鋼套箱圍堰計(jì)算書

鋼套箱圍堰計(jì)算書一、基本資料1、根據(jù)淮委沂沭泗局、沂沭河水利管理局提供的沭河水文資料，2012年7月10日15時30分的水位標(biāo)高53.60m。設(shè)計(jì)水位按53.60m考慮，鋼圍堰頂標(biāo)高按55.60m設(shè)計(jì)，承臺底標(biāo)高41.92m。圍堰底標(biāo)高37.92m，最大水頭差13.68m。2、 圍堰豎向布置設(shè)計(jì)水位：53.60m，根據(jù)實(shí)際調(diào)查取53.60m計(jì)算。綜合擬定：圍堰頂標(biāo)高：55.60m,承臺底標(biāo)高:41.92m,假定封底砼的厚度為4.0m,則:圍堰底標(biāo)高:37.92m,故圍堰的總高為:55.60-37.92=17.68m3、 圍堰的壁厚及結(jié)構(gòu)布置圍堰壁厚1.5m。圍堰抽水后水頭差h=53.60-37.92=15.68m。圍水堰結(jié)構(gòu)見下圖。二、 荷載及計(jì)算工況（一） 荷載分類圍堰主要受到水的浮力、水的側(cè)壓力、土側(cè)壓力等荷載作用。（二） 各工況荷載分析工況1，圍堰下沉。工況2，圍堰抽水。三、 封底砼的計(jì)算圍堰水下封底后，施工抽水時，封底砼需承受基底的向上浮力，初擬封底砼標(biāo)號為C30，其容重Y=24KN/m2,厚度為4m,施工時對砼圍堰清理保證圭寸底混凝土有效厚度4,取4m混凝土計(jì)算。1、 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值水下C30混凝土按照C25取其設(shè)計(jì)值，根據(jù)《鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(T10002.4-99)中表3.0.3混凝土的容許彎拉允許應(yīng)力［。］=0.50(MPa),簡切應(yīng)力［Tc］=0.99(MPa)。2、 寸底混凝土所受荷載q二Yh一丫h水水 砼砼=10X15.68-24X4=60.8kN/m23、 按照周邊固結(jié)單向板計(jì)算Mx=0.0833ql2x=0.0833X60.8X10.82=590.7kN?m取單寬進(jìn)行驗(yàn)算:Wx=1/6bh2=1/6X1X42=2.67(m3)omax二Mx/Wx=590.7/2.67=221kPa=0.212MPa〈［o］=0.5MPa,滿足規(guī)范要求。4、 周邊剪切計(jì)算周邊受剪面：A=(14.8*2+10.8*2)X4=204.8m2剪力： Q=14.8X10.8X60.8=9718.3kN單寬剪應(yīng)力：二Q/A=9718.3/204.8=47.5kN/m2=0.0475MPa〈［t］=0.99MPa四、鋼圍堰下沉計(jì)算1、圍堰自重、首節(jié)下沉重量根據(jù)初步計(jì)算及估算，圍堰自重鋼結(jié)構(gòu)重以4569kN計(jì)(17.68m),首節(jié)高3m總重約775kN。刃角填充混凝土(17.8*2+10.8*2)*1.125=64.35m3,重1544.4kN。若澆筑倒角混凝土首節(jié)圍堰下沉共重2019.4KN。、下沉到位時重量Q=4569+2019=6588kN。2、分節(jié)下沉計(jì)算首節(jié)下沉?xí)r，保證圍堰頂標(biāo)高高出水面1m，滿足圍堰頂不被河水淹沒且便于接高圍堰焊接。河床最低為39.92m，圍堰浮力最大按此種情況進(jìn)行下沉計(jì)算。圍堰首節(jié)下沉計(jì)算首節(jié)圍堰下沉，按深入水中加計(jì)算。施工水位按53.60m考慮，浮力計(jì)算高度為2m。浮力F=Y?V1=10*((17.8*1.5*2+10.8*1.5*2)*0.8+0.5*浮(17.8*1.5*2+10.8*1.5*2)*1.2)=1201kN自重Q1=775kN，加入混凝土后為Q2=2019kN比較得知：F〉Q1，可以浮起，可注水調(diào)節(jié)下沉高度，故不需在浮圍堰壁內(nèi)填混凝土保證圍堰下沉。圍堰下沉到位計(jì)算圍堰下沉至河床(39.42m)時，浮力計(jì)算高度為15.68m。浮力F=YV=9.8*[(17.8*1.5*2+10.8*1.2*2)*(15.68T.2)+0.5*浮1(17.8*1.5*2+10.8*1.5*2)*1.2=11760KN自重Q=4569kN，設(shè)井壁加水高度為Xm則10*(17.8*1.5*2+10.8*1.2*2)*X=11760-4456=7304KN，解之得X=9.2，得注水不少于為9.2m即可保證下沉。3、圍堰抽水計(jì)算抽水前刃腳部澆筑混凝土方量為：0.5*(17.8*1.5*2+10.8*1.5*2)*1.2=51.5m3圍堰抽水后，總浮力為：浮=17.8X13.8X15.68X9.8=37746kN。圍堰總重：設(shè)圍堰注水高9.2m,自重7304kN(自刃腳頂部算起)，有G=4569+51.5*24+(14.8*10.8*4-12*3.14*0.852*4)*24+12*3.14*3.4*120+7304=40745kN/37746kN=1.33,安全。混凝土與鋼護(hù)筒粘結(jié)力為120KN/m2。特別說明：因工藝要求，圍堰封底及底部承臺段無法重復(fù)利用。五、圍堰側(cè)壁計(jì)算1、荷載水壓力計(jì)算時將所有外荷載經(jīng)面板傳遞至井壁桁架進(jìn)行整體計(jì)算，荷載按兩桁架間中心距進(jìn)行分配。河床頂(圍堰底)標(biāo)高為37.92m，第一層桁架計(jì)算至38.92m高，靜水壓力高為53.60-38.92=14.68mP =H*9.8=14.68*9.8=143.9kN/m2.外水流水壓力根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》：矩形橋墩取K=1.3根據(jù)水文資料取水流流速為1.27m/sYF=KAV2W 2g取單位寬度的水流壓力：Fw=1.3x1x10x1.272=1.07KN/m22x9.8主動土壓力河床標(biāo)高33.38m，圍堰均在水位以下，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測河床標(biāo)高取較小值圍堰入河床深度為1.54m埋深為水下內(nèi)摩擦角取。=36，故F'二KaYsh二tg2(45°-。/2)*(18.5T0)*1.54=3.4kN/m2ep,k4、被動土壓力Fpk=Kp\sh=tg2(45°+0/2)*(18.5-10)*1.54=50.4kN/m22、圍堰荷載組合圍堰靜荷載為圍堰外側(cè)所受的土壓力、水靜壓力及圍堰內(nèi)壁的水壓力，組合為圍堰外側(cè)和內(nèi)側(cè)荷載。計(jì)算時分別進(jìn)行組合計(jì)算。鋼圍堰外壁壓力計(jì)算桁架編號壓應(yīng)力編號水深(m)重力加速度(Kg/s2)0靜（KN/m2）0流（KN/m2）主動土壓力(KN/m2)數(shù)值（KN/m2）0仃015689815366107340158110114.489.8141.901.070.75143.72仃2132898130141070131230312089811838107011954o410889810662107010775o596898948610709596068489883101070842707728987134107072480860898595810706079o9488984782107048910010368983606107037111011248982430107025412012128981254107013613013008980781070—193、側(cè)壁面板計(jì)算1)荷載計(jì)算根據(jù)上述桁架受力計(jì)算，取桁架間面板所受最大水壓力q=158.1kN/m2max2)受力分析側(cè)壁面板板肋間距為0.35m,跨度1.2m,面板長寬比大于2,按單向板對面板進(jìn)行驗(yàn)算，取整跨1.2m為計(jì)算單元。q=158.1*0.35=189.7kN/m■笄卑允以板肋作為支點(diǎn)，按單位長度簡支梁計(jì)算，簡圖如下:LBS.7niuumuiinnunnuujun受力圖2.50彎矩圖（最大彎矩M=2.90kN.m）剪力圖（最大剪力Q=33.20）3）強(qiáng)度驗(yàn)算截面參數(shù)根據(jù)計(jì)算單元面板截面長1.2m,板厚10mmW=1.2*0.012/6=0.00002m3強(qiáng)度驗(yàn)算o二M/W=2.90/0.00002/1000=145MpaV140MPa,考慮非主要承重構(gòu)件滿足要求t=3Q/2A=3*33.20/（2*1.2*0.01）/1000=4.2MPa〈80MPa滿足要求。4、側(cè)壁面板板肋計(jì)算因板肋受力由水深及桁架間距兩個因素控制，按照最不利水深進(jìn)行桁架間距設(shè)計(jì)與計(jì)算。1） 荷載計(jì)算荷載以最底層桁架間所受最大水壓力進(jìn)行計(jì)算，板肋間距d為0.35mq=od=158.1*0.35=55.3kN/m002） 受力分析桁架作為支點(diǎn)，板肋按簡支梁進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算簡圖如下：uummimummmmiuu受力圖彎矩圖（最大彎矩M=9.95KN.m）剪力圖（最大剪力Q=33.18kN）3）強(qiáng)度驗(yàn)算①截面系數(shù)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.8條壓構(gòu)件的截面應(yīng)包括加勁肋和加勁肋每側(cè)15t235/f范圍內(nèi)的腹板面積。板肋計(jì)算時應(yīng)與面板wy組合計(jì)算，取面板計(jì)算寬度為板肋兩側(cè)各15t,t為面板厚度。面板計(jì)算寬度b=30t=30*l=30cm。參數(shù)計(jì)算得：I=860cm4 W=114.05cm3 S=92cm3②強(qiáng)度驗(yàn)算o二M/W=9.95/114.05*1000=87.2MPa〈140MPat二QS/Id=33.18*92/(860*l)*10=35.5MPa〈125MPaf=5ql4/384EI=5*55.3*1.24/(384*2*105*800)*108=0.56mm〈[f]=l200/400=3mm均滿足要求5、側(cè)壁桁架計(jì)算荷載計(jì)算對第1層桁架進(jìn)行受力分析吊箱底部側(cè)壁受力為q=158.1*3.5=553.35kn/m，換算成集中力為F=553.35/5=110.7kN受力圖內(nèi)力計(jì)算桿端內(nèi)力值（乘子=1）桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩164.57500000.000000000.0000000064.57500000.000000000.000000002129.1500000.000000000.00000000129.1500000.000000000.000000003129.1500000.000000000.00000000129.1500000.000000000.00000000464.57500000.000000000.0000000064.57500000.000000000.0000000050.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.000000006-96.86250000.000000000.00000000-96.86250000.000000000.000000007-129.1500000.000000000.00000000-129.1500000.000000000.000000008-96.86250000.000000000.00000000-96.86250000.000000000.0000000090.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.0000000010-55.40000000.000000000.00000000-55.40000000.000000000.0000000011-230.6250000.000000000.00000000-230.6250000.000000000.0000000012115.3125000.000000000.00000000115.3125000.000000000.0000000013-115.3125000.000000000.00000000-115.3125000.000000000.00000000140.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000150.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.0000000016-115.3125000.000000000.00000000-115.3125000.000000000.0000000017115.3125000.000000000.00000000115.3125000.000000000.0000000018-230.6250000.000000000.00000000-230.6250000.000000000.0000000019-55.40000000.000000000.00000000-55.40000000.000000000.00000000反力計(jì)算約束反力值(乘子=1)結(jié)點(diǎn)約束反力合力支座結(jié)點(diǎn)水平豎直力矩大小角度力矩10.00000000276.8000000.00000000276.80000090.00000000.0000000050.00000000276.8000000.00000000276.80000090.00000000.00000000強(qiáng)度驗(yàn)算腹桿(100*10等邊角鋼)o二Nmax/A=230.6*1000/19.26*100=120MPa〈140Mpa滿足要求長細(xì)比入二L/i=1560/19.6=79.6W［入］=130 滿足要求弦桿1、2、4、5、6、7、8、9(160*10鋼板)o二Nmax/A=129.2/(160*10)*1000=80.8MPa〈140MPa滿足要求六、內(nèi)支撐驗(yàn)算1、豎向內(nèi)支撐。豎向內(nèi)支撐采用150*0.5*1.6cm鋼箱。外部水壓力通過桁架傳遞于鋼箱上。上支撐q1=(20.12-5.18)*10*3.6*1.18/1.18=537.84kn/m下支撐q2=(20.12-4)*10*3.6*1.18/1.18=580.32kn/mF=1/2*(q2-q1)*3.6*1.18=90.23kN為簡化計(jì)算按照從底部起按照三跨連續(xù)梁計(jì)算支點(diǎn)受力。最底層混凝土處為第0層，向水面上依次為第1層，第二層。。。按照線性分布。各層支點(diǎn)處受力為：

支點(diǎn)處壓力計(jì)算支點(diǎn)位置編號水深（m）重力加速度（Kg/s2）0靜（KN/m2）0流（KN/m2）壓應(yīng)力（KN/m2）桁架寬度（m）均布力（kN/m）010.68、1*■&>//9.8104.661.07105.74422.9189.878.401.0779.54317.9269.858.801.0759.94239.5349.839.201.0740.34161.1429.819.602.0721.7486.7509.80.003.073.1412.31）荷載計(jì)算，為簡化計(jì)算，按照最底層三跨簡支梁計(jì)算各支點(diǎn)（支撐）受力，受力圖為:3]?.?卩川川川川川門川丄仏打打川訃川』』1受力圖彎矩圖（最大彎矩=235.75kN.m）-5W.3-3-5W.3-3剪力圖（最大剪力=560.85kN）5.75223%支座反力圖反力計(jì)算約束反力值（乘子=1）結(jié)點(diǎn)約束反力 合力支座 結(jié)點(diǎn)水平豎直力矩大小角度力矩10.00000000431.8203910.00000000431.82039190.00000000.0000000020.00000000940.0856690.00000000940.08566990.00000000.0000000030.00000000421.9391260.00000000421.93912690.00000000.0000000040.00000000156.8268120.00000000156.82681290.00000000.00000000強(qiáng)度驗(yàn)算(鋼箱)采用150*0.5*1.6cm鋼箱截面參數(shù)：面積距Sx=50*1.6*(75-0.8)+1.6*(75T.6)*(75T.6)/2*2=14556cm3截面慣性矩Ix=(1/12*50*1.6^3+50*1.6*(75-0.8)-2+1/12*1.6*(150-3.2)7*2=1724556cm4截面模量W=Ix/0.5h=1724556/(0.5*150)=22994cm3X0二M/W=235.8*10-6/22994*10-3=10.3MPa〈[o]=140Mpa滿足要求t=QS/Ib=377.73*9359/(788707*1.6*2)*10=11.