【正文】 梁橋， l0號(hào)和 11號(hào)主墩采用外徑 ，壁厚 。內(nèi)外壁板間距 。在 5號(hào)墩處，堰面最大高差達(dá) 。鋼圍堰外徑 ，壁厚 ，高 ?，F(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。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。 圖 13 承臺(tái)平面圖 (單位： m) 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 14 鋼圍堰平面圖 (單位： mm) 鋼圍堰 施工 工藝 簡(jiǎn)介 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、澆筑承臺(tái)及墩身、拆除上部鋼圍堰。 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。 先成樁后施工鋼圍堰 施工流程如圖 16所示。 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 。有時(shí)，也要計(jì)及封底混凝土的重量。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。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)。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。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。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。由于刃腳承受土壓力及水壓力較大，故刃腳段適當(dāng)加密水平桁架的豎向間距 ()，其余部分水平 桁架 豎向間距為 1m。 動(dòng)水壓力見(jiàn)圖 21。 摩擦角： 31??? 。 工況二： 雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底 混凝土 灌注完畢后 。 內(nèi)外壁板均為 6mm厚 。 外壁邊長(zhǎng) B2=13+2=。 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 。 圖 27 土壓力 (單位： m) 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 各部分 土壓力 值： 321 0. 32 20 kN / m 2 m 12 .8 kN / mP ? ? ? ?， 2 0 .3 2 2 0 k N / m 1 0 .5 m 6 7 .2 k N / mP ? ? ? ?， 323 = 3. 12 20 kN /m 3. 5m = 21 8. 4k N /mP ??。 則 66/ =9 68. 24 10 / 10 =9 MP a [ ] =1 60M P aMW??? ? ?滿足要求 。 風(fēng)荷載遠(yuǎn)小于波浪力可忽略不計(jì) 。 圖 29 隔艙板受力模式 (單位： kPa) (2)計(jì)算隔艙板所受內(nèi)力 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 利用 MIDAS， 彎矩 計(jì)算結(jié)果 見(jiàn)圖 210。 m a x = / =1 489 .8/ 63= 149 .5M P a [ ] =1 60M P aMW??, 可 。 第二層支撐的受力最大 2 ? (單寬 )， kNN ? ? ?。 在 xx 軸方向，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄三 (b 類 )。 水平環(huán)板受力檢算 鋼圍堰設(shè)計(jì)為五節(jié)： +5m+5m+4m+4m，第一節(jié) 為 4m， 平面桁架豎 向間距為，第 5 節(jié)平面桁架間距均為 1m。 水平桁架的軸向拉壓力為 =4 7 3 .2 /1 .3 =3 6 4 k NN (拉壓力 )， 按《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算與環(huán)板共同作用的壁板截面 。 圍堰壁板構(gòu)造 見(jiàn)圖 213。 水平桁架的斜桿受力計(jì)算 水平桁架平面如 圖 215 所示。 (3)焊縫長(zhǎng)度計(jì) 算 角鋼厚度 t=5mm， 2 f m in m a x= 4 .0 8 3 m m , = 1 .5 = 1 .5 5 = 3 .4 m mA h t ?， f m a x m i n=, = 5=6m mht ?，取 f =5mmh ， 1 =0 .7 =0 .3 283 .1= 198 .2k NNN ?， 2 = 0 .3 = 0 .3 2 8 3 .1 = 8 4 .9 k NNN ?， 則 w1 e f= / = 19 10 00 / 5 20 0= 28 m ml N h f ? ? ?， 取 1=300mml ， w2 e f= / = 84 .9 10 00 / 5 20 0= 12 1. 3m ml N h f ? ? ?， 取 2=150mml ， w m in f w m a x f= 8 = 8 5 = 4 0 m m , = 6 0 = 3 0 0 m ml h l h? ， wmin 1 wmaxl l l?? ， wmin 2 wmaxl l l?? 滿足要求 。 對(duì) ， 2L 125 10, =2 437 .3m mA? ， 2= ， 4x =36 16 70 0m mI ， 0= 2 4 3 7 . 3 3 4 . 5 + 1 2 6 0 1 2 8= = 6 6 . 4 m m2 4 3 7 . 3 + 1 2 6 0Z ??， 4=3 780 +3 616 700 +1 260 ( 128 66. 4) +2 437 .3 ( 66. 4 34. 5) =3 775 845 .87 m mI ??， 3/ =? ， 則 m a x = / =5 .2 5 1 0 0 0 /56 8 6 5 .1 =9 2 .3 MP a [ ] =1 6 0 MP aMW??? 可 。 圖 217 荷載組合 (單位： m) (2)受力模式 受力模式見(jiàn)圖 218。 圖 220 拆除第二層支撐后荷載組合 (單位： m) (2)受力模式 拆除第二層內(nèi)支撐后受力模式見(jiàn)圖 221。 圖 223 支反力 (單位： kN) 12=2 N , =3 NRR， 拆除下支撐后 隔艙板承受總彎矩 ： 0 = 4 9 5 .7 5 .2 = 2 5 7 7 .6 k N mM ??， 0 / =2 5 7 7 .6 / 6 3 =2 5 8 .7 MP a [ ] =1 6 0 MP aMW??? ，不滿足故不能拆除下支撐 。 (3)計(jì)算水平。 (1)計(jì)算壁板自重 外壁板自重 1 = 1 5 .6 4 0 .0 0 6 2 2 .5 7 8 .5 = 6 6 1 .2 8 k NG ? ? ? ?， 內(nèi)壁板自重 2 =1 3 4 06 22. 78. 5= 551 .07 kNG ? ? ? ?， 平面桁架共 26 層 。 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 222 彎矩內(nèi)力圖 (單位： kN 圖 219 彎矩圖 (單位： kN 檢算懸臂根部應(yīng)力 (1)荷載組合 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 +波浪力 (風(fēng)荷載忽略不計(jì) )。 (2)加勁肋受力驗(yàn)算 2 2 211= = 1 4 0 0 .3 1 = 5 .2 5 k N /m88M q l? ? ? ? ?， 采用角鋼 0L 125 10, / = 1/=2lb??， 則 1=? ， 由公式 (22) 1= = 0 .7 3 0 0 = 2 1 0 m m, 6 0 = 6 0 6 + 1 0 = 3 7 0 m mB b B b??? ? ? ?， 取較小值 =210mmB ，見(jiàn)圖 216。 (2)求斜桿力 000c os4 5 2= 36 4, = 28 3. 1k NFF?? ， 斜桿采用角鋼 L50 5? , 2=4803mmA ，則 0 / =2 83. 1 100 0/4803= 58. 9MPa [ ] =1 60M P aFA???? 。 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 由 (22) 1 = 100 0=840 m mBb??? ，取較小值 370mB? ， 見(jiàn)圖 214。對(duì)于簡(jiǎn)支梁 0?ll；對(duì)于連續(xù)梁的正彎矩段可近似地取 0 l l??；對(duì)于其負(fù)彎矩段可近似地取 0 ?ll，其中 l 為主次梁的跨度 (見(jiàn)圖 212)； 2. 2? 適用于梁的正彎矩圖為拋物線圖形， 2? 適用于梁的負(fù)彎矩圖近 似地取為三角形。 =a r c ta n1300/ 1300=45? ?，桁架的計(jì)算跨度 取兩隔艙板間距， 為 ，取水深 14m處水壓力， p=140kN/m2。 / = 29 28 .6 4 10 00 / ( 0. 64 8 36 06 5) = 12 5. 3M P a [ ] = 1 60 MPaNA? ? ?? ? ? 滿足要求 。 截面特性：4x4yxy2=12089cm=39357cm===6065mmIIiiA。 圖 211 內(nèi)支撐反力結(jié)果 (單位： kN) 反力 1 ? ， 2 ? ， 3 ? 。m) 單寬 m ax =2 N mM ?。 圖 28 工況 2 荷載圖示 (單位 ： mm) 隔艙板受力檢算 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 (風(fēng)荷載與波浪力不同時(shí)考慮 )。 工況 2設(shè)計(jì) 荷載計(jì)算 (1)計(jì)算風(fēng)荷載 風(fēng) 荷載 公式 ： h 1 2 3 0=W K K K W (21) 式中， K1—— 體形系數(shù)； K2—— 高度變化系數(shù)； K3—— 條件系數(shù)； W0—— 風(fēng)壓值 (Pa)， 20= / ； 計(jì)算 220 = / = 25 .7 / = 41 2. 8PaWV 。 對(duì)圍堰下層支撐點(diǎn)求矩 ： 主動(dòng)力矩： 1 = 13 4. 4 10 .5 /2+ 38 2. 2 2/3 10 .5 = 33 81 kN mM ? ? ? ?， 被動(dòng)力矩 ： 2 =3 82. 2 ( 2/3 +7 ) =3 567 .2k N mM ? ? ?。 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 26 隔艙板尺寸 (單位： mm) 截面特性： 3 3 9 4x = 45 8 12 88 /12 2 21 9 12 64 /12= 6. 61 4 10 m mI ? ? ? ?， 9 6 3xx= 2 / = 6 .6 1 4 1 0 /64 4 = 9 .9 6 3 1 0 m mW I h ??， 2=0 .4 5 0. 01 2 2+ 1. 26 4 0. 01 2= 0. 02 59 7mA ? ? ?。 平面分塊： 平面上 由隔艙板 分為 8塊 ， 圍堰平面分塊 見(jiàn)圖 25。 圍堰內(nèi)壁長(zhǎng) B1=10+2(H/50+)+2=10+2+=13m,取 B1=13m。 工況二： 靜水壓力 +流水壓力 +波浪力 +風(fēng)力 。 被動(dòng)土壓力系數(shù) ： 2p = tg (4 5 + /2 )= 3 .1 2K ?? 。 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 22 靜水壓力示意圖 (單位： m) 波浪力 波浪力作用高度取 ，波浪力為作用于高出水面圍堰壁板的均布荷載，其大小為 215kN/m ， 波浪力見(jiàn)圖 23。水平環(huán)板采用 20 0m m 10 mm? 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)板與參與受力面板作為桁架的弦桿進(jìn)行受力計(jì)算。圍堰豎向總高 ，考慮到浪高最大為 ，圍堰高出水面部分為 2m， 圍堰豎向分為 5節(jié) (+5m+5m+4m+4m)，井壁底部設(shè)置刃腳有利于切土下沉。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。 鋼圍堰高度的設(shè)計(jì)主要決定于施工區(qū)域的水深和圍堰嵌入土層的厚度。 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。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。否則，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。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。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)還包括冰壓力。 雙壁鋼圍堰受力分析 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，風(fēng)力采用規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算，波浪高取 ，波浪力水壓采用均布 215kN/m 。 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 鋼圍堰分 塊制作 分塊運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng) 定位錨錠系統(tǒng)施工 首節(jié)鋼圍堰水下定位 吸泥除土下沉 沉至設(shè)計(jì)深度 水上接高、下沉 鋼圍堰著床 清基、堰內(nèi)封堵 圍堰封底 鉆孔樁施工 干施工承臺(tái) 分節(jié)對(duì)接接高