【正文】 期，降低造價(jià)；減少雙壁鋼圍堰夾壁混凝土量； 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； ④清除鉆渣難度減少； 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 鋼管樁制作 平臺(tái)拼裝 施打鋼管樁 搭設(shè)鉆孔平臺(tái) 下沉鋼護(hù)筒 鉆孔樁施工 施工平臺(tái)拆除 首節(jié)鋼圍堰安裝 圍堰接高 (下沉 ) 圍堰封底 干施工承臺(tái) 鋼圍堰制作 ⑤封底混凝土量可減少。 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 。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。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。否則，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。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。 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。 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。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。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。水平環(huán)板采用 200mm 10mm? 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。 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 ， 波浪力見圖 23。 被動(dòng)土壓力系數(shù) ： 2p = tg (4 5 + /2 )= 3 .1 2K ?? 。 工況二：靜水壓力 +流水壓力 +波浪力 +風(fēng)力。 圍堰內(nèi)壁長(zhǎng) B1=10+2(H/50+)+2=10+2+=13m,取 B1=13m。 平面分塊：平面上由隔艙板分為 8塊，圍堰平面分塊見圖 25。 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 = 4 5 8 1 2 8 8 /1 2 2 2 1 9 1 2 6 4 /1 2 = 6 . 6 1 4 1 0 m mI ? ? ? ?， 9 6 3xx= 2 / = 6 . 6 1 4 1 0 /6 4 4 = 9 . 9 6 3 1 0 m mW I h ??， 2= 0 . 4 5 0 . 0 1 2 2 + 1 . 2 6 4 0 . 0 1 2 = 0 . 0 2 5 9 7 mA ? ? ?。 對(duì)圍堰下層支撐點(diǎn)求矩： 主動(dòng)力矩： 1 = 1 3 4 . 4 1 0 . 5 / 2 + 3 8 2 . 2 2 / 3 1 0 . 5 = 3 3 8 1 k N mM ? ? ? ?， 被動(dòng)力矩 ： 2 = 3 8 2 . 2 ( 2 / 3 3 . 5 + 7 ) = 3 5 6 7 . 2 k N mM ? ? ?。 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 。 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 )。m) 單寬 m ax = mM ?。 圖 211 內(nèi)支撐反力結(jié)果 (單位： kN) 反力 1 ? ， 2 ? ， 3 ? 。 截面特性：4x4yxy2=12089cm=39357cm===6065mmIIiiA。 / = 2 9 2 8 . 6 4 1 0 0 0 /( 0 . 6 4 8 3 6 0 6 5 ) = 1 2 5 . 3 M P a [ ] = 1 6 0 M P aNA? ? ?? ? ? 滿足要求。 = a rc ta n 1 3 0 0 /1 3 0 0 = 4 5? ?，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。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。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 由 (22) 1 = 0 .8 4 1 0 0 0 = 8 4 0 m mBb??? ，取較小值 37 mB? ，見圖 214。 (2)求斜桿力 000c o s 4 5 2 = 3 6 4 , = 2 8 3 . 1 k NFF?? ， 斜桿采用角鋼 L50 5? , 2=4803mmA ，則 0 / = 2 8 3 . 1 1 0 0 0 / 4 8 0 3 = 5 8 . 9 M P a [ ] = 1 6 0 M P aFA???? 。 (2)加勁肋受力驗(yàn)算 2 2 211= = 140 1 = kN /m88M q l? ? ? ? ?， 采用角鋼 0L 1 2 5 1 0 , / = 0 .6 1 / 0 .3 = 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。 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) )。 圖 219 彎矩圖 (單位： kN 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 222 彎矩內(nèi)力圖 (單位： kN (1)計(jì)算壁板自重 外壁板自重 1 = 1 5 . 6 4 0 。 圖 223 支反力 (單位： kN) 12= 2 5 8 .1 K N , = 3 7 4 .1 k 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 / 9 . 9 6 3 = 2 5 8 . 7 M P a [ ] = 1 6 0 M P aMW??? ，不滿足故不能拆除下支撐。 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 217 荷載組合 (單位： m) (2)受力模式 受力模式見圖 218。 對(duì) ， 2L 1 2 5 1 0 , = 2 4 3 7 .3 m mA? ， 2= ， 4x =36167 00m 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 7 8 0 + 3 6 1 6 7 0 0 + 1 2 6 0 ( 1 2 8 6 6 . 4 ) + 2 4 3 7 . 3 ( 6 6 . 4 3 4 . 5 ) = 3 7 7 5 8 4 5 . 8 7 m mI ??， 3/ = 3 7 7 5 8 4 5 . 8 7 /6 6 . 4 = 5 6 8 6 5 . 1 m mW I Z? ， 則 m a x = / = 5 . 2 5 1 0 0 0 / 5 6 8 6 5 . 1 = 9 2 . 3 M P a [ ] = 1 6 0 M P aMW??? 可。 (3)焊縫長(zhǎng)度計(jì)算 角鋼厚度 t=5mm， 2 f m i n 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 in= 1 .2 , = 1 .2 5 = 6 m mht ?，取 f=5mmh ， 1 = 0 .7 = 0 .3 2 8 3 .1 = 1 9 8 .2 k NNN ?， 2 = 0 .3 = 0 .3 2 8 3 .1 = 8 4 .9 k NNN ?， 則 w1 e f= / = 1 9 8 . 2 1 0 0 0 /0 . 7 5 2 0 0 = 2 8 3 . 1 m ml N h f ? ? ?， 取 1=300mml ， w2 e f= / = 8 4 . 9 1 0 0 0 /0 . 7 5 2 0 0 = 1 2 1 . 3 m ml N h f ? ? ?， 取 2=150mml ， w m i n 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。 水平桁架的斜桿受力計(jì)算 水平桁架平面如圖 215 所示。 圍堰壁板構(gòu)造見圖 213。 水平桁架的軸向拉壓力為 = (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。 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。 在 xx軸方向，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄三 (b 類 )。 第二層支撐的受力最大 2 ? (單寬 )， 5 6 3 .2 5 .2 2 9 2 8 .6 4 k NN ? ? ?。 m a x = / = 1 4 8 9 . 8 / 9 . 9 6 3 = 1 4 9 . 5 M P a [ ] = 1 6 0 M P aMW??, 可。 圖 29 隔艙板受力模式 (單位： kPa) (2)計(jì)算隔艙板所受內(nèi)力 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 利用 MIDAS，彎矩計(jì)算結(jié)果見圖 210。 風(fēng)荷載遠(yuǎn)小于波浪力可忽略不計(jì)。 則 66/ = 9 6 8 . 2 4 1 0 / 9 . 9 6 3 1 0 = 9 7 . 2 M P a [ ] = 1 6 0 M P aMW??? ? ?滿足要求。 圖 27 土壓力 (單位： m) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 各部分土壓力值： 321 0 . 3 2 2 0 k N / m 2 m 1 2 . 8 k N / 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 ??。 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。 外壁邊長(zhǎng) B2=13+2=。 內(nèi)外壁板均為 6mm厚。 工況二：雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底 混凝土 灌注完畢后。 摩擦角： 31??? 。 動(dòng)水壓力見圖 21。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。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。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。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。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)。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。有時(shí)，也要計(jì)及封底混凝土的重量。 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。 先成樁后施工鋼圍堰施工流程如圖 16所示。 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。 圖 13 承臺(tái)平面圖 (單位： m) 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