钢围堰设计计算书

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面板加劲肋计算图示
流水压力 8KPa
围堰外侧
静水压力
+h(仓 壁 内 控 制水头)
土压力
静水压力
+3.0 (河 床 标 高 )
+
-
-5.832m(套 箱 底 )
外面板体系:
流水压力 8KPa
静水压力
+19.0m +18.0m
内支撑
内支撑
土压力
内支撑 内支撑 +
-3.872m (封底顶面)
面板加劲肋内力图示(肋距 35cm)
弯矩图(单位 10knm) 剪力图(单位 10kn)
6
典尚设计-路桥效果图、三维动画 http://www.dillsun.com
支反力(单位 10kn)
钢箱强度复核:
下部钢箱标高+2.928m,最大弯矩 M=2448KNm,对应剪力 2478kn
σ=
3τ 2
+
σ
2 1
=
(
M W
)
2
+
3(
Q A
)
2
M W
= MPA = 113.8MPa ≤ 145×1.1 = 160MPa
上部钢箱,最大弯矩 M=668KNm,对应剪力 210kn
σ=
3τ 2
+
σ
2 1
=
(
M W
)
2
+
3(
Q A
)
2
M W
= MPA = 42.1MPa ≤ 145 ×1.1 = 160MPa
竖箱钢箱在抽水阶段满足受力要求,且作为龙骨有一定的安全储备。
ξ1——挡水形状系数,矩形采用 1.0,流线型采用 0.75; γ1——水的容重,10kN/m3;
A——钢吊箱入水部分在垂直于水流方向上的平面投影,取 1m2 计算。
V——水的流速,V=2.89m/s;
g——重力加速度,g=9.81m/s2。
7)风荷载、波浪力不计
三、计算工况
1、分节下沉工况 2、封底浇筑工况 3、抽水工况 4、首层承台施工完成,割除最下一道内支撑工况 5、第二层承台施工完成,割除第二道内支撑工况 6、首节墩身施工完成割除第三道内支撑工况(回灌 6m 水头) 7、第二节墩身施工完成,割除最后一道内支撑工况(回灌 8m 水头)
+16.5
3、主要荷载
1)水压力:按γwh 计算,与水深成正比。
2)土压力 :按主动土压力计算,透水层取γ’h(γ’为土层浮容重)
3)土侧摩阻力:按τ×A 计算
4)围堰底土层阻力 :σ×A 计算
5)砼侧压力:按γch 计算
6)上游迎水面水流压力:
按公式
F1
V2 = ξ1γ 1 A1 2g

式中:F1——钢吊箱所受的水流作用力,kN;
Nmax=3882KN
Mmax=74.5KNm A=317.14cm2,W=7930cm3,δ=10mm,L=5m,λ=14,稳定系数φx=0.985,管口局部失稳系数
ψ=0.95
强度复核:
按《钢结构设计手册》关于钢管构件强度计算公式:
σ
= N/A+ M γW
=
3882
317.14
+
74.5 ×106 1.15 × 7930000
腹杆最大轴力-223KN,强度及稳定性复核如下:
N
A
=
343000 2140
=
160MPa

190MPa
故腹杆强度满足要求。
稳定性复核如下: N φA = 286000 0.856× 2140 = 156MPa ≤ 190MPa 稳定性满足要求。 腹杆与弦杆连接计算: 按最大轴力-223KN 控制焊缝,焊缝采取 3 面围焊,取焊脚尺寸 6mm,有效高度 4.2mm: 取焊缝强度:抗剪强度[б]=125Mpa, 抗拉强度[б]=190Mpa . 腹杆与弦杆连接图见下图:
=
130.4MPa

145MPa
稳定性复核: 按《钢结构设计手册》关于钢管构件稳定性计算公式
N + M x ≤ ϕ[σ ]
ϕx A γWx
121+6.2=131≤0.95×145=138Mpa
B、对于φ820×10mm 钢管:
Nmax=2793KN
Mmax=22.4KNm A=254.3cm2,W=5088cm3,δ=10mm,L=5m,λ=18,稳定系数φx=0.976 , 管口局部失稳系数
=
112MPa

145MPa
故腹杆强度满足要求。
稳定性复核如下: N φA = 357000 0.899 × 2460 = 161MPa ≤ 190MPa
稳定性满足要求。 腹杆与弦杆连接计算: 按最大轴力-357KN 控制焊缝,焊缝采取 3 面围焊,取焊脚尺寸 6mm,有效高度 4.2mm: 取焊缝强度:抗剪强度[б]=125Mpa, 抗拉强度[б]=190Mpa .
2、设计参数取值
1)承台底(封底顶)标高: -3.872m
2)承台顶标高 :
+2.128
3)围堰顶面标高 :
+19.0
4)围堰底面标高 :
-6.872m
5)封底底标高:
-6.872m
6)河床标高:
+3.0m
7)单壁防浪板高:
1.5m
8)封底混凝土厚:
3.5m
9)设计高水位:
+18.0m
10)设计低水位:
内支撑
σ=M/ω=4700000/(39712)=118MPa<190MPa 2)水平桁架 水平桁架自上向下构造相同,通过竖向间距的调整,使各层受力基本相同,受力相对较大 的为标高+2.928m、+14.628m 处的桁架(底部桁架虽受力更大,但仓壁内浇筑了砼,截面大大 加强,不作控制验算)。 简化后的受力图式分别如下:
则[T]=[400×125+80×190]×4.2×2×0.7=548KN>357KN 所以焊缝强度满足要求。 标高+12.928m 处桁架: 弦杆:弦杆截面及其特性如下:
A=37.4cm2 Wmin=112cm3
根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》,强度复核采用公式 1.2.15-3 计算,稳定性复
板肋共同作用有效宽b 内壁板:b=28cm
80 6
单位:mm
7
50 加劲肋受力截面(考虑板肋共同受力)
外面板最大弯矩:0.085 KNm(取 10cm 板条), 面板应力为: σ=M/ω=85000/(100×62/6)=142MPa<190MPa 内面板最大弯矩:0.0686 KNm, 面板应力为: σ=M/ω=68600/(100×62/6)=114MPa<190MPa 外面板加劲肋最大弯矩:4.82 KNm, 最大应力为: σ=M/ω=4820000/(39712)=121MPa<190MPa 内面板加劲肋最大弯矩:3.8KNm, 最大应力为: σ=M/ω=3800000/(39712)=96MPa<190MPa 该工况下,壁板结构强度满足要求。
对上述杆件强度复核如下:
4
典尚设计-路桥效果图、三维动画 http://www.dillsun.com
标高+2.928m 处桁架: 弦杆:弦杆截面及其特性如下:
腹杆与弦杆连接图见下图:
A=46.8cm2 Wmin=233cm3
根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》,强度复核采用公式 1.2.15-3 计算,稳定性复
Y 下部钢箱
A=0.058m2 W=0.0284m3
单位:mm
Y 上部钢箱
A=0.04832 m W=0.0171m3
单位:mm
钢箱承受水平桁架传递的侧压力(即水平桁架受力的支反力),钢箱支点自左向右依次为 为四道内支撑和封底砼,受力最不利的钢箱为拐角处。
受力图示如下: (单位 10knm)
则[T]=[240×125+70×190]×4.2×2×0.7=364KN>343KN 所以焊缝强度满足要求。 3)竖向钢箱 竖向钢箱为围堰受力主龙骨,取允许应力 145Mpa 控制计算。 标高+3.0m 以下的钢箱内浇筑了砼予以加强,刚度较大,该部分竖向钢箱不做计算,仅对 +3.0 以上的钢箱进行强度复核: 钢箱受力截面如下:
σ
=
N
/A+ M γW
=
4930
128.7
+
8.8 ×106 1.15 ×1289000
=
44.5MPa ≤ 145MPa
稳定性复核: 按《钢结构设计手册》关于钢管构件稳定性计算公式
N + M x ≤ ϕ[σ ]
ϕx A γWx
42+6.8=48.8≤0.95×145=138Mpa 所以,钢管强度及稳定性满足抽水工况受力要求。 3、首层承台施工完成,割除最下一道内支撑工况 经计算,该工况下,面板体系、水平桁架及钢箱受力较第 2 工况内力更小,不做计算,仅 对内支撑进行复核: 该工况下: 第三道内支撑φ1020×10mm 钢管: Nmax=3975KN Mmax=92KNm 同上计算: σ=135.3Mpa≤145Mpa σ稳=137≤0.95×145=138Mpa 第二道内支撑φ820×10mm 钢管: Nmax=2956KN Mmax=26KNm
土压力
内支撑 内支撑 +
-3.872m (封底顶面)
1)面板体系 此时围堰仓壁内水头高度:+9.8,内面板侧压力最大值 78kpa,外面板最大值 83kpa。同 工况一计算原理: 外面板最大弯矩:0.0966 KNm, 面板应力为: σ=M/ω=96600/(100×62/6)=161MPa<190MPa 内面板最大弯矩:0.0921 KNm, 面板应力为: σ=M/ω=92100/(100×62/6)=154MPa<190MPa 外面板加劲肋最大弯矩:6.5 KNm, 最大应力为: σ=M/ω=650000/(39712)=164MPa<190MPa 内面板加劲肋最大弯矩:4.7KNm, 最大应力为:
底部水平桁架受力图式
3
典尚设计-路桥效果图、三维动画 http://www.dillsun.com
桁架轴力图
桁架杆件弯矩图
上部壁板水平桁架图示从略。
桁架荷载及内力表列如下:
桁架标高
杆件位置
荷载
+2.928m +2.928m
弦杆 腹杆
120kn/m
+2.928m
立杆
+12.928m
弦杆
86.5kn/m
第三部分
钢围堰设计及计算书
一、计算依据
1、《淮海大桥施工图》 2、《淮海大桥地质水文资料》 3、《第一部分:淮海大桥钢围堰施工方案》 4、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
二、计算参数及荷载
1、基本原则
钢围堰的设计以可实施性和安全性为基本原则,施工设计阶段按 5%频率(20 年一遇)
取用有关设计参数。
4)内支撑
内支撑为围堰主要受力构件,且以压弯受力为主,取允许应力 145Mpa 控制计算。
受力图示如下:
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典尚设计-路桥效果图、三维动画 http://www.dillsun.com
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典尚设计-路桥效果图、三维动画 http://www.dillsun.com
A、对于φ1020×10mm 钢管:
+12.928m
立杆
86.5kn/m
+12.928m
腹杆
86.5kn/m
最大轴力(KN) -615 -357 -81 -454 -77
-286(343)
最大弯矩(Knm) 4.74
4.0
杆件截面 δ=10mm,b=30cm 2∠80×80×8
∠63×63×6 δ=10mm,b=20cm
∠63×63×6 2∠70×70×8
四、围堰结构强度验算
1、 分节下沉与封底砼浇筑工况
1
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由于采取不排水下沉的方法,在此工况下,套箱整体受力较小,仅对面板体系进行强度验
算。
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该工况下面板体系受力图式如下:
内面板体系:
+19.0m
+18.0m
通过仓壁内加水控制,内面板侧压力最大值 56kpa,外面板最大值 70kpa。 面板按四边嵌固于面板加劲肋计算,加劲肋按多跨连续梁计算。
2、封底后抽水工况
2
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此工况下为围堰整体结构受力最不利状态,对壁板的面板、加劲肋、水平桁架、竖向钢箱 (围堰龙骨)、内支撑均作强渡验算和稳定性分析。
此工况下,围堰受力图式如下: +19.0m
流水压力 8KPa
静水压力
+18.0m 内支撑
ψ=0.95。
强度复核:
按《钢结构设计手册》关于钢管构件强度计算公式:
σ
=
N/A+ M γW
=
27930
254.3
+
22.4 ×106 1.15 × 5088000
= 113.6MPa ≤ 145MPa
稳定性复核: 按《钢结构设计手册》关于钢管构件稳定性计算公式
N + M x ≤ ϕ[σ ]
ϕx A γWx
112.5+3.8=116≤0.95×145=138Mpa
C、对于φ420×10mm 钢管:
Nmax=493KN
Mmax=8.8KNm A=128.7cm2,W=1289cm3,δ=10mm,L=5m,λ=18,稳定系数φx=0.918 , 管口局部失稳系数
ψ=0.95。
强度复核:
按《钢结构设计手册》关于钢管构件强度计算公式:
核采用公式 1.2.16-3 计算:
强度复核
M N / A+
W
=
4740
233
+
655000 4680
=
160MPa

190Pa
弦杆强度满足要求。
腹杆:采用 2∠80×80×8 角钢,截面面积 A=2×12.3=24.6cm2,
腹杆最大轴力-357KN,强度及稳定性复核如下:
N
A
=
357000 2460
核采用公式 1.2.16-3 计算:
强度复核
N / A+ M W
=
4000 112
+
454000 3740
= 157MPa ≤ 190Pa
弦杆强度满足要求。
腹杆:采用 2∠70×70×8 角钢,截面面积 A=2×10.7=21.4cm2,
5
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