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1、目 录第一章 基本资料- 1 -1.1 工程概况- 1 -1.2 主要计算依据- 1 -1.3 钢围堰结构- 2 -1.4.计算参数取值- 3 -第二章 双壁钢围堰结构受力计算- 4 -2.1 计算工况- 4 -2.2 钢围堰下沉与抗浮计算- 4 -2.2.1 钢围堰下沉计算- 4 -2.2.2 钢围堰抗浮与整体稳定性计算- 5 -2.3 钢围堰构件受力计算- 6 -2.3.1 计算荷载- 6 -2.3.2 竖向箱型梁受力计算- 7 -2.3.3 内支撑受力计算- 11 -2.3.4 水平桁架受力计算- 12 -2.3.5 竖向加劲肋受力计算- 14 -2.3.6 面板应力与挠度计算- 16
2、-第三章 钢围堰结构局部计算- 19 -3.1 封底混凝土计算- 19 -3.2 内支撑与壁板连接处计算- 21 -3.3 浇筑封底砼时钢围堰底端拉杆设计- 24 - 2 -第一章 基本资料1.1 工程概况 桥梁全长1250m。其中主桥为双塔双索面混凝土斜拉桥，跨径布置为60+135+250+135+60m，桥面宽15m，两个主塔高分别为178m和179.5m，为菱形桥塔。南北引桥分别位于曲线上，南引桥为一联2*45m连续梁，桥面宽从12m渐变至13.26m，北引桥为两联3*60m的连续刚构+一联3*50m的连续梁，桥面宽从12m渐变至18.32m。P4、P5、P6为水中基础。5#墩双壁钢围堰
3、设计参数及水文资料如下：钢围堰顶标高： +176.000m钢围堰底标高： +164.412m第一层内支撑标高： +170.412m第二层内支撑标高： +173.412m承台顶标高： +172.412m承台底标高： +166.412m设计流速： 2.0m/s设计浪高： 0.5m河床标高 +168.000m1.2 主要计算依据1、X嘉陵江大桥5#墩双壁钢围堰设计图2 、公路桥涵设计通用规范（JTG D-60 2004）3 、铁路桥梁钢结构设计规范（TB 10002.2-2005 J461-2005）4 、地基及基础第三版，中国建筑工业出版社 （1998年） 5 、港口工程荷载规范（JTJ21598
4、）6 、钢结构设计规范（GB 50017-2003）7 、板桩码头设计与施工规范（JTJ 26798）8 、公路施工手册 桥涵9、水利水电钢闸门设计规范SL74951.3 钢围堰结构钢围堰采用双壁结构，由壁板、竖向箱型梁、内支撑三大部分组成。壁板主要由隔舱板、水平环板、水平斜杆、竖向加劲肋及内外壁板构成，舱壁总厚1.0m。刃脚高1.0m，作为围堰底节的组成部分一道加工。内支撑采用钢管，与钢围堰箱形梁一起形成稳定结构体系。在内支撑位置设置竖向箱形梁作为一级支撑结构，水平设置环形板和水平斜撑作为二级支撑结构，竖向设置角钢次梁为三级支撑结构，内外壁之间通过水平斜杆和水平环板连接而形成整体。钢围堰内、
5、外壁板采用6mm钢板，箱形梁腹板采用12mm钢板，箱形梁翼板采用16mm钢板，箱梁环向肋板采用10mm钢板，水平环板采用10mm或者14mm钢板，水平斜撑采用L75x75x8角钢，竖肋采用L75x75x8角钢，内撑采用钢管。钢围堰结构如下图所示。图1.1 双壁钢围堰平面布置图图1.2. 双壁钢围堰剖面图1.4计算参数取值1、钢材弹性模量，泊松比取0.3。2、Q235钢抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215Mpa，抗剪强度设计值fv=125Mpa。3、C25砼单轴抗压强度设计值压=11.5MPa，单轴抗拉强度设计值拉=1.23MPa。4、钢筋砼容重取26 KN/m3，素砼容重取24 KN/m3。5
6、、封底砼与钢护筒的最大摩阻力取150KPa。6、主要计算构件的截面特性见表1表1 主要计算构件截面特性表名 称规 格面积A（cm2）惯性矩Ix（cm4）抵抗矩Wx（cm3）回转半径ix（cm）水平环板114x18025.2水平环板210x18018.0水平斜杆1L75x75x811.5059.9611.202.28水平斜杆22- L75x75x823.00119.9222.43.55竖 肋L75x75x68.79746.958.642.31内 撑=630=10195.0015.5内、外壁板t=10隔舱板腹板12x956242.739000015790翼缘16x400第二章 双壁钢围堰结构受力计
7、算2.1 计算工况根据施工工艺流程，本计算书共分三种工况进行钢围堰构件的强度、刚度及稳定性验算，取各构件的最不利受力工况作为评价结构安全的指标。三种工况如下：工况一：钢围堰下沉过程中顶节、底节受力计算，包括干舷高度控制，围堰内外水头控制等。工况二：钢围堰下沉到设计位置，浇筑完成封底砼，砼达到80%设计强度后，围堰内抽水，此时围堰承受最大侧压力。工况三：浇筑完成第一层3m厚承台砼，砼达到80%设计强度后，拆除第一层内支撑，准备浇筑第二次承台砼。2.2钢围堰下沉与抗浮计算2.2.1钢围堰下沉计算在工况一中，钢围堰在接高、下沉过程中按接高后干舷高度不小于1m考虑，夹壁内、外水头以及隔舱间的水头控制在
8、10m以内，钢围堰接高、下沉过程中的相关计算结果见表2。表2 钢围堰接高、下沉计算结果参 数第一阶段第二阶段第三阶段施工内容底节围堰下水、自浮顶节围堰接高灌水下沉至河床围堰重量175.4t323.3t323.3t刃脚砼总量00t0t夹壁砼重量000灌水总重量289t289666.4t重量合计464.4t612.3t989.7t围堰高度6.0m11.59m11.59m入水深度5.0m6.43m10.59m夹壁内水深3.3m3.3m6.96m干舷高度1.0m5.16m1.0m夹壁内、外水头1.7m3.13m3.63m浮 力464.4t612.3t989.7t注：上表中数值仅供施工参考，具体施工措施
9、（如干舷高度）由施工单位自行确定。2.2.2钢围堰抗浮与整体稳定性计算1 钢围堰抗浮计算在工况二中，钢围堰下沉到设计位置后，浇筑2m水下封底砼，封底砼达到80%设计强度后，围堰内抽水完成，钢围堰将承受很大的上浮力，上浮力主要靠钢围堰、封底砼自重以及封底砼与桩基的摩阻力共同克服，计算结果如下： 钢围堰内抽完水后的总上浮力：钢围堰+夹壁水总重量：G1=9897KN封底砼自重：扣除钢围堰和封底砼自重后的上浮力：F上依靠封底砼与桩基的摩阻力抵消，则封底砼与桩基间的摩阻力：故，钢围堰内抽水后，抗浮满足要求。2 钢围堰整体稳定性计算钢围堰下沉到设计标高后，迎水面由于受到流水压力作用，产生绕下游刃脚的转动弯
10、矩，应对其进行验算。流水压力产生的转动弯矩：，钢围堰自重产生的抵抗弯矩：,则该工况下，钢围堰满足整体稳定性要求。2.3 钢围堰构件受力计算2.3.1 计算荷载1上游迎水面流水压力根据公路桥涵设计通用规范（JTG D-60 2004）第4.3.8条进行计算，公式如下：，式中：流水压力值（）； 水的重力密度（）； 流水速度（）； 阻水面积（），计算止一般冲刷线处，,为钢围堰阻水面宽度，为施工水位到河床底的高度； 重力加速度（）； 桥墩形状系数，取1.5。将各参数代入上式得：，则：每米宽最大流水压强为：，钢围堰所受的流水压力如下图所示。图2. 流水压力计算图示2 静水压力静水压力计算公式：式中：计算
11、点至水面高度（m），本计算书计算值围堰刃脚处； 水的重力密度（）；3 波浪力波浪力作用高度取0.5m，波浪力为作用于高出水面围堰壁板的均布荷载，其大小为。2.3.2 竖向箱形梁受力计算钢围堰壁板受到静水压力、波浪力和流水压力作用，经竖向箱形梁(以下简称竖梁)传递到内支撑钢管上，竖梁与内支撑为主要传力结构。竖梁所受荷载如图3所示，计算中假定钢围堰壁板简支支承于竖梁上，竖梁承受相邻壁板一半荷载，图中荷载值为水平向一米宽荷载值，竖梁支承于封底混凝土、第一层内支撑及第二层内支撑上，竖梁力学计算模型如图4所示。荷载组合：流水压力+静水压力+波浪力。图3 竖向箱形梁受力图示图4.1 竖梁力学计算图示（工况
12、二）（单位：Kn/m）图4.2竖梁力学计算图示（工况三）（单位：Kn/m）利用有限元软件MIDAS/CIVIL计算工况二、三下竖梁在单位宽度荷载作用下的内力图如下图5、图6所示。图5.1 工况二：竖梁弯矩图(单位：kNm)图5.2 工况二：竖梁剪力图(单位：kN) 图5.3 工况二：竖梁支点反力图(单位：kN)图6.1 工况三：竖梁弯矩图(单位：kNm)图6.2 工况三：竖梁剪力图(单位：kN) 图6.3 工况三：竖梁支点反力图(单位：kN)1号竖梁横截面如图7所示。图7. 1号竖梁横断面图(单位：mm)截面特性：惯性矩：截面模量：横截面积：注：上述截面特性计算中，不考虑水平环板、竖向加劲肋参
13、与受力，附属构件仅对箱形梁局部稳定有关。简化力学模型中，1号竖梁承受6.025m宽水压力与波浪力作用，2号竖梁承受5.45m宽水压力与波浪力作用，1号与2号竖梁截面形式相同（截面特性），则1号梁在工况二下受力最不利，对一号梁进行强度与刚度验算。将面板上的承受的均布荷载向隔舱板上简化成线荷载：则1号竖梁受到弯矩为：则，（0.3为水平方向单位宽荷载产生的位移值，方向指向围堰内部），故满足要求。3号竖梁承受的荷载宽度为：，截面形式如下： 图8. 3号竖梁横断面图(单位：mm)，通过与1号梁对比可知，3号竖梁在工况二作用下结构安全可靠。2.3.3 内支撑受力计算从图5.3、图6.3中可看出，第一层内支撑在工况二下受力最不利，1号内支撑垂直于壁板方向的反力为：, 2号内支撑：，则1号、2号内支撑轴力分别为：，。钢管横截面积：，回转半径：，计算长度：1号支撑：，钢管两端焊接于钢围堰壁板上，长度系数：。强度验算：根据钢结构设计规范（GB50017）第5.1.1条规定：轴心受压构件强度按下式计算： 式中：为轴心压力； 为净截面面积。代入上式：，满足要求。稳定性验算：根据钢结构设计规范（GB50017）第5.
