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)淮委沂沐泗局、沂沐河水利管理局提供的沐河水文資料，2012年7月10日15時(shí)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(tái)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(tái)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水=53.60-37.92=15.68m。圍堰結(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(shí)，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砼=24KN/m2，厚度為4m，施工時(shí)對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［。］=0.50(MPa),簡切應(yīng)力［Tc］=0.99(MPa)。2、 封底混凝土所受荷載如Y水h水—*h砼=10X15.68-24X4=60.8kN/m23、 按照周邊固結(jié)單向板計(jì)算Mx=0.0833ql2=0.0833X60.8X10.82二590.7kN?m取單寬進(jìn)行驗(yàn)算：Wx=1/6bh2=1/6X1X42=2.67(m3)。max=Mx/Wx=590.7/2.67=221kPa=0.212MPa＜［。］=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：=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(shí)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2m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(shí)，浮力計(jì)算高度為15.68m。浮力F浮=yVi=9.8*[(17.8*1.5*2+10.8*1.2*2)*(15.68T.2)+0.5*(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:F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*1O.8*4T2*3.14*O.852*4)*24+12*3.14*3.4*120+7304=40745kN/37746kN=1.33,安全?；炷僚c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(tái)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(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。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2） 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/s一，YF^=KA2-V2取單位寬度的水流壓力：Fw=1.3x1x10x1.272=1.07KN/m22x9.83） 主動(dòng)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)摩擦角取巾=36，故F' =Kay'sh=tg2（45°-巾/2）*（18.5-10）*1.54=3.4kN/m2ep,k4、被動(dòng)土壓力Fpk=KpYsh=tg2（45°+巾/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(shí)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）。靜（KN/m2）。流（KN/m2）主動(dòng)土壓力（KN/m2）數(shù)值(KN/m2) 0 O —15.68 9_8 —153.66_ 1.07 —3.40—158.1_ 1 ^1 _14.48 9.8 _141.90_ 1.07 _0^5_143.7_ 2 ^2 —13.28 9.8 —130.14_ 1.07 0 131.2_ 3 ^3 _12.08 9.8 _118.38_ 1.07 0 119.5_ 4 O —10.88 9.8 —106.62_ 1.07 0 107.7_ 5 LL5 9.68 9.8 94.86 1.07 0 95.9— 6 ^6 8.48 9.8 —83.10 1.07 0 84.2_ 7 O 7^8 9.8 71.34 1.07 0 72.4— 8 ^8 6.08 9.8 59.58 1.07 0 60.7_ 9 O 4.88 9.8 47.82 1.07 0 48.9— 10 ^10 3_68 9.8 36.06 1.07 0 37.1 11 ^11 2.48 9.8 24.30 1.07 0 25.4— 12 ^12 1^8 9.8 12.54 1.07 0 13.6_ 13 03 0.08 9.8 0^8 1.07 0 —1.9 3、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/m22）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。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(gè)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0.35mq0=?！鉪=158.1*0.35=55.3kN/m2） 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：受力圖S.S5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)15tw235/fy范圍內(nèi)的腹板面積。板肋計(jì)算時(shí)應(yīng)與面板組合計(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*1=30cm。33參數(shù)計(jì)算得：I=860cm4 W=114.05cm3 S=92cm3②強(qiáng)度驗(yàn)算。二M/W=9.95/114.05*1000=87.2MPa<140MPat二QS/Id=33.18*92/(860*1)*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

55A L3C.7 L1C.7 13C.7 55.4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)支結(jié)座點(diǎn)結(jié)點(diǎn)約束反力合力大小角度力矩水平豎直力矩-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)。=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)。=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)位置編導(dǎo)水深（m）重力加速度—（Kg/s2） 。靜（KN/m2）。流（KN/m2）壓應(yīng)力（KN/m2）桁架寬度<m）均布力（kN/m）010.68'--o/9.8104.661.07105.74422.9 1 8 9.8 _78.40 1.07 79^ 4 317.9_269.858.801.0759.94239.5349.839.201.0740.34161.1429.819.602.0721.7486.7 5 0 9.8 0.00 3.07 3. 4 _12^_1）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]?.?山川山山HUlW川山川川什11川1山山尸受力圖彎矩圖（最大彎矩=235.75kN.m）剪力圖（最大剪力二560.85kN）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*1.6L+50*1.6*(75-0.8)-2+1/12*1.6*(150-3.2)L)*2=1724556cm4截面模量W=Ix/0.5h=1724556/(0.5*150)=22994cm3X。二M/W=235.8*10L/22994*10L=10.3MPa<[o]=140Mpa滿足要求t=QS/Ib=377.73