【正文】 梁橋， l0號和 11號主墩采用外徑 ，壁厚 。內(nèi)外壁板間距 。在 5號墩處，堰面最大高差達 。鋼圍堰外徑 ，壁厚 ，高 。現(xiàn)在的雙壁 鋼圍堰的高度累計可達 25m，寬度可達30m，甚至更多。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。 圖 13 承臺平面圖 (單位： m) 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 圖 14 鋼圍堰平面圖 (單位： mm) 鋼圍堰 施工 工藝 簡介 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，其主要施工工序為 :在拼裝船上拼裝雙壁鋼圍堰、浮運、起吊下沉、鋼圍堰接高、并在鋼殼內(nèi)灌水、澆筑承臺及墩身、拆除上部鋼圍堰。 若無覆蓋層或覆蓋層很淺時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，也要計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)定性驗算，取決于其與圍堰結(jié)合的緊密程度。但受承臺形狀限制，為便于施工， 可能 造成圍堰尺寸過大，從而提高造價。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 過高，會造成費用增加并可能導(dǎo)致樁基礎(chǔ)施工困難。 圍堰本身實際上是個浮式鋼沉井，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。 動水壓力見圖 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 B2=13+2=。 在工況一，圍堰內(nèi)外均有水壓且水壓基本相同， 無需 驗算圍堰各構(gòu)件受力，僅需計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 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)荷載遠小于波浪力可忽略不計 。 圖 29 隔艙板受力模式 (單位： kPa) (2)計算隔艙板所受內(nèi)力 石家莊鐵道 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 利用 MIDAS， 彎矩 計算結(jié)果 見圖 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)計規(guī)范附錄三 (b 類 )。 水平環(huán)板受力檢算 鋼圍堰設(shè)計為五節(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)計規(guī)范》，計算與環(huán)板共同作用的壁板截面 。 圍堰壁板構(gòu)造 見圖 213。 水平桁架的斜桿受力計算 水平桁架平面如 圖 215 所示。 (3)焊縫長度計 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 ， 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)計算水平。 (1)計算壁板自重 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 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 )。 (2)加勁肋受力驗算 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 20 由 (22) 1 = 100 0=840 m mBb??? ，取較小值 370mB? ， 見圖 214。對于簡支梁 0?ll；對于連續(xù)梁的正彎矩段可近似地取 0 l l??；對于其負彎矩段可近似地取 0 ?ll，其中 l 為主次梁的跨度 (見圖 212)； 2. 2? 適用于梁的正彎矩圖為拋物線圖形， 2? 適用于梁的負彎矩圖近 似地取為三角形。 =a r c ta n1300/ 1300=45? ?，桁架的計算跨度 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前驗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考慮 )。 工況 2設(shè)計 荷載計算 (1)計算風(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= / ； 計算 220 = / = 25 .7 / = 41 2. 8PaWV 。 對圍堰下層支撐點求矩 ： 主動力矩： 1 = 13 4. 4 10 .5 /2+ 38 2. 2 2/3 10 .5 = 33 81 kN mM ? ? ? ?， 被動力矩 ： 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 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 見圖 25。 圍堰內(nèi)壁長 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 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，同時在進行受力計算時，環(huán)板與參與受力面板作為桁架的弦桿進行受力計算。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，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)計時要盡量發(fā)揮材料的承載能力，使圍堰造價降到最低。實際工程中雙壁鋼圍堰在平面上較多設(shè)計成圓形，一部分也設(shè)計成其他形狀，如矩形、扇形及各種多邊形等。否則，應(yīng)謹慎考慮。當(dāng)驗算圍堰的穩(wěn)定性時，如果底面位于水中或透水性地基上，應(yīng)考慮設(shè)計水位的浮力。鋼圍堰受力的主要計算荷載有水流力、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土壓力，內(nèi)壁板承受被動土壓力 ， 圍堰超出水面部分會承受可能的波浪力 和風(fēng)力，風(fēng)力采用規(guī)范中標(biāo)準(zhǔn)值進行計算，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 6 鋼圍堰分 塊制作 分塊運輸至現(xiàn)場 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 分節(jié)對接接高