钢套箱计算书

东海大桥VII标—颗珠山大桥
西主墩钢套箱计算书
路桥建设东海大桥项目总经理部
2003年8月
西主墩钢套箱计算书
一、设计条件
水文条件、地质特征及设计参数详见西主墩钢套箱设计与施工方案2.1。

二、基本数据
⑴Eg=206×103N/mm2
⑵[σ]=160Mpa
⑶材料面积
钢板δ10=25cm2∠75×75×6＝8.8cm2∠90×56×7＝9.88cm2 [10＝12.74cm2[40a=75.04cm2∠75×50×6＝7.26cm2
⑷钢箱（100×100）W=9143.1 cm3I=457152.8 cm4
三、结构计算
3.1荷载种类
⑴钢套箱结构自重
⑵封底砼自重
⑶承台砼自重
⑷承台砼侧压力
⑸静水压力
⑹水浮力
⑺20年一遇风暴高水位时的波浪力
⑻水流力
⑼风载取0.5Kp a
3.2工况及荷载组合
⑴工况一：钢套箱下沉到河床
荷载组合：水平荷载⑻
竖向荷载⑴＋⑸
⑵工况二：封底抽水后，承台砼浇注前施工阶段。

荷载组合：水平荷载⑸+⑺+⑻＋⑼
竖向荷载⑴+⑵+⑹
⑶工况三：承台砼浇注阶段
荷载组合：水平荷载⑷+⑸
竖向荷载⑴+⑵+⑶+⑹
3.3计算方法、模式
钢套箱结构采用Sap2000空间有限元程序进行计算。

选取半幅整个钢套箱进行三维空间建模，计算模型及成果图示详见3.5.3。

3.4计算内容
将围堰面板所承受的水平荷载转化为节点力，节点力方向垂直于各杆件，按实际情况，杆件赋予了各自的材料特性，同时将竖向钢箱模拟在模型中。

计算内容：钢围堰在水平荷载和竖向荷载作用下，对钢围堰整体进行计算，分析各构件、内支撑等。

约束条件：钢围堰底为固结，竖向杆件和水平环向杆件节头为固结，水平斜杆端头为铰接，内支撑两端为铰结。

3.5计算成果
3.5.1荷载计算
⑴风载计算
＝0.5KN/m2
风载p
风
迎风面积：A1=3.35×24=80.4m2
风力：F=80.4×0.05=4.02t
⑵水流力计算
按《港口工程荷载规范（JTJ215-98）》计算
F W=C W·ρ·V2·A/2
C W=0.52 d=5.65m
F W=C W·ρ·V2·A/2 ＝0.52×1.025×1.22×135.6/2＝52.04KN p动水＝0.384KN/m2
⑶波浪力计算
按《海港水文规范（JTJ213－98）》计算
①波态确定
●迎波面河床为－3.5m
●设计高水位为2.15m
●波高H=2.3m
●波长L=49.1m
则d=5.65m
d/H=5.65/2.3=2.46＞1.8 波态为立波
d/L=5.65/49.1＝0.115
②波峰作用下立波计算
d/H=5.65/2.3=2.46＞1.8 d/L=5.65/49.1＝0.115
a.波面高程计算
ηc/d=Βη(H/d)m
T*=T(平均)√(g/d)＝6.4×√(9.8/5.65)=8.4
Βη=2.3104-2.5907T*-0.5941 =1.579
m=T*/(0.00913T*2+0.636T*+1.2515)=1.16
ηc/d=1.579×(2.3/5.65) 1.16=0.5567
ηc=5.65×0.5567＝3.15m
b.在静水面以上hc处墙面波压力强度
n=max[0.636618+4.23264(H/d)1.67,1.0]=1.58
h c/d=2ηc/(d(n+2))＝（2×3.15）/(1.58+2)/5.65=0.3115
hc=1.76m
p ac/γd＝2p oc/(γd (n+1)(n+2))
=2p oc/(γd×2.58×3.58)= 2p oc/(10×5.65×2.58×3.58)
p ac/γd=2p oc/521.86
c.p oc及墙面上其他各特征点的波压力强度：
系数可查海港水文规范表8.1.2-1。

p/γd＝Ap+Bp(H/d)q
P oc/γd=0.48192 P oc=27.23KN/m2 P bc/γd=0.31261 P bc=17.66KN/m2 P dc/γd=0.28337 P dc=16.01KN/m2 p ac/γd=2p oc/521.86 P ac=5.9KN/m2
③波谷作用下立波计算
a.波面高程计算
ηt/d=Ap+Bp(H/d)q =-1.83m
b.墙面上各特征点的波压力强度
p/γd＝Ap+Bp(H/d)q
Pot/γd=-0.3241 P ot=-18.31KN/m2 Pdt/γd=-0.2843 P dt=-16.06KN/m2④浮托力计算
P dc=16.01KN/m2P dt=-16.06KN/m2
P ut=16.01×17.4/2=139.3 KN/m
P总浮托力=139.3×24＝3343KN
⑷静水压力
封底抽水后，最大静水压力为：
p静水＝（2.15+0.5）×10＝26.5KN/m2
⑸砼侧压力
p max=0.22×γ×t0×K1K2×v0.5=0.22×24×12×1.2×1.15×0.50.5 =43.7KN/m2
⑹竖向荷载
①钢套箱结构自重：285t。

②封底砼自重
封底砼厚度为2.0m，封底净面积为：左幅316m2，右幅343.8m2。

左幅G1=316×2.0×24＝15168KN，右幅G2=16502KN
③承台砼自重
左幅G3=2061.2m3×25＝51530KN，右幅G4=2061.2m3×25＝51530KN。

④水浮力
a.下沉过程中浮力计算
最低潮位－1.5m，最高水位＋2.15m。

套箱底标高-4.5(-5.5m)。

套箱平面面积：S=S1-S2=493.88-412.24=81.64m2
最低潮位时浮力F
左幅＝-1.5-(-4.5)×81.64=244.9t（F
右幅
＝326.6t）
最高水位时浮力F
左幅＝2.15-(-4.5)×81.64=542.9t（F
右幅
＝624.5t）
b.封底后浮力计算S=493.88 m2
最低潮位时浮力F
左幅＝-1.5-(-4.5)×493.88=1481.6t（F
右幅
＝1975.5t）
最高水位时浮力F
左幅＝2.15-(-4.5)×493.88=3284.3t（F
右幅
＝3778.2t）
c.根据上述计算，为防止套箱上浮，套箱隔舱内需加配重（加水），左幅加
水3.5m高（260t），右幅加水4.5m高（341t）。

⑺护筒摩阻力
护筒未作处理时，护筒摩阻力按照150KN/m2计。

3.5.2荷载布置示意
⑴水平荷载
钢套箱主要计算成果一览表
①长细比计算
水平桁架弦杆δ10×250：λ＝30 查得ψ＝0.936 水平桁架斜杆∠90×56×7：λ＝L0/i＝91.5/1.57=58.3 查得ψ＝0.815 竖向加劲肋∠75×6：λ＝L0/i＝100/1.49=67.1 查得ψ＝0.768 内支撑2[40a：λ＝L0/i＝870/8.02=108.5 查得ψ＝0.50 ②构件稳定计算
钢箱局部稳定：(b0/t)≤40√(235/f) b0≤40×0.6=24cm
σ＝N/(Aψ)≤f=[170Mpa]，经计算主要杆件应力计算成果见下表：
计算结果表明，各杆件均满足要求。

⑵sap2000计算模型图
钢套箱计算模型图
⑶封底砼抗浮、抗裂验算
①抗浮验算（右幅套箱最不利）
最高水位时浮力F＝2.15-(-5.5)×493.88=3778.2t
护筒摩阻力G
摩擦力
=2.7×π×2.0×12×15＝3054t
浮托力F
总浮托力
=334.3t
抗浮力G＝G
封底＋G
套箱
＋G
压舱
＋G
摩擦力
＝1650.2＋285＋341＋3054=5330
G/F=5330/(3778.2+334.3)=1.3 满足要求。

②封底砼浇注时，承台基底承载力计算
a.左幅：封底砼+15168KN，压舱+2600KN，套箱+2850KN，低潮浮力
路桥集团国际建设股份有限公司 西主墩钢套箱计算书 - 24 -东海大桥VII 标工程 - 24 - -14816KN 。

地基承受荷载P=5802KN p=14KN/m 2
b.右幅：封底砼+16502KN ，压舱+3410KN ，套箱+2850KN ，低潮浮力-19755KN 。

地基承受荷载P=3007KN p=7.3KN/m 2
③承台砼浇注时，封底砼承载计算
a.左幅：承台砼+51530KN ，封底砼+15168KN ，压舱+2600KN ，套箱+2850KN ，护筒摩阻力－45238.9KN ，低潮浮力-14816KN 。

荷载P ＝72148 KN P 抗＝60055 KN 每根护筒需焊接20φ20锚固钢筋。

b.右幅：承台砼+51530KN ，封底砼+16502KN ，压舱+3410KN ，套箱+2850KN ，护筒摩阻力－38170.4KN ，低潮浮力-19755KN 。

荷载P ＝74292 KN P 抗＝57925 KN 每根护筒需焊接25φ20锚固钢筋。

④抗裂验算：经计算，砼拉应力小于容许拉应力。

⑷整体抗倾覆验算
立波产生的倾覆力矩为M=27.23×6×26×2.65＝1125.7t.m
套箱、压舱及封底砼自重抵抗力矩2061.8×19.4/2＝1999.9t.m 抗倾覆系数1999.9/1125.7＝1.78 满足要求。