鋼吊箱設(shè)計計算書

1、 鋼吊箱設(shè)計計算書一、工程概述1.1承臺概況羅嶼大橋9#20#墩均為深水基礎(chǔ)高樁承臺，材料為C40海工混凝土，為封底混凝土C20。承臺頂標(biāo)高為-2.000m，承臺底標(biāo)高為-4.5m，承臺尺寸為6.25m20.7m。1.2水文羅嶼特大橋下部構(gòu)造位于海水中受潮差影響，平均高潮水位 2.92m、平均低潮水位-2.19m，平均潮位4.11m。1.3工程地質(zhì)上述墩位處在深水區(qū)域，海底標(biāo)高為-19.500-4.300，地層按其時代、成因、巖性、風(fēng)化程度及工程特性，由上而下依次為：第四系海積層（Q4cm）、第四系殘積層（Q4el）；下伏基巖為燕山晚期侵入花崗巖（53）及其風(fēng)化層；表層為素填土（Q4me）。料

2、詳見地勘資料。二、設(shè)計依據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ025-86）；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合手冊；公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范三、鋼吊箱設(shè)計3.1承臺施工概述承臺底面標(biāo)高高出凈水面，且海水較深，擬采用有底鋼吊箱施工承臺。根據(jù)設(shè)計文件要求，承臺混凝土澆注完畢后，須進(jìn)行防腐涂裝，因此鋼吊箱設(shè)計時四邊尺寸必須要超出承臺實際尺寸（現(xiàn)考慮預(yù)留1m），為后期涂裝留有足夠施工空間。承臺混凝土澆筑需準(zhǔn)備一套模板，混凝土一次澆筑成型，整個鋼吊箱只是起圍護(hù)止水的作用。3.2鋼吊箱初步設(shè)計承臺封底混凝土厚1.5m，側(cè)模板高度為8m，頂口高出設(shè)計平均高位1.28m，面板采用6mm鋼板，豎肋采用槽18a，按0

3、.6m間距布置，水平肋采用槽14a，按0.4m間距布置，圈梁采用雙肢槽20a。只在模板頂口布置一層內(nèi)支撐，材料選取450鋼管。底籃采用型鋼模板和“井”字型承重工鋼梁作為封底混凝土澆筑時的主要受力構(gòu)件。布置圖如下所示：3.3鋼吊箱側(cè)壁模板設(shè)計驗算3.3.1最不利工況 側(cè)壁模板主要是起圍護(hù)止水的作用，當(dāng)封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度并抽水完成時，鋼吊箱內(nèi)外水頭差最大，為最不利工況。3.3.2荷載計算側(cè)壁模板承受水平向荷載，按照設(shè)計規(guī)范，水平力=靜水壓力+流水壓力+波浪力+其它。 (1)凈水壓力 凈水壓力呈線性分布作用在側(cè)壁模板上，設(shè)計高潮位其值為0，最大水壓從封底混凝土頂面考慮，F(xiàn)凈水=（4.11-（-4.5

4、00）10=86.1kN/m2。(2)流水壓力 式中：F流水鋼吊箱所受的水流作用力，kN；1擋水形狀系數(shù),矩形采用1.3，流線型采用0.75；1水的容重，10kN/m3； A鋼吊箱入水部分在垂直于水流方向上的平面投影，取1m2計算。 V水的流速，按照橋梁設(shè)計文件說明，退潮流速較漲潮流速大，為V=1.029m/s； g重力加速度，g=9.81m/s2。 流水壓力較小，為簡化計算，按等代均布荷載在設(shè)計高潮位范圍內(nèi)布置。(3)波浪力根據(jù)橋梁設(shè)計文件說明，50年一遇波浪參數(shù)如下： 頻率F：H1%波高H：6.5m周期T：4.9s平均水深d：5.0m首先考慮波浪類型，模板按直墻考慮，底部基礎(chǔ)看做暗基床，5

5、.026.5=13，i=1/801/10根據(jù)海港水文規(guī)范的規(guī)定，波浪屬于遠(yuǎn)破波。波浪力計算簡圖如下：從圖中可以看出，波峰處波浪力為0，在凈水面波浪力最大，Ps=K1K2H。K1和K2根據(jù)規(guī)范查表分別取1.29和1.01，代入公式計算得：Ps=K1K2H=101.291.016.584.69 kN/m2 此處考慮凈水面為標(biāo)高-4.500m的位置，以下高度為封底混凝土，忽略波浪力的作用效應(yīng)。因此波浪力按照線性變化布置在側(cè)壁模板上。(4)其它力 其它力主要考慮風(fēng)荷載的作用，查設(shè)計規(guī)范，莆田沿海基本風(fēng)壓為F風(fēng)=0.45 kN/m2，作用在設(shè)計高潮位標(biāo)高以上的側(cè)壁模板上。3.3.3面板驗算面板厚度8mm

6、，尺寸為0.40.6m，按照四邊簡支板模型計算，選取封底混凝土頂部最大荷載組合進(jìn)行驗算。0.4/0.6=0.67，查建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合手冊表3.8.1，彎矩系數(shù)取0.0723，F(xiàn)凈水=86.1=86.8 F波浪力=84.69因此面板上的均布壓力取凈水壓力q=86.1kN/m2平行于短邊的每延米板寬上的彎矩Mac=0.072386.10.420.996kN/m板面抗彎剛度W=bh2/6=10.0082/6=10.6710-6m3 =M/W=0.996103/(10.6710-6)=93.35MPa=145Mpa 滿足要求3.3.4豎肋和橫肋驗算 在鋼吊箱布置圖中，長邊側(cè)壁模板跨度最大，受力最不利。

7、模板不利工況有兩種可能，一種是最高潮位產(chǎn)生的凈水壓力和流水壓力、風(fēng)荷載的疊加，另一種是波浪力和風(fēng)荷載的疊加。工況一：凈水壓力+流水壓力+風(fēng)荷載=86.1+0.7+0.45=87.25工況二：波浪力 +風(fēng)荷載=84.69+0.45=85.14通過比較兩種工況，相同位置工況一產(chǎn)生的內(nèi)力明顯大于工況二，因此以工況一作為基本內(nèi)力組合，為分別選取最大彎矩桿件進(jìn)行受力分析驗算。豎肋豎肋材料為2工16，=145MPa，=85 MPa ，A=26.1110-4m2，I=112710-8m4，W=140.910-6m3，S=80.810-6 m3，tw=0.0099m。 1）計算模式：2工16豎肋橫向間距1.0

8、m。圍堰內(nèi)的2工25圍囹間距為2.9m，因此計算跨徑為2.9m，取最不利底部跨（一端固定、一端簡支梁）進(jìn)行驗算： 2）荷載：q1=（4.11-（-1.600）10+0.45=57.55KN/mq2=（4.11-（-4.500）10+0.45=86.55KN/m 3）驗算強(qiáng)度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得： Mmax=9q1L2/128+0.02989（q2-q1）L2=41.32KN.m =Mmax/W=41.32106/(40.9*2103) =146.6Mpa1.3=1.3*145=188.5Mpa滿足要求； （2）剛度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：=0.00542q1L4/（EI）

9、+0.00239（q2-q1）L4/（EI） =0.00542*57.552.941012/(2.11051127*2104) +0.00239*（86.55-57.55）2.941012/(2.11051127*2104) =5.7mm=L/400=7.25mm 滿足要求; （3）抗剪驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：Qmax=5q1L/8+2(q2-q1）L/5 =557.552.9/8+2*(86.55-57.55）*2.9/5=137.95KN =Q/A=137.95103/(26.11*2102) =26.4Mpa=85Mpa 滿足要求。2、水平肋水平肋材料為14a，=210MPa，

10、=125 MPa ，A=18.5110-4m2，I=563.710-8m4，W=80.510-6m3，S=47.510-6 m3，tw=0.006m。 1）計算模式：14水平豎向間距0.6m。由于豎肋間距為1.0m，因此計算跨徑為1.0m，取最不利底部跨（量端固定）進(jìn)行驗算： 2）荷載：q=（4.11-（-4.500）10*0.6+0.45*.6=51.90KN/m （1）強(qiáng)度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得： Mmax=-qL2/12=-51.9*12/12=4.33KN.m =Mmax/W=4.33106/(80.5103) =53.8Mpa=145Mpa滿足要求； （2）剛度驗算： 查“

11、路橋施工計算手冊”得：=qL4/（384EI） =51.9141012/(384*2.1105563.7104) =0.1mm=L/400=2.5mm 滿足要求; （3）抗剪驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：Qmax=qL/2=51.91/2=25.95KN =Q/A=25.95103/（18.51102) =14.0Mpa=85Mpa 滿足要求。 3.4 圈梁 圈梁材料為雙肢工25，=210MPa，=125 MPa ，A=48.5110-4m2，I=501710-8m4，W=401.410-6m3，S=230.710-6 m3，tw=0.013m，ix=10.17cm。 由于圈梁的作用是用于

12、保證整個吊箱的整體性，受力很小，但必須選擇較大型號的型鋼；故不予驗算。 3.5 內(nèi)圍囹及支撐設(shè)計驗算在鋼吊箱布置圖中，在標(biāo)高+1.300m及-1.600m處各布置一層內(nèi)圍囹及內(nèi)支撐，材料均為2工25，=210MPa，=125 MPa ，A=48.5110-4m2，I=501710-8m4，W=401.410-6m3，S=230.710-6 m3，tw=0.013m。長邊側(cè)壁模板在1/3跨處對稱布置二道內(nèi)支撐（跨徑7.5m），標(biāo)高-1.600m處圍囹受力最不利，選取它進(jìn)行受力計算。 1）計算模式：圍囹豎向間距2.9m。由于支撐梁間距7.5m，加上斜撐，形成計算跨徑為3*2.5m，取最不標(biāo)高-1.

13、600m處圍囹按三等跨連續(xù)梁進(jìn)行驗算： 2）荷載：q=（4.11-（-1.600）10*2.9+0.45*2.9=166.90KN/m3）驗算3.5.1 圍囹（2工25）驗算 （1）強(qiáng)度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得： Mmax=-0.100qL2=-0.10*166.9*2.52=104.3KN.m =Mmax/W=104.3106/(401.4*2103) 122.9Mpa=145Mpa滿足要求； （2）剛度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：=0.677qL4/（100EI） =0.677*166.92.541012/(100*2.11055017*2104) =2.1mm=L/400=

14、6.25mm 滿足要求; （3）抗剪驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：Qmax=1.100qL=1.1*166.92.5=458.98KN =Q/A=458.98103/（48.51*2102) =47.3Mpa=85Mpa 滿足要求。3.5.2 支撐梁（2工25）驗算根據(jù)以上計算得：支撐處支點(diǎn)反力F=458.98 kN。承受軸向壓力，按照壓桿穩(wěn)定計算，桿件的長度為8m，按照設(shè)計規(guī)范，長度系數(shù)取u0=1.0，則計算長度l0=u0l=31=8m。計算柔度系數(shù)= l0/ ix=8/0.1017=78.66根據(jù)柔度系數(shù)查附表C-2，取=0.659，則受壓桿件的整體穩(wěn)定性如下： N/（A）=458.9

15、8103/（48.51*21020.659） =71.8MPa=140MPa，滿足要求。3.5.3 斜撐梁（2工25）驗算根據(jù)以上計算得：斜撐梁處支點(diǎn)反力F=458.98*1.414=649.0 kN。承受軸向壓力，按照壓桿穩(wěn)定計算，桿件的長度為3.5m，按照設(shè)計規(guī)范，長度系數(shù)取u0=1.0，則計算長度l0=u0l=313.5m。計算柔度系數(shù)= l0/ ix=3.5/0.1017=34.91根據(jù)柔度系數(shù)查附表C-2，取=0.889，則受壓桿件的整體穩(wěn)定性如下： N/（A）=458.98103/（48.51*21020.889） =53.2MPa=140MPa，滿足要求。 3.6 底籃設(shè)計驗算底

16、籃采用輕型工45作為主要承重梁，按受力情況布置成單根和雙肢截面，工12做分配梁，分配梁間距均為0.5m，在分配梁頂部鋪設(shè)6mm鋼板。 3.6.1 底籃分配梁驗算底籃主要承受封底混凝土的重量，當(dāng)處在最低設(shè)計潮位時，底籃不承受水的浮力作用，此時澆筑封底混凝土為最不利工況，荷載=封底混凝土重量+側(cè)壁模板重量+構(gòu)件自重。底籃熱軋輕型工16分配梁間距均為0.5m，其中最大跨徑為2.15m，對其進(jìn)行受力分析。分配梁荷載為封底混凝土重量及其構(gòu)件自重，桿件每延米均布力q1=241.50.5=18kN/m，自重q2=0.14kN/m，按簡支梁進(jìn)行計算，M=ql2/8=(18+0.14)2.152/8=10.48

17、kN.mQ= ql/2=(18+0.14)2.15/2=19.50kN普通工16的截面參數(shù)，=145MPa，=85 MPa ，I=112710-8m4，W=140.910-6m3，S=80.810-6 m3，tw=0.0099m。=M/W=10.48103/140.910-6=74.38=145MPa，滿足要求；=QS/（Itw）=19.510380.810-6 /（112710-80.0099） =14.185 MPa，滿足要求。 3.6.2底籃承重工45橫梁驗算工45的截面參數(shù)，=145MPa，=85 MPa ，A=102.410-4m2，I=3224110-8m4，W=1432.910-

18、6m3，S=836.410-6 m3，tw=0.018m。計算模式：底籃工45橫梁最大跨徑4.445m。共布設(shè)4根，簡化為以下二等跨受力模式： 2）荷載：q=24*8.25/2*1.5+46*0.14*9/2/22.7+2*0.8038=151.38kN/mP1=151.38*2.5=378.45kNP2=151.38*（2.5+1）=529.83kN3）驗算 （1）強(qiáng)度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得： Mmax=-0.125qL2=-0.125*151.38*4.4452=373.87KN.m =Mmax/W=373.87106/(1432.9*2103)=130.5Mpa=145Mpa滿

19、足要求； （2）剛度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：=0.521qL4/（100EI） =0.521*151.384.44541012/(100*2.110532241*2104) =2.3mm=L/400=11.12mm 滿足要求; （3）抗剪驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：Qmax=1.25qL+P1=1.25*151.384.445+378.45=1219.56KN =Q/A=1219.56103/（102.4*2102) =59.5Mpa=85Mpa 滿足要求。 3.6.3底籃承重2工32縱梁驗算工32的截面參數(shù)，=210MPa，=125 MPa ，A=67.1210-4m2，I=

20、1108010-8m4，W=692.510-6m3，S=400.510-6 m3，tw=0.015m。計算模式：底籃2工32縱梁最大跨徑3.6m。共布設(shè)6道，簡化為以下受力模式： 2）荷載：q=24*9.1*1.5+46*0.14*9/2/8.25+4*0.5269=333.22kN/mP=333.22*0.9=299.90kN3）驗算 （1）強(qiáng)度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得： MA=-qL2/2=-333.22*1.4252/2=-338.32KN.m M中2=333.22*3.6*2.925*（1-1.425/2.925）*(1+2*1.425/3.6)-2.925/3.6)/2 =1

21、86.17KN.m Mmax=-338.32KN.m =Mmax/W=338.32106/(692.5*4103)=122.1Mpa=145Mpa滿足要求； （2）剛度驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：=qL4（5-24a2/L2)/（384EI） =333.223.64（5-24*1.4252/3.62)1012/(384*2.110511080*4104) =1.9mm=L/400=9.0mm 滿足要求; （3）抗剪驗算： 查“路橋施工計算手冊”得：Qmax=qL(a+L/2)/2+P=333.223.6*(1.425+3.6/2)/2+299.9=2234.24KN =Q/A=2234.

22、24103/（67.12*4102) =83.2Mpa=85Mpa 滿足要求。 3.7懸掛設(shè)計驗算鋼吊箱懸掛系統(tǒng)由樁頂雙肢工56扁擔(dān)梁、32精軋螺紋鋼和千斤頂組成，作為鋼吊箱下沉和澆筑封底混凝土的受力構(gòu)件。吊箱下沉到位后支撐在2【20倒掛牛腿兼抗浮壓桿的牛腿上，當(dāng)在設(shè)計低潮位澆筑封底混凝土?xí)r，2【20倒掛牛腿處在最不利受力狀況，豎向力=封底混凝土重量+鋼吊箱重量。3.7.2 2【22b倒掛牛腿驗算【22b的截面參數(shù)，=1.3*145=188.5MPa，=85 MPa ，A=36.2410-4m2，I=2571.310-8m4，W=233.810-6m3，S=139.710-6 m3，tw=0.

23、0115m。由上計算可知：2【20倒掛牛腿最大反力為F=2234.24/2=1117.12KN。2【20倒掛牛腿可承受最大軸向力N=2*36.2418.85=1336.25NF=1117.12KN,滿足型鋼受力要求。3.7.2 倒掛牛腿焊縫驗算 （1）倒掛牛腿支撐處焊縫受剪驗算 N=1117.12KN 焊縫長度 Lm=0.5m （共4道 ）， 焊縫厚度 hf=0.005m=N/ Lwhf=1117.12/(（0.5*4+0.22*2）0.005) =91.6 Mpaff=120 Mpa符合要求。 （2）倒掛牛腿樁頂支撐處焊縫受剪驗算 N=1117.12KN 與鋼護(hù)筒焊縫長度 Lm=0.2m （共2道 ），與2【22加固橫梁接觸豎向焊縫長度 Lm=0.22m （共4道 ）， 與2【22加固橫梁接觸橫向焊縫長度 Lm=0.22m （共2道 ）， 焊縫厚度 hf=