套箱設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

吳忠黃河公路大橋鋼筋混凝土套箱設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、工程概況普蘭店海灣特大橋位于遼東半島南部，橫跨普蘭店灣，與沈大高速公路并行，中心里程DK4+269.57，橋長(zhǎng)4960.79m。海面寬度3350m,北部海灘寬1450m，南部海灣寬1150m，主海溝寬750m。兩側(cè)海灘主要為扇貝養(yǎng)殖區(qū)和海參池，灣內(nèi)水流主要受潮汐影響，水流平穩(wěn)，流速小于1m/s。橋址處最大水深10m,最高高潮位2.99m，最低低潮位－0.81m，常水位1.41m。全橋共138個(gè)橋墩，2個(gè)橋臺(tái)，其中72#～88#墩承臺(tái)采用雙壁鋼套箱施工，71#和89#墩承臺(tái)采用鋼板樁圍堰施工，42#～70#墩和90#～135#墩承臺(tái)采用混凝土套箱施工。二、混凝土套箱尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)普蘭店海灣橋的現(xiàn)場(chǎng)情況，42#～70#墩和90#～135#墩承臺(tái)采用混凝土套箱施工，其截面形式為矩形截面，考慮42#～60#墩和90#～135#墩承臺(tái)平面尺寸為8.1m×12.5m，61#～70#墩承臺(tái)平面尺寸為和9.1m×12.5m，故混凝土套箱的內(nèi)截面尺寸采用9.1m×13.5m和10.1m×13.5m兩種，即每側(cè)寬出承臺(tái)尺寸0.5m，為減少集中應(yīng)力，在四角設(shè)置倒角。由于海底表層為淤泥層，層厚一般在2～5m之間，且承載力較低，一般為40～80KPa,混凝土套箱封底混凝土厚度采用1.5m，根據(jù)最高潮水位2.99m，套箱頂高程定為3m，混凝土套箱墻厚50cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。混凝土套箱總高度：H=3-(承臺(tái)底高程)+1.5根據(jù)以上計(jì)算式得套箱最高高度為65＃－67＃墩11.077m，套箱內(nèi)部用雙[400〔背焊〕進(jìn)行支撐，詳細(xì)見(jiàn)《混凝土套箱示意圖》。三、箱體混凝土套箱配筋計(jì)算根據(jù)混凝土套箱高度、結(jié)構(gòu)及支撐情況，按套箱高度11m進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，根據(jù)主動(dòng)土壓力公式與深度成正比關(guān)系，故箱底所受側(cè)向土壓力最大，最不利情況為箱底水平方向，現(xiàn)以雙槽鋼支撐處〔距箱底2m〕進(jìn)行進(jìn)行配筋計(jì)算，此處填土高度為H=11-2＝9m，根據(jù)最高潮位為2.99m，地下水位與套箱頂齊平，故此處地下水高度同為9m。建立模型：模型截面尺寸為h=500mm，b=400mm土壓力計(jì)算：主動(dòng)土壓力公式：QUOTEPa—主動(dòng)土壓力(kN/m2〕；QUOTE—粘土的飽和重度(kN/m3)；QUOTE—土的浮重度(kN/m3)；QUOTE—水的重度(kN/m3)；—所計(jì)算點(diǎn)的填土高度(m)；QUOTE—填土的內(nèi)摩擦角；QUOTEKa—主動(dòng)土壓力系數(shù)；—填土的內(nèi)聚力(kN/m2〕。根據(jù)粘土特性查有關(guān)資料查得：QUOTE＝19kN/m3，取15°，＝13kN/m2根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算得：主動(dòng)土壓力系數(shù)：浮重度：QUOTE主動(dòng)土壓力：均布荷載：47.108kN/mC20鋼筋混凝土彈性模量：=2.55×104MPa構(gòu)件慣性矩：構(gòu)件截面面積：=0.4×0.5=0.02m2那么鋼筋混凝土的抗壓剛度：=25500000×0.02=510000kN鋼筋混凝土抗彎剛度=25500000×QUOTE1240=106250kN·m2通過(guò)以上計(jì)算數(shù)據(jù)，，運(yùn)行《結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器》計(jì)算構(gòu)件最大彎矩及此處最大軸力如下：=94.9kN·mN=112.24kN以混凝土套箱外圍(11.1m×14.5m)尺寸定為模型結(jié)構(gòu)，具體模型尺寸、受力情況及彎矩見(jiàn)附圖，根據(jù)彎矩圖，在變號(hào)彎矩作用下，構(gòu)件受壓變成受拉，受拉變成受壓，故采用對(duì)稱(chēng)配筋。變量定義：—彎矩值；—軸向壓力；QUOTEfcm—混凝土彎曲抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；QUOTEfy—鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；QUOTEAs—對(duì)稱(chēng)配筋時(shí)的鋼筋截面面積；—截面寬度；—截面高度；QUOTEh0—截面有效高度；QUOTEξb—相對(duì)界限受壓區(qū)高度；—受壓區(qū)計(jì)算高度；QUOTEαs—系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C50時(shí)，取1.0；，QUOTEγs—保護(hù)層厚度；—軸向壓力作用點(diǎn)至受拉鋼筋QUOTEAs合力點(diǎn)之間的距離；—初始偏心距；—軸向壓力對(duì)截面重心的偏心距，；—附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的較大值；—縱向彎曲的軸向力偏心距增大系數(shù)；—偏心受壓構(gòu)件的長(zhǎng)度；—偏心距變化對(duì)截面曲率的影響系數(shù)；—構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比對(duì)截面曲率的影響系數(shù)；當(dāng)時(shí)，取當(dāng)時(shí)，取查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》得：C20混凝土QUOTEfcm=11N/mm2Ⅱ級(jí)鋼筋QUOTEfy=300N/mm2鋼筋混凝土構(gòu)件配有屈服點(diǎn)鋼筋的相對(duì)界限受壓區(qū)高度：QUOTEξb=0.55鋼筋保護(hù)層定為40mm，故截面有效高度：QUOTEh0=500－40=460mm求計(jì)算偏心距附加偏心距，故求偏心距增大系數(shù)，取判別大小偏心：屬大偏心受壓。對(duì)稱(chēng)配筋為：選用222＝760mm2，鋼筋間距為20cm。根據(jù)最不利位置布置鋼筋情況，全套箱縱橫向均可采用此配筋即可滿(mǎn)足施工要求，整體套箱配筋形式為間距為20cm22(Ⅱ級(jí))鋼筋雙層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片間距42cm。四、封底混凝土計(jì)算1、計(jì)算荷載抽水時(shí)混凝土所受的浮力：—水容重(kN/m3)；—最高水位至封底混凝土底部深度(m)；—單位面積封底混凝土的重力(kN/m2)。按最深地下水位計(jì)算，，，那么2、封底混凝土底板抗彎計(jì)算為簡(jiǎn)化計(jì)算，封底混凝土板按最不利位置，采用四點(diǎn)支撐混凝土板(3.4m×5.8m)，取兩種形式套箱的較大截面，如下列圖示。根據(jù)《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔JTJ268-98〕，素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算，對(duì)素混凝土受彎構(gòu)件的正截面承載力按下式計(jì)算：式中—構(gòu)件受彎承載力設(shè)計(jì)值：—素混凝土結(jié)構(gòu)系數(shù)，對(duì)受彎計(jì)算，取2.0；—截面抵抗矩的塑性影響系數(shù)，取1.55；—混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，水下混凝土取1.5MPa；—單位寬度，取=1m；—彎矩影響系數(shù)，取0.1429。從以上公式及數(shù)據(jù)可得：經(jīng)計(jì)算：h=1.46<1.5m，故取封底混凝土厚度為1.5m，抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。五、混凝土套箱刃腳設(shè)計(jì)及驗(yàn)算根據(jù)刃腳設(shè)計(jì)的一般規(guī)定，踏面取15cm，斜面高度取50cm。套箱下沉?xí)r，分為兩種情況，一是下沉一半時(shí)刃腳向外彎曲受力計(jì)算，一是下沉至底時(shí)向內(nèi)彎曲受力計(jì)算，取套箱壁周長(zhǎng)1m?！?〕第一種情況，下沉一半時(shí)的刃腳向外彎曲受力計(jì)算刃腳自重刃腳重心刃腳浮力刃腳以上重力套箱1m周長(zhǎng)總重力：刃腳外側(cè)摩阻力，取或之小者外壁土壓力其中1.3m為時(shí)的高度假設(shè)取，，那么故取刃腳摩阻力刃腳外側(cè)土壓力其中，刃腳外壓力的作用高度刃腳外水壓力刃腳總水壓力水壓力作用高度刃腳承受土的豎向反力刃腳承受土向外擠推力擠推力U作用高度刃腳水平力分配求取刃腳根部彎矩，對(duì)刃腳n-n截面中點(diǎn)取矩，順時(shí)針為正，刃腳的彎矩分配系數(shù)取大值。求取刃腳1m寬度內(nèi)外壁鋼筋的計(jì)算彎矩?！?〕第二種情況，刃腳向內(nèi)彎曲受力計(jì)算套箱下沉至-8m，刃腳下的土已被挖除，刃腳的構(gòu)造尺寸和受力情況如下圖，按排水封底工況，粘性土中靜水壓力系數(shù)取，取壁周長(zhǎng)1m寬度計(jì)算。刃腳自重刃腳重心刃腳外摩阻力取15kN/m2，那么刃腳外側(cè)土壓力其中，土壓力作用高度刃腳外側(cè)水壓力水壓力作用高度