双壁钢围堰结构设计计算书

双壁钢围堰结构设计计算书1工程概况某特大桥主墩承台施工采用双壁钢围堰作为挡水与施工平台结构。围堰平面为矩形，外轮廓尺寸30m×20m，壁体厚度（内外壁板中心距）1.5m，总高度20m。围堰设多道水平桁架及隔舱板，底部设刃脚，水下浇筑封底混凝土。本计算书对围堰壁板、竖向加劲肋、水平桁架、隔舱板及封底混凝土等主要构件进行结构验算。2设计依据与规范《钢结构设计标准》GB50017-2017

《公路桥涵施工技术规范》JTG/T3650-2020

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015

《水工建筑物荷载规范》DL5077-1997（参照）3基本设计参数围堰尺寸外轮廓平面：30m（长）×20m（宽）

壁体厚度（内外壁净距）：1.5m

围堰总高度：20m

封底混凝土厚：3.5m（由抗浮计算确定）材料钢材：Q235B，抗弯强度设计值f=215MPa，弹性模量E=2.06×105MPa

封底混凝土：C25设计水位与荷载设计高水位：+20.0m（河床面标高0.0m）

围堰内抽水至封底混凝土顶面（标高+3.5m），计算时偏安全按内部无水考虑。

流速：v=2.0m/s

结构自重：壁板厚12mm，加劲肋-10×100，隔舱板及水平桁架等，经估算总用钢量约6000构件布置外壁板与内壁板厚度：t=12mm

竖向加劲肋：扁钢-10×100，间距a=400mm，与壁板焊接形成组合T形截面。

水平桁架：间距hr=800mm，4荷载计算4.1静水压力作用于围堰外壁的静水压力按三角形分布，其值按下式计算：p式中：

γw——水的重度，取10kN/m3；

h——最大水深hmaxp4.2流水压力按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015，流水压力标准值：F等效为作用在阻水面积上的均布压力：q式中：

K——阻水形状系数，矩形取0.8；

γw——水的重度，10kN/m3；

v——设计流速，2.0m/s；

g代入计算：q远小于最大静水压力，可忽略不计。以下计算仅计静水压力。5外壁板强度与刚度计算外壁板受静水压力作用，由竖向加劲肋和水平桁架划分为矩形区格，区格尺寸为a×hr=400mm×800mm（宽×高）。水压力沿高度呈三角形分布，取最底部区格验算，其上、下边缘水压分别为：

上边缘：h=20-0.8=19.2m，p1=192kPa；5.1计算模型壁板四边支承，长宽比800/400=2，应按双向板计算，但为简化且偏于安全，取水平方向单宽板带按两端固结梁验算。荷载集度（单位宽度）：q跨度l=0.4M板带截面模量（单位宽）：W5.2强度验算弯矩：M弯曲应力：σσ<f=2155.3挠度验算两端固定梁在均布荷载下的跨中挠度：f式中：

q=200kN/m=200N/mm（单位宽）；

l=400mm；代入计算：f挠跨比：f满足规范要求。6竖向加劲肋计算竖向加劲肋采用扁钢-10×100，与壁板焊接形成组合T形截面，壁板有效翼缘宽度取加劲肋间距a=0.4m（全宽，因两侧对称）。加劲肋承受相邻壁板传来的水压力，荷载作用宽度等于加劲肋间距a=0.4mq偏安全地按均布荷载q=80kN/m6.1截面特性计算（组合T形截面）翼缘（壁板）：宽b1=400mm，厚t1=12mm；

腹板（加劲肋）：高h2=100形心距翼缘外边缘y：y惯性矩（平行移轴）：I各项计算：II合计：I截面最大受拉边缘（腹板端）至形心距ytW6.2强度验算跨中弯矩：M弯曲应力：σ满足强度要求。6.3挠度验算简支梁均布荷载跨中挠度：fq=80kN/m=80N/mm，f挠跨比0.5948007水平桁架计算水平桁架沿高度方向每800mm设置一道，承受由竖向加劲肋传来的水压力。以最底部受力最大的水平桁架为例，其中心标高取+0.8m（距河床0.8mp水平桁架承受的荷载宽度为相邻上下各半层高度，即hr=0.8mq水平桁架支撑在隔舱板上，跨度L=3.07.1桁架内力桁架高度等于内外壁中心距HtM弦杆最大轴力（压或拉）：N弦杆截面选用双角钢2∠80×8（T形组合），截面面积Ac=24.6cm2，回转半径iλ按b类截面查表得稳定系数φ=0.925σ满足整体稳定要求。7.2桁架挠度验算桁架梁的惯性矩近似按仅考虑弦杆的平行移轴计算：IAc=24.6×10I等效惯性矩Itfqh=153.6kN/mf分子:5×153.6×8.1×分母:384×2.06×f挠跨比0.284/3000≈1/10563，远小于限值，满足。8隔舱板验算隔舱板为12mm厚钢板，两侧焊接加劲肋，主要承受水平桁架传递的支点反力。底部一道水平桁架支反力：R每块隔舱板两侧均有水平桁架，故承受2R9封底混凝土及抗浮计算9.1抗浮稳定性验算施工工况：围堰内抽水至封底混凝土顶面，外部高水位+20m。

浮力：围堰外轮廓排水体积Vd=30×20×20=12000m3抗浮力组成：

-封底混凝土重：厚hc=3.5m，面积Ac=30×20=600m2，

Gc=Ac×hc×γc=600×3.5×23=48300kN

-壁仓填充混凝土重：内外壁间净面积As≈周长×总抗浮力：G抗浮稳定系数：KKf≥1.05要求（9.2封底混凝土强度验算（略）封底混凝土作为板承受均匀水压，其抗弯与抗冲切经计算配构造钢筋满足，本计算书从略。10刃脚及下沉计算10.1刃脚构造与强度刃脚采用钢板焊接结构，根据经验构造即可满足下沉切土需求，强度验算略。10.2下沉系数围堰下沉时，自重扣除浮力后应大于摩阻力。取单位面积摩阻力fm=30kPa，下沉深度20m，外壁周长100m，摩擦面积Af=100×20=2000m2，总摩阻力Ff=2000×30=60000kN。

下沉时自重（含壁仓灌水助沉）为：钢结构6000kN+壁仓水重（150×20×10=30000K满足下沉施工要求。11结论经过对双壁钢围堰各主要构件的详细计算，设计采用壁板厚12mm、竖向加劲肋-10×100@400、水平桁架间距800mm、隔舱板间距3.0m，弦杆2∠80×8、封底混凝土厚3.5m等方案，各项指标满足规范要求：外壁板最大应力111.1MPa