特大橋水中雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算書(shū)

XXXX大橋雙壁鋼圍堰計(jì)算單目錄一、基本資料 2二、荷載及計(jì)算工況 3（一）荷載分類(lèi) 3（二）各工況荷載分析 3三、封底砼的計(jì)算 3四、鋼圍堰下沉計(jì)算 4五、圍堰側(cè)壁計(jì)算 6（一）、荷載 6（二）、圍堰荷載組合 7（三）、主要計(jì)算結(jié)果 8（四）、計(jì)算結(jié)果分析 9六、圍堰穩(wěn)定性檢算 11（一）、荷載 11（二）、抗滑移穩(wěn)定 11（三）、抗傾覆檢算: 11一、基本資料1、設(shè)計(jì)潮水水位按+7.85m考慮，實(shí)際+8.5m，鋼圍堰頂標(biāo)高按+9.0m設(shè)計(jì)，承臺(tái)底標(biāo)高-3.222m，圍堰底標(biāo)高-7.2222、圍堰豎向布置施工水位：＋6.08m，設(shè)計(jì)高潮位：＋7.85m，根據(jù)實(shí)際調(diào)查取8.5m計(jì)算。綜合擬定:圍堰頂標(biāo)高:+9.0m,承臺(tái)底標(biāo)高:-3.222m,假定封底砼的厚度為4.0m,則:圍堰底標(biāo)高:3、圍堰的壁厚及結(jié)構(gòu)布置圍堰壁厚1.4m。圍堰抽水后水頭差+8.5+7.22=15二、荷載及計(jì)算工況（一）荷載分類(lèi)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(shí)，封底砼需承受基底的向上浮力，初擬封底砼標(biāo)號(hào)為C30，其容重γ砼=24KN/m2，厚度為4m，施工時(shí)對(duì)圍堰清理保證封底混凝土有效厚度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[σ]=0.50（ＭＰａ），簡(jiǎn)切應(yīng)力〔τｃ〕=0.99(MPa)。2、封底混凝土所受荷載q=γ水h水－γ砼h砼=10×15.72-24×4=61.2KN/m23、按照周邊固結(jié)單向板計(jì)算Mx=0.0833qlx2=0.0833×61.2×14.82=1116.7KN·m取單寬進(jìn)行驗(yàn)算:Wx=1/6bh2=1/6×1×342=2.67(m3)σmax=Mx/Wx=1116.7/2.67=418.8Kpa=0.419MPa<[σ]=0.5MPa,滿足規(guī)范要求。4、周邊剪切計(jì)算直邊受剪面：A＝(22+22)×4=176圓弧段受剪面：F＝3.14×7.1×2×4=185.89單寬直邊剪力：Q＝22×14.2×61.2＝19926.7KN。單寬直邊剪應(yīng)力：τ=Q/A=19926.7/176=113KN/m=0.113Mpa<[τ]=0.99Mpa兩圓弧段剪應(yīng)力比直線段剪應(yīng)力小故不驗(yàn)算。四、鋼圍堰下沉計(jì)算1、圍堰自重1）、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6000KN（16.3m），首節(jié)高10.3m總重3600KN。加強(qiáng)立柱填充混凝土112m32）、下沉到位時(shí)重量Q=6000+2693=8693KN。2、分節(jié)下沉計(jì)算首節(jié)下沉?xí)r，保證圍堰頂標(biāo)高在+8.5m，滿足圍堰頂不備大潮淹沒(méi)且便于接高圍堰焊接。48＃墩河床最低為-1.05m，圍堰浮力最大按此種情況進(jìn)行下沉計(jì)算。1）48＃墩首節(jié)下沉計(jì)算首節(jié)圍堰下沉至河床（-1.05m）時(shí)頂標(biāo)高+9.25m；施工水位按6.0m考慮，浮力計(jì)算高度為7.05m。浮力F?。溅谩1=10×（22.1×1.4×2）×7.05＋10×3.14×(8.82-7.42)×7.05=9383KN自重Q1=6293KN比較得知：F浮＞Q1故需在井壁內(nèi)填混凝土保證圍堰下沉。圍堰壁內(nèi)體積V=116m3/m，填充混凝土重Qh=2788KN/m，填充2.5m（扣除刃角后相當(dāng)于2m高）混凝土，總重為Q1’=6293+2788×2＝11869取土層2（2）粉土，灰色，潮濕，稍密；土層2（3）粉砂，灰色，飽和，稍～中密，極限摩阻力12～25KPa。圍堰下沉計(jì)算表見(jiàn)表1。表1圍堰下沉表序號(hào)土層編號(hào)土層名稱(chēng)土的極限摩阻力48＃墩地質(zhì)資料下限(Kpa)上限(Kpa)土層厚度下沉最小摩阻力KN下沉最大摩阻力KN1（2）2粉土，灰色，潮濕，稍密12250.71416866(2)-2粉土飽和σo=100KPa2（2）3粉砂，灰色，飽和，稍～中密12255.4820914355(2)-3粉砂飽和σo=100KPaA、當(dāng)圍堰下沉到第一層土（土層編號(hào)（2）2）底時(shí)。圍堰入土0.71m。取最小摩阻力時(shí):取最大摩阻力時(shí):故井壁填充2m混凝土后適當(dāng)掏空刃角及可下沉。2）48＃墩下沉到位計(jì)算首節(jié)圍堰下沉至河床（-7.222m）時(shí)頂標(biāo)高+9m；最高水位按8.5m考慮，浮力計(jì)算高度為15.722m。浮力F浮＝γ·V1=10×（22.1×1.4×2）×15.722＋10×3.14×(8.82-7.42)×15.722=20516.4KN自重Q=8693KN，填充混凝土N＝2788×7.5=20910KN，其余井壁加水至標(biāo)高＋2.5m，則加水N水＝116×10×（2.5-(-4.722）)=8377KN取最小摩阻力時(shí):取最大摩阻力時(shí):3）、下沉穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算當(dāng)按最小摩阻力Tmin=2091計(jì)算時(shí)，刃角極限支反力Rb＝96×0.2×200＝3840KN，下沉穩(wěn)定系數(shù)Kst,s=0.91滿足規(guī)范要求。3、圍堰抽水計(jì)算圍堰抽水后，總浮力為：F?。?03×15.722×10＝94804KN。圍堰總重：G=6293＋20910＋8377＋472×4×24＝80892KN＜94804KN,因此需將圍堰井壁內(nèi)充水換成井壁填充混凝土，填充高度8m，填充混凝土1310m3。隔艙填充混凝土190m3， 封底混凝土K＝G/F浮＝（6293＋1310×24＋190×24＋2400×24）/94804=1.05五、圍堰側(cè)壁計(jì)算（一）、荷載1、水壓力由于井壁下部2.5m高的范圍內(nèi)填充了混凝土，且內(nèi)側(cè)進(jìn)行封底，故此范圍內(nèi)不進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)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。第一層桁架計(jì)算至－4.5m高，靜水壓P外水＝H×10＝13×10=130KN/m.2、潮水壓力P潮水＝30KN/m.均布3、流水壓力根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》:取單位寬度的水流力：==3.66KN/m4、主動(dòng)土壓力均在水位以下，水下內(nèi)摩擦角取φ＝38，故=tg(45°-φ/2)×tg(45°-φ/2)×（18－10）×（-1.05-(-4.5)）=6.6KN/m5、被動(dòng)土壓力=tg(45°+φ/2)×tg(45°+φ/2)×（18－10）×（-1.05-(-4.5)）=116KN/m（二）、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?？勺兒奢d為流水壓力及潮水壓力。計(jì)算時(shí)分別進(jìn)行組合計(jì)算。桁架編號(hào)圍堰外側(cè)水壓主動(dòng)土壓力圍堰外側(cè)靜荷載流水壓流水荷載潮水可變荷載小計(jì)最大最小平均最大最小平均KN最大最小平均KNKNKN1130124127.06.65.56.0133.0000.00.00.02124118121.05.54.34.9125.9000.00.00.03118112115.04.33.23.7118.7000.00.00.04112106109.03.22.02.6111.6000.00.00.05106100103.02.00.91.4104.4000.00.00.061009497.00.90.00.497.40.00.10.10.00.07948891.00.00.00.091.00.10.30.20.10.18888285.00.00.00.085.00.30.60.40.30.39827679.00.00.00.079.00.60.80.70.40.410767073.00.00.00.073.00.81.00.90.50.511706467.00.00.00.067.01.01.31.10.70.712645861.00.00.00.061.01.31.51.40.80.813585255.00.00.00.055.01.51.71.61.01.014524649.00.00.00.049.01.71.91.81.11.115464043.00.00.00.043.01.92.22.11.21.216403437.00.00.00.037.02.22.42.31.41.417342831.00.00.00.031.02.42.62.51.51.518282225.00.00.00.025.02.62.92.81.79.010.719221619.00.00.00.019.02.93.13.01.818.019.820161013.00.00.00.013.03.13.33.21.918.019.9211047.00.00.00.07.03.33.63.52.110.512.6（三）、主要計(jì)算結(jié)果主要計(jì)算結(jié)果取編號(hào)為第3、5、8、9、10片內(nèi)桁架內(nèi)力內(nèi)桁架軸力表?xiàng)U件號(hào)桁架3桁架5桁架8桁架9桁架10軸力（KN）軸力（KN）軸力（KN）軸力（KN）軸力（KN）1-580-500-381-344-3052-63-70-50-46-423-108-328-294-280-2684-233-260-178-160-143511032-28-43-56623-58-45-43-417-311-434-402-374-3418-276-312-293-278-2669-282-246-190-172-15510-181-302-312-296-27311-197-171-133-120-1081220-142-191-187-177132019-45-42-3914-119-185-205-199-188（四）、計(jì)算結(jié)果分析1、桁架（1）、桁架與面板組合，采用∠752x8與面板組合后截面力學(xué)性能為：A=2576.mm2I=2619440mm4W=49256mm3旋轉(zhuǎn)半徑i＝31mmL=1400mmλ＝1400/31=45，φ=0.728計(jì)算承臺(tái)以上第10片桁架考慮到下放過(guò)程中的不同步，第10片計(jì)算桁架（承臺(tái)頂支撐處第一片）也采用∠1002x10。（2）、桁架與面板組合，采用∠1002x10與面板組合后截面力學(xué)性能為：A=3460mmI=5989392mmW=86803mm旋轉(zhuǎn)半徑i＝41.6L=1400mmλ＝1400/41.6=33.6，按D類(lèi)軸心受壓結(jié)構(gòu)計(jì)算φ=0.815由于為滿足抗浮需要，圍堰內(nèi)第1～10片桁架范圍內(nèi)的井壁均填充了混凝土，因此桁架除承臺(tái)范圍內(nèi)桁架采用∠1002x10外，其余采用∠752x8，能保證結(jié)構(gòu)安全。2、面板局部應(yīng)力檢算:面板采用δ=6mm鋼板,所選面板區(qū)格按一邊固結(jié)三邊鉸結(jié)進(jìn)行計(jì)算。井壁哪未填充混凝土部分從荷載表中可知，面板最大荷載為P=67KN/m2，則單位寬度q=67KN/m。井壁區(qū)格尺寸為lx=400mm，ly=