橋梁圍堰結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 工程背景4</p><p>　　1.3 鋼圍堰施工工藝簡(jiǎn)介5</p><p>　　1.

2、4 雙壁鋼圍堰受力分析8</p><p>　　第2章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)力學(xué)方法9</p><p>　　2.1 圍堰構(gòu)造9</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)荷載10</p><p>　　2.2.1 荷載種類10</p><p>　　2.2.1.1 流水壓力10</p><p

3、>　　2.2.1.2 靜水壓力10</p><p>　　2.2.1.4 土壓力11</p><p>　　2.2.2 計(jì)算工況12</p><p>　　2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.3.1 荷載組合12</p><p>　　2.3.2 圍堰總體尺寸擬定12</p>

4、<p>　　2.3.3 工況1設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.3.3.1 隔艙板尺寸13</p><p>　　2.3.3.2 土壓力計(jì)算14</p><p>　　2.3.3.3 每個(gè)隔艙板的抗彎能力計(jì)算15</p><p>　　2.3.3.4 豎向隔艙鋼板工字型組合梁加勁肋布置15</p>&

5、lt;p>　　2.3.4 工況2設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.3.4.1 荷載計(jì)算15</p><p>　　2.3.4.2 隔艙板受力檢算16</p><p>　　2.3.4.3 內(nèi)支撐受力檢算17</p><p>　　2.3.4.4 水平環(huán)板受力檢算18</p><p>　　2.3.4.

6、5 水平桁架的斜桿受力計(jì)算20</p><p>　　2.3.4.6 加勁肋受力驗(yàn)算21</p><p>　　2.3.4.7 面板折算應(yīng)力驗(yàn)算22</p><p>　　2.3.4.8 檢算懸臂根部應(yīng)力22</p><p>　　2.4 圍堰整體抗浮驗(yàn)算25</p><p>　　2.4.1 圍堰下沉系數(shù)

7、計(jì)算25</p><p>　　2.4.1.1 計(jì)算圍堰自重25</p><p>　　2.4.1.2 計(jì)算鋼圍堰所受浮力26</p><p>　　2.4.1.3 計(jì)算圍堰與土體摩阻力27</p><p>　　2.4.2 豎向抗浮力計(jì)算27</p><p>　　2.4.2.1 鋼圍堰自重27</

8、p><p>　　2.4.2.2 豎向抗浮力計(jì)算27</p><p>　　2.4.3 封底混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算27</p><p>　　2.3.3.1 封底混凝土彎曲應(yīng)力驗(yàn)算27</p><p>　　2.4.3.2 封底混凝土抗浮力驗(yàn)算28</p><p>　　第3章 圍堰施工工藝29</p>&

9、lt;p>　　3.1 圍堰加工工藝29</p><p>　　3.2 雙壁鋼圍堰的錨碇系統(tǒng)布置30</p><p>　　3.2.1 錨型選擇30</p><p>　　3.2.2 錨重計(jì)算31</p><p>　　3.2.3 錨錠系統(tǒng)布置簡(jiǎn)介31</p><p>　　3.3 圍堰接高34<

10、;/p><p>　　3.4 圍堰下沉工藝34</p><p>　　3.5 封底混凝土施工35</p><p>　　3.5.1 圍堰的封底厚度分析35</p><p>　　3.5.2 封底混凝土施工工藝36</p><p>　　3.5.2.1 圍堰封底36</p><p>　　3.

11、5.2.2 封底后抽水37</p><p>　　第4章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——有限元分析方法38</p><p>　　4.1 有限元分析方法簡(jiǎn)介38</p><p>　　4.2 圍堰有限元模型39</p><p>　　4.2.1 單元類型39</p><p>　　4.2.2 約束類型42</p&

12、gt;<p>　　4.2.3 荷載施加42</p><p>　　4.3 計(jì)算結(jié)果44</p><p>　　4.3.1 面板44</p><p>　　4.3.1.1 應(yīng)力44</p><p>　　4.3.1.2 變形45</p><p>　　4.3.2 豎肋46</p>

13、<p>　　4.3.2.1 應(yīng)力46</p><p>　　4.3.2.2 變形47</p><p>　　4.3.3 水平環(huán)板48</p><p>　　4.3.4 水平桁架49</p><p>　　4.3.5 內(nèi)支撐49</p><p>　　4.4 結(jié)果比較與分析50</p>

14、;<p>　　第5章 結(jié)論51</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p><b>　　致謝53</b></p><p><b>　　附錄54</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b><

15、/p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　橋梁深水基礎(chǔ)的修建，關(guān)鍵是如何克服深水的影響。因?yàn)樯钏h(huán)境不僅對(duì)它產(chǎn)生許多直接影響，還對(duì)其設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)都會(huì)提出一些特殊問(wèn)題。從近代的沉井、沉箱技術(shù)措施，到現(xiàn)代的樁基礎(chǔ)、管柱基礎(chǔ)、鋼板樁圍堰技術(shù)的應(yīng)用，再到當(dāng)代的雙承臺(tái)鋼管樁基礎(chǔ)，甚至設(shè)置基礎(chǔ)等，核心問(wèn)題都是如何去克服因深水而帶來(lái)的一系列問(wèn)題。然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，解決深水施工的

16、技術(shù)措施亦得到迅速地提高和發(fā)展。</p><p>　　橋梁基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工技術(shù)就是深水施工中的一種新技術(shù)。雙壁鋼圍堰是一個(gè)帶有單斜面刃腳的圓形雙壁全焊水密鋼結(jié)構(gòu)圓筒，有自浮力，有強(qiáng)度更高的雙壁鋼殼，圓筒的內(nèi)、外壁形成的空間稱之鋼殼。內(nèi)、外壁由鋼板圍焊而成，圓筒上、下均不設(shè)底板或蓋板，鋼殼下口以環(huán)形單斜面刃腳封閉，鋼殼上口敞開(kāi)，以方便施工時(shí)往鋼殼內(nèi)灌注混凝土或注水。雙壁鋼圍堰同其它基礎(chǔ)施工方法和工藝相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互

17、補(bǔ)，也是橋梁基礎(chǔ)施工的一個(gè)重大突破。雙壁鋼圍堰施工的優(yōu)勢(shì)是深水、巖石河床，并且河床覆蓋層薄，這樣。圍堰易趨于穩(wěn)定，輔助措施少、費(fèi)用低。</p><p>　　雙壁鋼圍堰施工技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)：</p><p>　　(1)有強(qiáng)度更高的雙壁鋼殼，可受更大的圍堰內(nèi)外水位差；</p><p>　　(2)施工時(shí)，在圍堰混凝土封底以前的工序簡(jiǎn)單；抽水及渡洪均不受施工水位限制，任何

18、季節(jié)都能施工；</p><p>　　(3)雙壁鋼圍堰施工基本上不受墩位處水深的限制，若配合使用空氣幕下沉工藝，還可將圍堰下沉到更深的覆蓋層內(nèi)。即雙壁鋼圍堰能在深水、厚覆蓋層的條件下采用；</p><p>　　(4)雙壁鋼圈堰完全下沉就位后，不僅可作為鉆孔樁基礎(chǔ)的施工輔助設(shè)施，也可作為大面積承載的直接基礎(chǔ)；</p><p>　　(5)在同一座橋上，在不同地質(zhì)條件情況下

19、，也可以用相同的施工方法修建深水基礎(chǔ)。這不僅有利干設(shè)備的利用，還能重復(fù)使用雙壁鋼圍堰的上部，可充分發(fā)揮材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。這也是為什么雙壁鋼圍堰技術(shù)這些年來(lái)運(yùn)用越來(lái)越多的主要原因。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，雙壁鋼圍堰的施工方法，仍以浮運(yùn)施工和纜索吊機(jī)吊運(yùn)施工最為常見(jiàn)，尤其是浮運(yùn)法施工。利用雙壁鋼圍堰施工方法進(jìn)行而建成的工程案例有許多，如：蕪湖長(zhǎng)江大橋?yàn)楣F兩用橋，其主橋?yàn)?80m+312m

20、+180m斜拉索加勁的連續(xù)鋼桁梁橋，l0號(hào)和11號(hào)主墩采用外徑30.5m，壁厚1.4m的圓形雙壁鋼圍堰。10號(hào)墩圍堰采用平刃腳，圍堰高53.2m，11號(hào)墩圍堰采用高低刃腳，圍堰高(41.4～44.4)m，封底混凝土厚度為9m。</p><p>　　溫州甌江二橋主橋?yàn)殡p塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主孔跨徑270m。其北航道主塔采用削角矩形(八角形)雙壁鋼圍堰，長(zhǎng)邊55.5 m，短邊29.0 m，削角7.172m，圍

21、堰高20.5m。內(nèi)外壁板間距2.0m。采用水平刃腳，封底混凝土厚度3m。</p><p>　　黃石長(zhǎng)江大橋主橋?yàn)?62.5m+3×245m+162.5m五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。其2號(hào)～5號(hào)墩采用外徑28 m、壁厚1.5m、高39.0m的圓形雙壁鋼圍堰。在5號(hào)墩處，堰面最大高差達(dá)4.78m?？紤]到上避隋況，圍堰采用高低刃腳。封底厚度設(shè)計(jì)為7m，為了使圍堰在無(wú)嵌巖樁的情況下安全渡洪，實(shí)際封底厚度為10.

22、2m。</p><p>　　榆懷鐵路印家坡梅江1號(hào)大橋?yàn)?×32m+24m簡(jiǎn)支梁橋，其3號(hào)、4號(hào)墩位于深水中，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加雙壁鋼圍堰。鋼圍堰外徑14.0m，壁厚1.0m，高16.80m。由于3號(hào)墩處基巖高差大。圍堰下沉到基巖后，對(duì)圍堰底面進(jìn)行支墊并采用外鋼插板堵漏，確保圍堰穩(wěn)定并防止封底混凝土外漏。</p><p>　　目前相對(duì)于傳統(tǒng)的施工結(jié)構(gòu)類型國(guó)內(nèi)已進(jìn)行了一些異形雙壁

23、鋼圍堰的實(shí)際工程案例。如松花江大橋35#墩異形雙壁鋼圍堰的構(gòu)造，本工程35#墩承臺(tái)設(shè)計(jì)為六邊形(見(jiàn)圖1)，其橫橋向尺寸達(dá)29．5 m。若鋼圍堰采用圓形結(jié)構(gòu)，則其直徑及重量太大，既不經(jīng)濟(jì)，施工難度也大，明顯不合理，經(jīng)過(guò)方案比較，本工程鋼圍堰采用“8”字形(異形)雙壁雙圓組合結(jié)構(gòu)。雙壁雙圓組合形構(gòu)造的受力情況較矩形和圓端形更為合理，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也更強(qiáng)。</p><p>　　在國(guó)外，越來(lái)越多的施工業(yè)者采用雙壁鋼圍堰

24、來(lái)建設(shè)深水橋梁基礎(chǔ)、長(zhǎng)度較短的碼頭和其他水中結(jié)構(gòu)物的施工。現(xiàn)在的雙壁鋼圍堰的高度累計(jì)可達(dá)25m，寬度可達(dá)30m，甚至更多。使用的類型有兩種，一是我們國(guó)內(nèi)普遍采用的即上述介紹的用鋼板圍焊的雙壁鋼圍堰，只是使用比較少而已；另一種是鋼板樁雙壁鋼圍堰，即將打入水中平行的兩列鋼板樁進(jìn)行橫向以及縱向連接和鎖定，并在兩層之間的間隙填人砂石或其他合適的材料就成了雙壁鋼圍堰。鋼板樁雙壁鋼圍堰作為雙壁鋼圍堰的一種類型在歐洲和美洲，以及亞洲的日本和中國(guó)的臺(tái)灣

25、地區(qū)應(yīng)用最為廣泛。如位于美國(guó)加利福尼亞州的海峽大橋(Carquinez StraitBridge)采用了在陸地上預(yù)先制作雙壁鋼圍堰，然后采用駁船浮運(yùn)就位來(lái)施工橋墩基礎(chǔ)。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。此外，圍堰不僅用于結(jié)構(gòu)物的新建，而且也經(jīng)常用于既有結(jié)構(gòu)物的修復(fù)。</p><p><b>　　1.2 工程背景</b></p><p>　　秋浦河大橋工程#56橋墩深

26、水承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰施工方法，承臺(tái)承臺(tái)尺寸如圖1-1所示。承臺(tái)厚度5m，河床為粉質(zhì)粘土。</p><p>　　設(shè)計(jì)鋼圍堰平面尺寸如圖1-2所示，</p><p>　　1.3 鋼圍堰施工工藝簡(jiǎn)介</p><p>　　雙壁鋼圍堰主要由井壁、隔艙、刃腳、頂部支座和一些其他配置組成，其主要施工工序?yàn)?在拼裝船上拼裝雙壁鋼圍堰、浮運(yùn)、起吊下沉、鋼圍堰接高、并在鋼殼內(nèi)灌水、澆

27、筑承臺(tái)及墩身、拆除上部鋼圍堰。</p><p>　　深水基礎(chǔ)施工方案主要取決于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件。從施工方面看，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的施工有分為先下鋼圍堰后成樁和先成樁后下鋼圍堰兩種施工方案。</p><p>　　(1)先下鋼圍堰后施工鉆孔方案</p><p>　　先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、黉撟o(hù)筒厚度及長(zhǎng)度減少易于準(zhǔn)

28、確定位；</p><p>　?、诠?jié)省鉆孔平臺(tái)鋼管樁鋼材也可節(jié)省加工焊接及施工樁的的費(fèi)用；</p><p>　?、酃?jié)省鉆孔平臺(tái)的穩(wěn)定措施費(fèi)。</p><p>　　若無(wú)覆蓋層或覆蓋層很淺時(shí)宜采用先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案。</p><p>　　先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案流程如圖1-3所示。</p><p>　　(2)先成樁

29、后施工鋼圍堰方案</p><p>　　先成樁后施工鋼圍堰具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、偈┕た?，從施工鉆孔平臺(tái)鋼管樁、架設(shè)平臺(tái)至開(kāi)鉆時(shí)間短；</p><p>　?、诳山档弯搰吒叨?，節(jié)省工期，降低造價(jià)；減少雙壁鋼圍堰夾壁混凝土量；</p><p>　　③避免巖面高低不平時(shí)，鋼圍堰不規(guī)律的高低刃腳著巖難度；</p><

30、p>　?、芮宄@渣難度減少；</p><p>　?、莘獾谆炷亮靠蓽p少。</p><p>　　因此，先成樁后施工鋼圍堰方案常被用于覆蓋層較厚，且覆蓋層較軟、承載能力較小，工期和造價(jià)有要求的工程中。</p><p>　　先成樁后施工鋼圍堰施工流程如圖1-4所示。</p><p>　　本設(shè)計(jì)圍堰施工為分節(jié)下沉，雙壁鋼圍堰修建的施工程序?yàn)椋?

31、lt;/p><p>　　(1)在拼船上拼裝底節(jié)鋼殼；</p><p>　　(2)將拼船和導(dǎo)向船拖拽到墩位拋錨定位；</p><p>　　(3)吊起底節(jié)鋼殼撤除拼裝船，將底節(jié)鋼殼吊放下水，漂浮在水中；</p><p>　　(4)逐層(焊接)接高鋼殼，并向中空的鋼殼雙壁內(nèi)灌注素混凝土，使它下沉到河床定位；</p><p>　　

32、(5)在圍堰內(nèi)吸泥使它下沉，直到刃腳下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高；</p><p>　　(6)潛水工下水將刃腳底空隙用墊塊填塞并清基；</p><p>　　(7)在圍堰頂部安裝施工平臺(tái)，在底部安裝鉆孔鋼護(hù)筒；</p><p>　　(8)灌注水下封底混凝土；</p><p>　　(9)鉆孔嵌巖，在孔內(nèi)安裝鋼筋籠，再在孔內(nèi)灌注水下混凝土；</p>

33、<p>　　(10)圍堰內(nèi)抽水后灌注基礎(chǔ)混凝土，再修筑墩身。</p><p>　　1.4 雙壁鋼圍堰受力分析</p><p>　　所有圍堰構(gòu)件均采用Q235鋼材，鋼圍堰在下沉到位后，承受靜水壓力和流水壓力，入土部分外壁板承受主動(dòng)土壓力，內(nèi)壁板承受被動(dòng)土壓力，圍堰超出水面部分會(huì)承受可能的波浪力和風(fēng)力，本方案暫不考慮波浪力和風(fēng)力。圍堰為水工建筑物，本設(shè)計(jì)中材料容許應(yīng)力取值和有效寬

34、度計(jì)算所用參數(shù)均取自《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)規(guī)范》。</p><p>　　對(duì)于圍堰而言，它一般是由桁架和鋼板組成的殼體結(jié)構(gòu),其傳力途徑如下：水壓力 圍堰側(cè)板 側(cè)板角鋼加勁肋 桁架。</p><p>　　鋼圍堰的受力分析包括下沉階段和承臺(tái)施工前堰內(nèi)抽水狀態(tài)。鋼圍堰受力的主要計(jì)算荷載有水流力、風(fēng)荷載、船舶撞擊力、施工荷載等，在冰凍地區(qū)還

35、包括冰壓力。圍堰自重包括其本身重量、填充物重量、圍堰上搭設(shè)的工作平臺(tái)重量及其他附屬重量。有時(shí)，也要計(jì)及封底混凝土的重量。鋼圍堰的穩(wěn)定性包括抗滑、抗傾覆和抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。當(dāng)驗(yàn)算圍堰的穩(wěn)定性時(shí)，如果底面位于水中或透水性地基上，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)水位的浮力。圍堰嵌入不透水性地基時(shí)，不考慮水的浮力。封底混凝土的重量是否參與圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算，取決于其與圍堰結(jié)合的緊密程度。如果在澆注封底混凝土前，在圍堰封底段內(nèi)壁上焊接一些鋼筋或鐵件，使其與圍堰緊密結(jié)合，則封

36、底混凝土應(yīng)參與圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算。否則，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。</p><p>　　第2章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)力學(xué)方法</p><p><b>　　2.1 圍堰構(gòu)造</b></p><p>　　從力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，雙壁鋼圍堰的形狀以圓形最優(yōu)，且制作與下沉著床都易于控制。但受承臺(tái)形狀限制，為便于施工，可能造成圍堰尺寸過(guò)大，從而提高造價(jià)。圍堰要為承臺(tái)和墩(塔)

37、身施工創(chuàng)造無(wú)水作業(yè)條件；因此，圍堰的平面形狀應(yīng)與承臺(tái)相協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和水密性應(yīng)與施工條件相適應(yīng)。實(shí)際工程中雙壁鋼圍堰在平面上較多設(shè)計(jì)成圓形，一部分也設(shè)計(jì)成其他形狀，如矩形、扇形及各種多邊形等。圓形結(jié)構(gòu)在早期得到較多應(yīng)用。隨著橋梁建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，其他結(jié)構(gòu)形式也日益受到重視。綜合考慮圍堰的力學(xué)性能、施工方便性及工程造價(jià)等幾方面的因素，在雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)選形時(shí)，應(yīng)首先考慮圓形方案，然后再根據(jù)承臺(tái)結(jié)構(gòu)提出其他方案，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合比較，從

38、而選定最佳結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　大型深水雙璧鋼圍堰是焊接鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)要盡量發(fā)揮材料的承載能力，使圍堰造價(jià)降到最低。圍堰內(nèi)外壁之間的空間，應(yīng)通過(guò)設(shè)置若干隔板，組成相互封閉的隔艙。這樣，在圍堰施工下沉?xí)r可以采取充水、填砂或灌注混凝土等措施，分艙加載，維持其平衡或助沉。當(dāng)下沉著床偏差較大時(shí)，還可減載上浮，重新著床。</p><p>　　鋼圍堰高度的設(shè)計(jì)主要決定于施工區(qū)域的水深和圍堰嵌

39、入土層的厚度。圍堰的頂高程一般應(yīng)在水下結(jié)構(gòu)施工水位以上1.5m～2.0m。圍堰頂面標(biāo)高過(guò)高，會(huì)造成費(fèi)用增加并可能導(dǎo)致樁基礎(chǔ)施工困難。圍堰的底高程應(yīng)按基礎(chǔ)受力要求和施工期穩(wěn)定等要求來(lái)確定。當(dāng)滿足施工要求時(shí)，可以在確保圍堰穩(wěn)定、具有足夠的豎向和橫向承載能力、能保證合理的封底厚度等條件下，盡可能提高其底高程。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中深水承臺(tái)尺八邊形，圍堰平面形狀為矩形，外壁尺寸為20.5m×19.5m，

40、內(nèi)壁尺寸為17.5m×16.5m，內(nèi)外壁板均為10mm，壁腔厚1.5m。圍堰本身實(shí)際上是個(gè)浮式鋼沉井，井壁鋼殼是由有加勁肋的內(nèi)外壁板和若干層水平鋼桁架組成，中空的井壁提供的浮力可使圍堰在水中自浮，使雙壁鋼圍堰在自浮狀態(tài)下分層接高下沉。圍堰內(nèi)外壁間設(shè)置16個(gè)隔艙板，在平面上將圍堰分為16塊，隔艙板將圍堰分為16個(gè)互不連通的密封隔艙，利用向隔艙不等高灌水來(lái)控制雙鋼圍堰下沉及調(diào)整下沉?xí)r的傾斜。圍堰豎向總高18m，圍堰高出水面部分為1

41、.5m，圍堰豎向分為4節(jié)(4.5m+4.5m+4.5m+4.5m)，井壁底部設(shè)置刃腳有利于切土下沉。</p><p>　　由于水深較大，為了保證圍堰的整體剛度和穩(wěn)定，在圍堰內(nèi)部設(shè)置五層截面形式</p><p>　　為工字型內(nèi)支撐。水平桁架的豎向間距為0.5m。面板豎向加勁肋采用角鋼，角鋼與面板共同承受外荷載。水平環(huán)板采用鋼板，鋼板也與面板共同承受外荷載，同時(shí)在進(jìn)行受力計(jì)算時(shí)，環(huán)板與參與受力

42、面板作為桁架的弦桿進(jìn)行受力計(jì)算。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)荷載</b></p><p>　　2.2.1 荷載種類</p><p>　　2.2.1.1 流水壓力</p><p>　　水流流速2.0m/s，動(dòng)水側(cè)壓力,</p><p>　　P1=KAgV2/2g =1.33

43、15;10.93×20.5×9.8×22/(2×9.8)＝596.0 kN</p><p>　　則動(dòng)水壓強(qiáng)為：qmax=2P1/Bh=2×596.0/(20.5×10.93)=5.32 kpa ,動(dòng)水壓力見(jiàn)圖2-1。</p><p>　　2.2.1.2 靜水壓力</p><p>　　靜水壓力見(jiàn)圖2-2。

44、</p><p>　　2.2.1.3 土壓力</p><p><b>　　河底為粉質(zhì)粘土：</b></p><p><b>　　飽和土容重：。</b></p><p><b>　　摩擦角：</b></p><p><b>　　主動(dòng)土壓力系數(shù)：

45、。</b></p><p>　　被動(dòng)土壓力系數(shù)：Kp=。</p><p>　　2.2.2 計(jì)算工況</p><p>　　工況一：雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土未灌注前。</p><p>　　工況二：雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土灌注完畢后。</p><p><b>　　2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)<

46、/b></p><p>　　2.3.1 荷載組合</p><p>　　工況一：主動(dòng)土壓力+被動(dòng)土壓力。</p><p>　　工況二：靜水壓力+流水壓力。</p><p>　　2.3.2 圍堰總體尺寸擬定</p><p>　　圍堰高H=18m，內(nèi)外壁板均為10mm厚。</p><p>　

47、　圍堰施工誤差為H/50+0.25=0.61m，且H/50=18/50=0.36>0.2m,立模作業(yè)寬度0.8m。</p><p>　　圍堰內(nèi)壁長(zhǎng)B1=13.6+2×(H/50+0.25)+2×0.8=13.6+2×0.61+1.6=16.4m,取B1=16.5m。</p><p>　　B2=14.7+=14.7+2×0.61+1.6=17.5

48、m，取B2=17.5m。</p><p>　　鋼圍堰隔艙厚擬為1.5m。</p><p>　　外壁邊長(zhǎng)=16.5+3=19.5， =13+1.3×2=15.6m。</p><p>　　圍堰分節(jié)：4.5m+4.5m+4.5m+4.5m(4節(jié)),圍堰分節(jié)見(jiàn)圖2-3。</p><p>　　平面分塊：平面上由隔艙板分為16塊，圍堰平面分塊見(jiàn)

49、圖2-4。</p><p>　　2.3.3 工況1設(shè)計(jì)</p><p>　　雙壁鋼圍堰壁腔(隔艙厚1.5m)水下封底混凝土未灌注前(不抽水)堰內(nèi)泥土清理到封底混凝土底時(shí)驗(yàn)算。</p><p>　　在工況一，圍堰內(nèi)外均有水壓且水壓基本相同，無(wú)需驗(yàn)算圍堰各構(gòu)件受力，僅需計(jì)算入土部分在土壓力作用下的隔艙板受力檢算。</p><p>　　2.3.3

50、.1 隔艙板尺寸</p><p>　　隔艙板尺寸見(jiàn)圖2-5。</p><p><b>　　截面特性：</b></p><p>　　2.3.3.2 土壓力計(jì)算</p><p>　　土壓力形式見(jiàn)圖2-6</p><p><b>　　外圍主動(dòng)土壓力:</b></p>

51、<p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　作用點(diǎn)：</b></p><p><b>　　內(nèi)圍被動(dòng)土壓力：</b></p><p><b>　　=</b></

52、p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　作用點(diǎn)：</b></p><p>　　對(duì)圍堰下層支撐點(diǎn)求矩：</p><p><b>　　主動(dòng)土力矩：</b></p><p><b>　　被動(dòng)土力矩：</b></p

53、><p>　　2.3.3.3 每個(gè)隔艙板的抗彎能力計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)中隔艙板將圍堰平面上分為16塊，兩個(gè)隔艙板最大間距為4.0m，將面板上的承受的均布荷載向隔艙板上簡(jiǎn)化成線荷載：</p><p>　　則每個(gè)隔艙板受到的最大彎矩：</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p&

54、gt;　　2.3.3.4 豎向隔艙鋼板工字型組合梁加勁肋布置</p><p><b>　　，</b></p><p>　　由于隔艙板上下翼緣均與圍堰面板焊接，其扭轉(zhuǎn)受到約束，根據(jù)橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，當(dāng)時(shí)，不需要配置縱向加勁肋，按構(gòu)造配置橫向加勁肋。</p><p>　　2.3.4 工況2設(shè)計(jì)</p><p>　　2.

55、3.4.1 荷載計(jì)算</p><p>　　工況2荷載見(jiàn)圖2-7。</p><p>　　2.3.4.2 隔艙板受力檢算</p><p>　　工況2隔艙板受力檢算即雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土灌注完畢后澆筑承臺(tái)前驗(yàn)算此種情況下豎向隔艙工字鋼組合梁上下翼緣應(yīng)力（不考慮風(fēng)力和波浪力）。</p><p><b>　　(1)受力模式<

56、;/b></p><p>　　受力模式見(jiàn)圖2-8。</p><p>　　圖2-8 隔艙板受力模式(單位：KPa)</p><p>　　(2)計(jì)算隔艙板所受內(nèi)力</p><p>　　利用MIDAS，彎矩計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2-9。</p><p>　　圖2-9 隔艙板內(nèi)力圖(單位：)</p><p&

57、gt;<b>　　單寬</b></p><p><b>　　則隔艙板所受彎矩</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　2.3.4.3 內(nèi)支撐受力檢算</p><p>　　內(nèi)支撐反力即圖2-8受力模式，</p><p>　　支

58、座反力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2-10。</p><p>　　反力 (單寬) </p><p>　　選用HW250型鋼。</p><p><b>　　截面特性： </b></p><p>　　在x-x軸方向，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄三(b類)。</p><p><b>　　查表得</b>

59、;</p><p><b>　　查表得</b></p><p><b>　　則滿足要求。</b></p><p>　　2.3.4.4 水平環(huán)板受力檢算</p><p>　　鋼圍堰設(shè)計(jì)為四節(jié)：4.5m+4.5m+4.5m+4.5m，平面桁架豎向間距為0.5m。</p><p>

60、;　　水平桁架環(huán)板為10mm×200mm。</p><p>　　桁架的計(jì)算跨度取兩隔艙板間距4m，取水深12.629m處水壓,</p><p><b>　　則=0.125</b></p><p><b>　　水平桁架軸向拉力</b></p><p>　　按《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)

61、算與環(huán)板共同作用的壁板截面。</p><p>　　《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》G1.0.2面板參與梁系有效寬度計(jì)算：</p><p>　　(1)面板兼作主(次)梁翼緣的有效寬度B,對(duì)于簡(jiǎn)支梁或連續(xù)梁中正彎矩段，可按下列公式計(jì)算，取其中較小值：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　(Q23

62、5鋼) (2-2)</p><p>　　(16錳鋼) (2-3)</p><p>　　式中，主次梁的間距，；</p><p>　　有效寬度系數(shù)，按表2-1采用；</p><p><b>　　面板寬度；</b></p><p>　　

63、梁肋寬度，當(dāng)梁上另有翼緣時(shí)為上翼緣寬度；</p><p>　　表2-1 面板有效寬度系數(shù)</p><p>　　注：1.為主次梁彎矩零點(diǎn)之間的距離。對(duì)于簡(jiǎn)支梁；對(duì)于連續(xù)梁的正彎矩段可近似地?。粚?duì)于其負(fù)彎矩段可近似地取，其中為主次梁的跨度(見(jiàn)圖2-12)；</p><p>　　2.適用于梁的正彎矩圖為拋物線圖形，適用于梁的負(fù)彎矩圖近似地取為三角形。</p>

64、<p>　　圖2-11 面板有效寬度示意圖</p><p>　　(2)對(duì)于連續(xù)梁中負(fù)彎矩段或懸臂段，面板的有效寬度應(yīng)按下式取用：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　有效寬度系數(shù)，按表2-1采用；</p><p>　　面板與環(huán)板焊接，屬連續(xù)梁形式，故有效跨度取。</p

65、><p>　　圍堰壁板構(gòu)造見(jiàn)圖2-12。</p><p>　　圖2-12 圍堰壁板圖示(單位：mm)</p><p><b>　　查表得：</b></p><p>　　由（2-1）取較小值B=450mm</p><p><b>　　則：滿足要求。</b></p>

66、<p>　　2.3.4.5 水平桁架的斜桿受力計(jì)算</p><p>　　水平桁架平面如圖2-14所示。</p><p>　　圖2-14 水平桁架(單位：m)</p><p>　　(1)計(jì)算桁架節(jié)點(diǎn)上的荷載力</p><p><b>　　(2)求斜桿力</b></p><p><

67、b>　　斜桿采用角鋼,，則</b></p><p><b>　　(3)焊縫長(zhǎng)度計(jì)算</b></p><p>　　角鋼厚度t=5mm,A=4800mm</p><p><b>　　取hf=5mm</b></p><p>　　則，取l1=45mm滿足lwmin<l1<lwm

68、ax。</p><p>　　，取l2=40mm。</p><p>　　2.3.4.6 加勁肋受力驗(yàn)算</p><p>　　(1)計(jì)算封底混凝土面以上外壁水壓力</p><p>　　P=123.76KPa。</p><p>　　(2)加勁肋受力驗(yàn)算</p><p><b>　　=0.1

69、25</b></p><p>　　采用角鋼L125×10， </p><p><b>　　則：，</b></p><p>　　,取較小值120mm，見(jiàn)圖2-15。</p><p>　　圖2-15 面板參與角鋼受力有效寬度(單位：mm)</p><p><b>　

70、　壁板，</b></p><p><b>　　對(duì)，，，，</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　2.3.4.7 面板折算應(yīng)力驗(yàn)算</p><p>　　2.3.4.8

71、檢算懸臂根部應(yīng)力</p><p><b>　　(1)荷載組合</b></p><p>　　檢算懸臂根部應(yīng)力屬工況二，故荷載組合為：靜水壓力+流水壓力(風(fēng)荷載忽略不計(jì))。</p><p>　　荷載組合見(jiàn)圖2-17。</p><p>　　圖2-17荷載組合圖示</p><p><b>　　(

72、2)受力模式</b></p><p>　　受力模式見(jiàn)圖2-18。</p><p>　　圖2-18 懸臂部分受力模式(單位：kPa）</p><p><b>　　(3)計(jì)算結(jié)果</b></p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2</b></p><p>　　圖2-

73、19 彎矩圖(單位：kN·m</p><p>　　計(jì)算得懸臂根部單寬彎矩，</p><p><b>　　則總彎矩，</b></p><p>　　44.8，滿足要求。</p><p>　　2.4 圍堰整體抗浮驗(yàn)算</p><p>　　2.4.1 圍堰下沉系數(shù)計(jì)算</p>

74、<p>　　2.4.1.1 計(jì)算圍堰自重</p><p><b>　　鋼材容重，圍堰高。</b></p><p><b>　　(1)計(jì)算壁板自重</b></p><p><b>　　外壁鋼板自重：</b></p><p><b>　　內(nèi)壁鋼板自重：<

75、/b></p><p><b>　　平面桁架共33層。</b></p><p>　?。?）計(jì)算環(huán)板重量：</p><p>　?。?）計(jì)算水平桁架的重量：</p><p>　　每層桁架共有角鋼136根，每根角鋼重0.59kN</p><p><b>　　平面桁架重量：</b&g

76、t;</p><p><b>　?。?）隔艙板重量：</b></p><p><b>　?。?）內(nèi)支撐重量：</b></p><p>　?。?）豎肋重量：內(nèi)外壁板上豎肋間的間距是0.5m，共有豎肋296根，</p><p><b>　　鋼圍堰自重：</b></p>

77、<p>　　2.4.1.2 計(jì)算鋼圍堰所受浮力</p><p>　　(1)圍堰各部分體積計(jì)算</p><p><b>　　刃腳體積：</b></p><p><b>　　刃腳以上高度：</b></p><p><b>　　圍堰隔艙體積：</b></p>

78、<p><b>　　圍堰隔艙板總體積：</b></p><p>　　圍堰隔艙內(nèi)填筑細(xì)沙（濕），填到頂面為止，細(xì)沙（濕）容重為</p><p><b>　　則細(xì)沙（濕）重</b></p><p>　　(2)圍堰所受浮力計(jì)算</p><p><b>　　在水中圍堰體積:</

79、b></p><p><b>　　則水浮力：</b></p><p>　　2.4.1.3 計(jì)算圍堰與土體摩阻力</p><p>　　圍堰外壁沉降時(shí)所受到的摩阻力：砂性土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取30KPa.</p><p><b>　　外壁：</b></p><p>　　刃腳正面

80、阻力：(地質(zhì)資料提供值乘以2，50為端阻力)，</p><p><b>　　圍堰下沉系數(shù)：</b></p><p>　　2.4.3 封底混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　　采用C50水下封底混凝土封底，高度2.5m,混凝土在圍堰形成支點(diǎn)反力的情況下，承受?chē)叱樗螽a(chǎn)生的上浮力，封底混凝土底承受水壓面積，</p><p>

81、;<b>　　最大水頭差按計(jì)算。</b></p><p>　　2.3.3.1 封底混凝土彎曲應(yīng)力驗(yàn)算</p><p>　　取1m寬封底混凝土計(jì)算：</p><p><b>　　按簡(jiǎn)支近似計(jì)算：</b></p><p><b>　　則</b></p><p&

82、gt;<b>　　滿足要求。</b></p><p>　　2.4.3.2 封底混凝土抗浮力驗(yàn)算</p><p>　　圍堰系統(tǒng)在水中受到浮力作用，在分析中還應(yīng)進(jìn)行圍堰抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p><b>　　(1)浮力</b></p><p>　　封底混凝土自重：G=</p>&l

83、t;p>　　封底混凝土與圍堰內(nèi)壁摩阻力取,</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　抗浮力：</b></p><p><b>　　(3)安全系數(shù)</b></p><p><b>　　滿足要求。</b></p>