板弯曲应力力q=5.6277×0.88=4.5502t//mM=(1/8))×4.5502×11.47992=1.2231t..mσ=123.1//216==0.5770t/ccm2(壁板)123.1/1196=00.6288tcm22(弦板)4．水平桁架弯曲曲应力：M=(1/100)×4..502××〔(8.8775+7..933))1/2〕〕2=31.880t.mmσ4=M/w=31880/66899.6=00.4755t/cmm2承台顶面以下两两壁间灌注注C20砼，可可不考虑壁壁板局部弯弯曲应力和和桁架弦板板局部弯曲曲应力。组组合应力为为：σ=σ1+σ4=0.337++0.4557×1.3==0.9331t/cmm2（三）承台底面面（封底砼砼顶面）以以上3.00m处。承台顶面以上两两壁间不灌灌注C200砼，灌注注水。加劲肋、水平桁桁架布置同同（二）q1=5.986－－3.0==2.9886t/cmm2q2=0.8×0..791××tg2(45°－25°//2)=00.2577t/m22q=2.9866+0.2257=33.2433t/m21．轴向压应力N=(1/2))qDh==(1/22)×3..243××0.8××22.66=29..32tσ1=29.32//150..8=0..194tt/cm222．壁板局部弯曲曲应力a=400mmm,b=2296mmm,a/bb=4000/2966=1.3351α=0.43422σ2=0.4342××(29..6/0..5)2×0.32443=493kgg/cm22=0.4493t//cm23．水平桁架弦板板弯曲应力力q=3.2433×0.88=2.5594t//mM=(1/8))×2.5594×11.47992=0.7009t.mmσ3=70.9/2116=0..328t//cm2(壁板)70.9/1996=0..362tt/cm22(弦板)4．桁架水平弯曲曲应力M=(1/100)×2..594××〔(8.8875+77.9333)1/22〕2=18..32t..mσ4=M/w=18832/66689..6=0..275tt/cm22组合应力σ=σ1＋σ2＋σ3+σ4×1.3=0.194++0.4993+0..728++0.2775×1..3=1..393t/cmm2＜［σ］四．封底砼顶（承承台底）面面以上3..6m处竖向加劲肋间距距：外壁上592mmm内壁上528mmm水平加劲肋间距距：600mmm水平桁架间距：：12000mm水压力：q=55.98663.6==2.9886t/cmm21．钢套箱轴向压压应力：N=(1/2))qDh==(1/22)×2..986××1.2××22.66=40..49tσ1=40.49//150..8=0..269tt/cm222．壁板局部弯曲曲应力a=600mmm,b=5592mmm,a/bb=600/5992=1..014α=0.29366σ2=0.2936××(59..2/0..5)2×0.29886=12299kg/ccm2=1.2229tt/cm223．水平桁架弦板板弯曲应力力q=2.9866×1.2=3.5883t/mmM=(1/8))×3.5583×11.47992=0.9880t.mmσ=98.0/2116=0..454t//cm2(壁板)98.0/1996=0..500tt/cm22(弦板)4．水平桁架弯曲应应力q=3.5833t/mM=(1/100)×3..583××〔(8.8875+77.9333)1/22〕2=27..21t..mσ=2721/66689..6=0..407tt/cm22壁板组合应力σ=（0.269+11.2299+0.4454）+0.4407×11.3=11.9522+0.5529=22.4811t/cmm2＞σT竖向加劲肋间距距仍为296mmma=600mmm,b=2296mmm,a/bb=6000/2966=2.0027α=0.61300σ2=0.61330×(229.6//0.5))2×0.29986=6641kgg/cm22=0.6441t/cmm2组合应力σ=0.269++0.6441+0..454++0.5229=1..893tt/cm22＜［σ］=0.9σT==2.1115t/ccm2八．水平桁架斜斜杆应力1．承台顶面以下下3.0m（封底砼砼顶面）钢套箱两壁间灌灌注有C20砼，按砼砼参加受力力计算取0.6m高钢套套箱钢板:(1/2)FF毛=47..6cm22S1=〔47.67×((60－9.7667)×110〕×2=4478922cm3砼:S2=(1//4)×11202×60==2160000cmm3S=S1+S22=478892+22160000=26638922cm3τ=QS/JbQ=(1/2))×(7..217××0.6))×8.8875=119.222tτ砼=19.22××2638892/((66899.6×1120)==6.322t/cmm2＜［τ］=13..5kg//cm2τ钢板=6.322×10==63.22kg/ccm2＜［τ］=1.77×0.66=1.002t/ccm2结论：1．水平加劲肋110×1660mm2．竖向加劲肋∠∠63×663×5mmm3．水平桁架弦板板10×2200+1160×116mm4．竖向桁架∠775×755×6mmm.间距44388mm(外),39967mmm(内)5．壁板δ=5mmm6．隔舱板δ=55mm7．隔舱板水平肋肋∠63×663×5mmm8．水平加劲肋间间距：第一一节至第三三