MIDAS双壁围堰计算书

双壁钢围堰计算书
目录
1 计算依据.................................................................................................... - 3 -
2 工程概况.................................................................................................... -
3 -
3. 双壁钢围堰施工方案综述 ..................................................................... - 3 -
4. 钢围堰计算.............................................................................................. - 4 -
4.1结构设计........................................................................................... - 4 -
4.1.1材料设计参数表 .................................................................... - 5 -
4.1.2. 材料设计强度值 ................................................................. - 5 -
4.2 工况分析.......................................................................................... - 6 -
4.3 荷载计算.......................................................................................... - 6 -
4.3.1双壁钢围堰承受荷载分析 .................................................... - 6 -
4.3.2 封底混凝土荷载分析 ........................................................... - 7 -
4.4 建立模型计算分析 ......................................................................... - 8 -
4.4.1 模型单元 ............................................................................... - 8 -
4.4.2操作流程 ................................................................................ - 8 -
4.4.3 分析结果 (25)
4.5钢板桩整体抗浮计算 (27)
1 计算依据
（1）《某特大桥设计图》；
（2）《路桥施工计算手册》周水兴等著；
（3）《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005；
（4）《混凝土结构设计规范》GB50010-2002；
（5）《钢结构设计规范》（GB500017-2003）；
（6） Midas civil 使用手册。

2 工程概况
某特大桥采用（60.75+100+60.75）m大跨连续梁结构跨越秦淮新河，承台位于主河道，直为径17.4m，高4m，底标高-5.0m，施工最大水位为8.0m，河床以下主要为第四系全新统冲积层(Q4al)，下伏基岩为侏罗系上统西横山组(J3)钙泥质砂岩和凝灰质砂岩，承台处地址情况如图1：
图1地质状况
3. 双壁钢围堰施工方案综述
钢围堰在后场加工厂分块段进行加工，由平板汽车通过施工栈桥运至施工现场，采用分块拼装、分节下沉的方法进行施工。

钢围堰块段最大重量约11.0t，采用转换平台上50t履带吊进行吊装施工，利用卷扬机或链条葫芦下放。

水下封底混凝土采用刚性导管法。

封底后拆除平台、割掉护筒，封底混凝土凿毛整平后,施工承台、墩身，
施工流程图如下：
第一层承台钢筋安装及砼浇筑第二层承台钢筋绑扎及砼浇筑内支撑拆除及转换
砼养护温控设施安装温控设施安装
4. 钢围堰计算
4.1结构设计
钢围堰为单双壁结合圆形钢围堰，内边线半径比承台半径大10cm。

钢围堰壁厚1.0m，外直径尺寸为19.6m、内直径尺寸为17.6m，壁高为15m。

钢围堰平面分为8块，立面分为5节，分节高度为4m+4m+5m+5m。

钢围堰壁板系统由内、外面板、面板纵肋、壁板桁架、水平环板、隔板组成。

双壁钢围堰内外壁采用6mm厚的钢板，内外壁间距为100cm。

每间隔1m设一道水平环形桁架，桁架采用∠75×6mm的角钢焊接而成。

竖向每间隔50cm设一道竖肋，竖肋采用∠75×6mm的角钢；横向加劲肋间距为50cm，采用厚15mm、宽180mm的钢板，围堰结
构如图：
图3 钢围堰立面图图4 钢围堰平面图4.1.1材料设计参数表
表1 材料设计参数表
序号材料规格材质容重
（KN/m3）
备注
1 钢板厚6mm Q235 78.5 面板
2 角钢∠75×6mm Q235 78.5 桁架
3 混凝土C30 25 刃角砼
4 混凝土C2
5 25 封底砼4.1.2. 材料设计强度值
表2 钢材设计强度值（N/mm2）
钢材抗拉、抗压、
抗弯抗剪承压
型号厚度或直径（mm）
Q235 ≤16 215 125
325 ＞16-40 205 120
＞40-60 200 115
＞60-100 190 110
说明：设计强度按《钢结构设计规范》GB50017-2003取值。

4.2 工况分析
双壁钢围堰下放到设计标高，混凝土封底完成，强度达到设计要求后，在围堰内抽完水的工况下，钢围堰和封底混凝土受力情况均处于最不利状态，故计算书对此工况下双壁钢围堰进行分析计算。

4.3 荷载计算
4.3.1双壁钢围堰承受荷载分析
双壁钢围堰承受荷载图示见图5：
图5 双壁钢围堰内、外壁受力图
（1） 静水压力计算 河床处静水压力:
1'910=90KPa p h γ=⋅=⨯ 刃角顶面静水压力:
2'1510=150KPa p h γ=⋅=⨯
（2）动水压力计算
动水压力采用2
2v P KH B g γ
=⋅⋅计算：
K —圆形截面取0.8；H —水深（m ），此处为9m ；
v —流速(m/s)，此处为1.73m/s ；B —阻水宽度（m ），此处为19.6m ； γ—水的容重（3
/kN m ）；g —重力加速度（2
/m s ）。

1m 宽范围内的动水压力：
2 2.99
0.8919.6102112210
v P KH B kN g γ=⋅⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯
动水作用在钢板上平均压力：p=P/A=211/（9x19.6）=1.196KPa （3）土对钢板产生的压力计算 土压力采用
a a e k H
γ= 计算。

a
k —主动土压力系数，2
tan (45)2a k ϕ
︒
=-，ϕ为粘土的内摩擦角20︒
；
H —土层厚度（m ）；
γ—土的容重，此处由于土层位于水中，γ取土的浮容重93/KN m 。

则土压力计算如下：
主动土压力22
1120
tan (45)960.4926.5/2e h kN m γ︒
︒=-=⨯⨯=
综合上述：11'910+1.2=91.2KPa p p p =+=⨯
221'150+26.5=176.5KPa p p e =+=
32'910=90KPa p p h γ==⋅=⨯
4.3.2 封底混凝土荷载分析
封底混凝土在抽完水的工况下承受水压力为：
1510=150KPa N h γ=⋅=⨯
4.3.3 荷载组合情况如下：
1.2 1.4 1.4
=++
S S S S
自重
强度水压力土压力
=++
1.0 1.0 1.0
S S S S
自重
强度水压力土压力
4.4 建立模型计算分析
4.4.1 模型单元
采用Midas对结构进行空间仿真分析，双壁钢围堰内外壁6mm钢板采用平面板单元模拟，竖肋∠75×50×6mm的角钢和桁架∠75×75×6mm的角钢采用梁单元模拟；双壁钢围堰底部设为三向位移约束；在模型中施加流体压力荷载模拟水压和土压；在围堰内抽完水的工况下，钢围堰和封底混凝土受力情况均处于最不利状态，故对此工况下双壁钢围堰和封底混凝土进行分析计算。

4.4.2操作流程
（1）材料属性定义
○1运行midas civil；点击新建，打开新建项目；以“钢围堰分析”为文件名称保存；○2单位系统选择KN、mm，其余保持默认值；
○3定义钢材的材料特性；模型 / 材料和截面特性 / 材料/ 添加；设计类型>钢材；规范：GB03(S)；数据库>Q235↵；
图6材料属性定义
临时结构计算范例双壁钢围堰计算书（2）定义截面和厚度
○1模型 / 材料和截面特性 / 截面/添加数据库/用户>截面号1；截面类型（角钢）选择数据库（GB-YB05），截面（L75*50*6）；名称：竖肋，偏心：选择中-上部点击确认↵
图7 定义截面
○2模型 / 材料和截面特性 / 厚度/ 添加
厚度号：1 面内和面外：0.006m 点击适用；厚度号：2 面内和面外：0.015m 点击确认↵
图8 定义厚度
（3）模型建立
○1建立钢围堰内壁体
结构>基本结构>壳；输入/编辑；
类型：筒体（如图所示），R1（8.8m）；R2（8.8m）；H（15m）
分割数量：m（120）；l（30）；
材料：（1：Q235）；厚度：（1：0.006）；插入点（0，0，0）；旋转：各方向取默认值0；原点：选3（0，0，0）；点击确认。

图9 建立壁体
图10 建模效果
○2建立钢围堰横肋
模型>单元>扩展；扩展类型：节点>线单元。

材料：（1：Q235）截面：（1：竖肋）（此处材料和截面的选择可任意，因为后面
扩展成板单元后，会删除现在建立的线单元）；生成形式：旋转等角度；复制次数（120）；旋转角度（3）；旋转轴（z）;
选择z=0.5m 高度的任一节点（这里选择2575 号节点），点击适用↵
图11 建模效果
模型>单元>扩展
扩展类型：线单元>平面单元
目标：删除
材料：（1：Q235）厚度：（2：0.015）类型：厚板
生成形式：旋转
等角度；复制次数（1）；旋转角度（360）；间距（径向）：（0.18m）;
选择新建立的个体，点击适用↵（生成最下端的横肋）。

图12 建模效果
模型>单元>复制和移动
等间距：（0，0，0.5）；复制次数：（29）；选择新建立的个体；点击适用（生成其他位置横肋）
图13 建模效果
○3建立钢围堰竖肋
模型>单元>扩展
扩展类型：节点>线单元
材料：（1：Q235）截面：（1：竖肋） beta：（-90）
生成形式：复制和移动
复制和移动：等间距（0，0，-0.5）；复制次数：30
切换视角到顶面
选择壁体内侧最上方的节点；点击适用↵（生成第一根竖肋）
图14 建模效果
窗口选择刚生成的第一根竖肋
模型>单元>旋转；
形式：复制；旋转：等角度；复制次数：（119）；旋转角度：（3）；旋转轴：（z）；点击适用↵（生成其余的竖肋）
图15 建模效果
使用“组”命令，双击“0.006m”厚度将内壁单元选中，拖动内壁结构组至选中部分，创建“内壁”结构组。

图16 建模效果
同理，建立钢围堰外壁体
图17 建模效果
使用“组”命令，将外壁单元选中，拖动外壁结构组至选中部分，创建“外壁”结构组。

○4建立水平桁架
利用平面选择，选择z=0.5m 的平面，激活
图18 选择界面
切换视角到顶面，
模型>单元>建立单元
单元类型：一般梁/变截面梁
材料：（1：Q235）截面：（1：水平桁架）
依次连接图示节点
图19 建模效果
选择刚生成水平桁架
模型>单元>旋转；
形式：复制；旋转：等角度；复制次数：（59）；旋转角度：（6）；旋转轴：（z）；点击适用↵（生成其余的水平桁架）
图20 建模效果
模型>单元>复制和移动
等间距：（0，0，1）；复制次数：（14）；选择新建立的水平桁架；点击适用（生成其他位置水平桁架）
图21 建模效果
（4）添加边界条件
利用平面选择，选择z=0 的平面，添加底部的边界条件
模型>边界条件>一般支撑
D-all（开），R-all（开），适用↵
图22 添加边界条件
（5）添加荷载
考虑三种荷载作用，结构自重、围堰外壁水压力荷载和围堰外壁土压力荷载。

荷载>静力荷载工况，添加自重、土压力和水压力。

图23 添加荷载
荷载>自重；荷载工况名称：自重；自重系数：z(-1)；点击添加↵
图24 添加自重
添加流水压力（力的单位kN 切换为kgf，长度单位为m）
选择“外壁”组，窗口解除选择z=0-6m,
荷载>流体压力荷载
荷载工况名称：水压力
参考高度:（15m）均布压力荷载：（0）流体容重：（1000）点击适用↵
图25 添加流水压力
添加流水压力（力的单位kgf 切换为kN，长度单位为m）
选择“外壁”组，窗口解除选择z=6-15m,
荷载>流体压力荷载
荷载工况名称：土压力
参考高度:（6m）均布压力荷载：（91.2）流体容重：（9）点击适用↵
图26 添加流土压力（6）查看结果
分析>运行分析（F5 键）
荷载组合工况情况如下：
图27 荷载组合生成荷载组合文本文件如下：
图28 荷载组合文本
4.4.3 分析结果
（1）双壁钢围堰变形（mm）
图29 钢围堰变形结果
最大变形值：f=3.31mm<[f]=19600/600=32.6mm，满足要求。

（2）钢板有效应力（MPa）
图30 钢围堰双壁应力结果
最大有效应力：σ=100.6MPa<[]
σ
=215 MPa 可
（3）水平桁架应力（MPa）
图31 钢围堰水平桁架应力结果
最大组合应力：σ=153.2MPa<[]σ=215 MPa 可
4.5钢板桩整体抗浮计算
围堰封底后，整个围堰受到水的向上浮力作用，应验算其抗浮系数K=G/F > 1.2 式中：G —双壁钢围堰重量+封底混凝土自重+桩基对封底混凝土锚固力+钢围堰摩阻力+双壁钢围堰内水重和混凝土重；
F —水的浮力；
浮力： 10 3.149.89.81545235K F V N γ==⨯⨯⨯⨯=
钢围堰重量： g1=1941KN
封底混凝土自重：g2=(3.14x8.7x8.7-3.14x0.75x0.75x21) x2x24=9628KN 桩锚固力： g3=3.14x1.6x2x150x21=31651KN
钢围堰内水重： g4 =3.14x(9.8x9.8-8.8x8.8)x4x10=2336KN
钢围堰内砼重： g5=3.14x(9.8x9.8-8.8x8.8)x3x24=4205KN
钢围堰摩阻力： g6=3.14x19.6x6x40=14771KN
由K=（g1+ g2+ g3+ g4+ g5+g6）/F=64532/45235=1.42>1.2，则稳定性满足要求。