【正文】 m) 支反力見(jiàn)圖 223。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 荷載組合見(jiàn)圖 217。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 水平桁架桿件本身無(wú)受力問(wèn)題。 圖 212 面板有效寬度示意圖 (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： 2Bb?? (25) 2?? 有效寬度 系數(shù)，按表 21 采用； 面板與環(huán)板焊接，屬連續(xù)梁形式，故有效跨度取 0=。 yy 軸方向由于有兩點(diǎn)支撐， 0y/ = 1 /3 1 3 0 0 0 /1 0 4 .5 = 4 1 .5y li??? ， y=??? 查得 =? ， 則 / = 2 9 2 8 . 4 1 0 0 0 /( 0 . 8 9 5 3 6 0 6 5 ) = 9 0 . 7 M P a [ ] = 1 6 0 M P aNA? ? ?? ? ? 可。 其中 R R2 分別表示第一層、第二層支撐的內(nèi)力。 (1)受力模式 受力模式見(jiàn)圖 29。 每個(gè)隔艙板的抗彎能力計(jì) 算 設(shè)計(jì)中隔艙板將圍堰平面上分為 8塊，圍堰每個(gè)邊長(zhǎng)被兩個(gè)隔艙板均分成 3塊，兩個(gè)隔艙板間距為 ，將面板上的承受的均布荷載向隔艙板上簡(jiǎn)化成線荷載： 則每個(gè)隔艙受到彎矩 = ( 3 5 6 7 .2 3 3 8 1 ) 5 .2 = 9 6 8 .2 4 k N mM ??。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 24 圍堰豎向分節(jié) (單位： m) 圖 25 圍堰平面分塊 (單位： mm) 工況 1 設(shè)計(jì) 雙壁鋼圍堰壁腔 (隔艙厚 )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。 圍堰總體尺寸擬定 承臺(tái)尺寸 10103，圍堰高 H=。 圖 23 波浪力示意圖 (單位： m) 土壓力 河底為密實(shí)細(xì)砂： 飽和土容重： 3sat =20kN/m? 。 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)置兩層截面形式畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 為工字型內(nèi)支撐。圍堰的頂高程一般應(yīng)在水下結(jié)構(gòu)施工水位以上 ～ 。圓形結(jié)構(gòu)在早期得到較多應(yīng)用。圍堰嵌入不透水性地基時(shí)，不考慮水的浮力。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》。 (1)先下鋼圍堰后施工鉆孔方案 先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①鋼護(hù)筒厚度及長(zhǎng)度減少易于準(zhǔn)確定位； ②節(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； ③節(jié)省鉆孔平臺(tái)的穩(wěn)定措施費(fèi)。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)。 榆懷鐵路印家坡梅江 1號(hào)大橋?yàn)?932m+24m簡(jiǎn)支梁橋，其 3號(hào)、 4號(hào)墩位于深水中，畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加雙壁鋼圍堰。其北航道主塔采用削角矩形 (八角形 )雙壁鋼圍堰，長(zhǎng)邊 m，短邊 m，削角 ，圍堰高 。而旋噴樁方案圍堰僅下沉人土 ，旋噴樁施工同主墩樁基施工同步，縮短工期 60d。高壓旋噴樁結(jié)合鋼圍堰施工承臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，一是施工簡(jiǎn)便，止水效果好、加固地基穩(wěn)定，一次成形，未出現(xiàn)涌砂、穿底、漏水等意外問(wèn)題，避免了為解決圍堰下沉困難而采取的其它措施。現(xiàn)在有些做法已改成先施工鉆孔樁，用鉆孔樁的鋼護(hù)筒，作為雙壁鋼圍堰定位下沉的導(dǎo)向、支撐裝置，最后再做混凝土封底、抽水施工樁基承臺(tái)，杭州下沙大橋即是如此。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。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(chēng)之鋼殼。雙壁鋼圍堰具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，防水性能好的特點(diǎn)，在橋梁深水基礎(chǔ)中得到了廣泛應(yīng)用，并且它能承受較大的水壓力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便。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)。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。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。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。 (2)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀： 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。本設(shè)計(jì)就是對(duì)圍堰進(jìn)行結(jié)構(gòu)和施工的設(shè)計(jì)。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。 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。 同時(shí)，雙壁鋼圍堰的使用方法有了新的變化，已不局限于先將雙壁鋼圍堰下 沉就位封底混凝土，接著施工鉆孔樁，最后再抽水施工樁基承臺(tái)這一傳統(tǒng)施工工藝了。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 圖 12 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)平面圖 (單位 ： mm) 并且樁體、圍堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底。三是成本低，效益明顯。內(nèi)外壁板間距 。鋼圍堰外徑 ，壁厚 ，高 。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類(lèi)型。 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。 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。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。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。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。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。 摩擦角： 31??? 。 內(nèi)外壁板均為 6mm厚。 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。 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(mǎn)足要求。 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(jiàn)圖 210。 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 ? ? ?。 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。 圍堰壁板構(gòu)造見(jiàn)圖 213。 (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(mǎn)足要求。 圖 217 荷載組合 (單位： m) (2)受力模式 受力模式見(jiàn)圖 218。 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(mǎn)足故不能拆除下支撐。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 222 彎矩內(nèi)力圖 (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)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???? 。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。 / = 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(mǎn)足要求。 圖 211 內(nèi)支撐反力結(jié)果 (單位： kN) 反力 1 ? ， 2 ? ， 3 ? 。 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 )。 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 ? ? ?。 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。 工況二：靜水壓力 +流水壓力 +波浪力 +風(fēng)力。 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。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。 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。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。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。 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 。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。鋼板樁雙壁鋼圍堰作為雙壁鋼圍堰的一種類(lèi)型在歐洲和美洲，以及亞洲的日本和中國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)應(yīng)用最為廣泛。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 。 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。該橋原方案鋼圍堰需下沉人土 6m，圍堰下沉占用工期時(shí)間 90d，再水中混凝土封底、鉆孔樁施工 ，接著干法施工承臺(tái)。 蚌埠市朝陽(yáng)淮河公路大橋利用高壓旋噴樁豎直帷幕止水技術(shù)加固地基，減少大型雙壁鋼圍堰人土深度進(jìn)行水中承 臺(tái)施工的 技術(shù) 則是另一成功的范例。同時(shí)，雙壁鋼圍堰的使用方法有了新的變化，已不局限于先將雙壁鋼圍堰下沉就位封底混凝土，接著施工鉆孔樁，最后再抽水施工樁基承臺(tái)這一傳統(tǒng)施工工藝了。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。 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)。橋梁深水基礎(chǔ)往往處于水深流急，地質(zhì)條件極其復(fù)雜的環(huán)境，修建深水基礎(chǔ)時(shí)采用的防水技術(shù)一般就是圍堰和鋼吊箱。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類(lèi)型。即雙壁鋼圍堰能在深水、厚覆蓋層的條件下采用； (4)雙壁鋼圍堰完全下沉就位后