【文章內容簡介】 1 動水壓力示意圖(單位：m) 靜水壓力靜水壓力見圖22。圖22 靜水壓力示意圖(單位：m) 波浪力，波浪力為作用于高出水面圍堰壁板的均布荷載，其大小為，波浪力見圖23。圖23 波浪力示意圖(單位：m) 土壓力河底為密實細砂：飽和土容重：。摩擦角：。主動土壓力系數(shù)：。被動土壓力系數(shù)：。 計算工況工況一：雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土未灌注前。工況二：雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土灌注完畢后。 結構設計 荷載組合工況一：主動土壓力+被動土壓力。工況二：靜水壓力+流水壓力+波浪力+風力。 圍堰總體尺寸擬定承臺尺寸10103，圍堰高H=。內外壁板均為6mm厚。圍堰施工誤差為H/50+=，且H/50=,。圍堰內壁長B1=10+2(H/50+)+2=10+2+=13m,取B1=13m。外壁邊長B2=13+2=。圍堰分節(jié)：4m+4m+5m+5m+(5節(jié)),圍堰分節(jié)見圖24。平面分塊：平面上由隔艙板分為8塊，圍堰平面分塊見圖25。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設計雙壁鋼圍堰壁腔()水下封底混凝土未灌注前(不抽水)堰內泥土清理到封底混凝土底時驗算。在工況一，圍堰內外均有水壓且水壓基本相同，無需驗算圍堰各構件受力，僅需計算入土部分在土壓力作用下的隔艙板受力檢算。 隔艙板尺寸隔艙板尺寸見圖26。圖26 隔艙板尺寸(單位：mm)截面特性：。 土壓力計算土壓力形式見圖27。圖27 土壓力(單位：m)各部分土壓力值：。土體壓力合力值：。對圍堰下層支撐點求矩：主動力矩：，被動力矩：。 每個隔艙板的抗彎能力計算設計中隔艙板將圍堰平面上分為8塊，圍堰每個邊長被兩個隔艙板均分成3塊，將面板上的承受的均布荷載向隔艙板上簡化成線荷載：則每個隔艙受到彎矩。則滿足要求。 豎向隔艙鋼板工字型組合梁加勁肋布置，由于隔艙板上下翼緣均與圍堰面板焊接，其扭轉受到約束，根據橋梁鋼結構設計規(guī)范，當時，不需要配置縱向加勁肋，按構造配置橫向加勁肋。 工況2設計 荷載計算(1)計算風荷載風荷載公式： (21)式中，K1——體形系數(shù)；K2——高度變化系數(shù)；K3——條件系數(shù)；W0——風壓值(Pa)，；計算。由公式(21)得。風荷載遠小于波浪力可忽略不計。(2)工況2荷載工況2荷載見圖28。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力(風荷載與波浪力不同時考慮)。(1)受力模式受力模式見圖29。圖29 隔艙板受力模式(單位：kPa)(2)計算隔艙板所受內力利用MIDAS，彎矩計算結果見圖210。圖210 隔艙板內力圖(單位：kNm)單寬。則隔艙板所受彎矩。, 可。 內支撐受力檢算內支撐反力即圖29受力模式，支座反力計算結果見圖211。圖211 內支撐反力結果(單位：kN)反力。其中RR2分別表示第一層、第二層支撐的內力。第二層支撐的受力最大(單寬)。選用Q235 400400H型鋼。截面特性：。 可。在xx軸方向，由鋼結構設計規(guī)范附錄三(b類)。，查得。 滿足要求。yy軸方向由于有兩點支撐，查得，則 可。 水平環(huán)板受力檢算鋼圍堰設計為五節(jié)：+5m+5m+4m+4m，第一節(jié)為4m，第5節(jié)平面桁架間距均為1m。水平桁架環(huán)板為10mm200mm。，桁架的計算跨度取兩隔艙板間距，取水深14m處水壓力，p=140kN/m2。則。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計規(guī)范》，計算與環(huán)板共同作用的壁板截面。《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》：(1)面板兼作主(次)梁翼緣的有效寬度B,對于簡支梁或連續(xù)梁中正彎矩段，可按下列公式計算，取其中較小值： (22)(Q235鋼) (23)(16錳鋼) (24)式中，主次梁的間距，；有效寬度系數(shù)，按表21采用；面板寬度；梁肋寬度，當梁上另有翼緣時為上翼緣寬度；表21 面板有效寬度系數(shù)1345681020注：。對于簡支梁；對于連續(xù)梁的正彎矩段可近似地?。粚τ谄湄搹澗囟慰山频厝?，其中為主次梁的跨度(見圖212)；，適用于梁的負彎矩圖近似地取為三角形。圖212 面板有效寬度示意圖(2)對于連續(xù)梁中負彎矩段或懸臂段，面板的有效寬度應按下式取用： (25)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。圍堰壁板構造見圖213。圖213 圍堰壁板圖示(單位：mm)由(23)得，查得。由(22)，取較小值，見圖214。圖214 面板參與環(huán)板受力有效寬度(單位：mm)，則 可。 水平桁架的斜桿受力計算水平桁架平面如圖215所示。圖215 水平桁架(單位：m)(1)計算桁架節(jié)點上的荷載力。(2)求斜桿力，斜桿采用角鋼,，則。水平桁架桿件本身無受力問題。(3)焊縫長度計算角鋼厚度t=5mm，，取，，則，取，取，，滿足要求。 加勁肋受力驗算(1)計算封底混凝土面以上外壁水壓力。(2)加勁肋受力驗算，采用角鋼，則，由公式(22)，取較小值，見圖216。圖216 面板參與角鋼受力有效寬度(單位：mm)壁板。對，，，，則 可。 面板折算應力驗算外壁最大水壓，面板邊長比，且長邊垂直于主梁軸線方向時，，， (滿足要求)。 檢算懸臂根部應力(1)荷載組合檢算懸臂根部應力屬工況二，故荷載組合為：靜水壓力+流水壓力+波浪力(風荷載忽略不計)。荷載組合見圖217。圖217 荷載組合(單位：m)(2)受力模式受力模式見圖218。圖218 懸臂部分受力模式(單位：kPa)(3)計算結果計算結果見圖219。圖219 彎矩圖(單位：kNm)計算得懸臂根部單寬彎矩，則總彎矩， 檢算承臺澆筑完成后可否拆除內支撐(1)荷載組合荷載組合見圖220。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支撐后受力模式見圖221。圖221 拆除第二層支撐后受力模式(單位：kPa)(3)受力結果彎矩圖見圖222。圖222 彎矩內力圖(單位：kNm)支反力見圖223。圖223 支反力(單位：kN)，拆除下支撐后隔艙板承受總彎矩：，不滿足故不能拆除下支撐。 圍堰整體抗浮驗算 圍堰下沉系數(shù)計算 計算圍堰自重鋼材容重，圍堰高。(1)計算壁板自重外壁板自重，內壁板自重，平面桁架共26層。(2)計算環(huán)板重。(3)計算水平桁架重每層桁架共有角鋼28個，平面桁架重。(4)橫撐重隔艙板有8個，豎向隔艙板重，內支撐重。(5)計算豎肋重量，平面上豎肋共有個，角鋼密度為，外壁豎肋重量為， m，平面上豎肋共有個，則內壁豎肋重量為，則鋼圍堰自重為。圖224 首節(jié)圍堰立面圖(單位：m) 計算鋼圍堰所受浮力(1)圍堰各部分體積計算刃腳體積： 刃腳見圖224。刃腳以上高度，圍堰隔艙體積：，圍堰隔艙總體積：，圍堰隔艙內填筑素混凝土，填到頂面為止，素混凝土，則素混凝土重。(2)圍堰所受浮力計算在水中圍堰體積：，則水浮力：。 計算圍堰與土體摩阻力圍堰壁內外在土中沉降時所受到的摩阻力：砂性土摩阻力標準值取15kPa，外壁：，內壁：，式中U表示周長。鋼刃腳斜面的正面阻力：(地質資料提供值乘以2，50為端阻力)，圍堰下沉系數(shù)。 豎向抗浮力計算 鋼圍堰自重鋼圍堰自重(包括隔艙內素混凝土重量)，封底混凝土自重。 豎向抗浮力計算抽水后鋼圍堰受到的浮力為：，安全系數(shù)圍堰整體穩(wěn)定性滿足要求。 封底混凝土強度驗算采用C30水下封底混凝土封底，高度3m,混凝土在圍堰形成支點反力的情況下，承受圍堰抽水后產生的上浮力，封底混凝土底承受水壓面積，最大水頭差按計算。 封底混凝土彎曲應力驗算取1m寬封底混凝土計算：，按簡支近似計算，跨度。，則可。(由于本結構為臨時結構，)。 封底混凝土抗浮力驗算圍堰系統(tǒng)在水中受到浮力作用，在分析中還應進行圍堰抗浮穩(wěn)定性驗算。(1)浮力。(2)抗浮力封底混凝土自重，封底混凝土與圍堰內壁摩阻力取 ，則，抗浮力：。(3)安全系數(shù)，滿足要求。第3章 圍堰施工工藝 圍堰加工工藝為便于施工，“鋼堰”制作時在平面上分塊和高度上分節(jié)。分塊時力求等分和對稱；分節(jié)高度則以制作、接高的起重能力而定，在條件允許時，節(jié)段越次數(shù)和水平焊縫的現(xiàn)場焊接量。分塊是“鋼堰”制作的第一道工序，也是施工質量的首道關口。為使塊體幾何尺寸準確和具有互換性，應在特制的胎架上進行組裝。為保證焊縫質量和水密性，力求平焊，盡量減少仰焊和立焊。制作時應選擇具有塊體翻轉技術措施和起重能力的專業(yè)廠家加工。 塊體運輸一般都用船運，因其體積大，陸運有諸多不便。運輸堆放時，要存放均勻，綁扎牢固，確保運輸過程的安全。首節(jié)“鋼堰”的組拼是施工中的重要環(huán)節(jié)，它對施工進度和施工投人有舉足輕重的作用。組拼方法與施工單位的設備、水上起重能力和習慣作法有關。常用的組拼方法有：(1)在墩位附近岸側設浮式拼裝平臺拼裝成節(jié)，起重船整節(jié)起吊就位；(2)在兩導向船間設浮式平臺，用導向船上的起重設備起吊塊體拼裝成節(jié)，在導向船上設吊架吊起，退出浮式平臺下放就位；(3)在兩導向船間架設臨時拼裝平臺，用導向船上的起重設備起吊塊體拼裝成節(jié)，在導向船上設吊架吊起，拆除臨時拼裝平臺，下放就位；(4)在墩附近岸側修建簡易滑道，在滑道上拼裝成節(jié)后下滑人水，拖運至導向船組就位。本設計鋼圍堰的制作流程如下：(1)胎架設置。為了使鋼圍堰外形尺寸達到要求，車間制作時，首先要設置組裝用胎架。組裝胎架應有足夠的剛度，防止構件在組焊過程中變形。鋼圍堰分塊組裝胎架應力求尺寸精確一致，以保證每座胎架組焊出來的產品尺寸的一致性。(2)鋼圍堰下料。鋼圍堰構件在下料前制作樣品，凡構件中不能確定尺寸的零件或組合連接關系復雜的構件，通過制做實樣來確定尺寸。(3)分塊組裝。組裝壁板、環(huán)板、水平桁架等構件按由外壁逐漸組拼到內壁的順序進行組裝。(4)焊接加工。雙壁鋼圍堰焊接所有焊縫除豎肋及隔艙板加勁肋采用間斷焊接外，其余均為連續(xù)滿焊，焊接施工前對所有類型焊縫均需進行焊接工藝評定試驗。為了減少各鋼圍堰分塊在組裝胎架上的焊接變形，內外壁板按每塊整片實行兩面自動焊來保證質量，各隔艙板上加勁肋在胎架上施焊以減少整體施焊工作量，并有效控制分塊外輪廓尺寸偏差。 (5)試拼出廠。雙壁鋼圍堰分塊加工完成后，按拼裝順序編號，并依次先后運至試拼場進行出廠前的試拼，試拼廠設在施工臨時碼頭附近。 雙壁鋼圍堰的錨碇系統(tǒng)布置根據施工水域水文條件和通航要求，圍堰錨碇系統(tǒng)可以采取靈活多變的布置方式。錨固設備包括定位船、導向船、錨、錨纜和錨纜受力調節(jié)設備。一般情況下，如果水流是單流向的，可以只在上游設置定位船，并同時設置導向船；如果施工區(qū)域受潮汐等因素影響，水流速度、方向時而發(fā)生變化，應同時在上下游設置定位船。定位船的作用是抵抗圍堰所承受的水流力，導向船的作用則是用來穩(wěn)定和調整鋼圍堰。導向船和定位船自身應有較強的穩(wěn)定性及調解能力，以抵抗圍堰所受的外力。如果在圍堰的一側設置導向船，則應在圍堰另一側設置拉纜，保持圍堰的平衡與穩(wěn)定。武漢軍山長江大橋錨碇系統(tǒng)布置即采用這種形式。如果上下游均設景定位船，可以不設導向船，但需在圍堰左右兩側設置邊錨以保持圍堰的穩(wěn)定與平衡?！颁撗摺痹谏钏┕ぶ校捎隗w積大、沉放時間長，本身的定位及穩(wěn)定主要依靠錨錠系統(tǒng)承擔?！颁撗摺卞^旋系統(tǒng)，由錨纜設施、定位船、導向船組三大部份組成，其布置與施工區(qū)的流向、流速和河床表層土質有關。確保施工期鋼圍堰的安全，是錨錠系統(tǒng)布置的首要出發(fā)點和歸宿。 錨型選擇橋梁工程施工所用的錨型，常用航運部門的鑄鐵錨(海軍錨、霍爾錨)或鋼筋硅蛙式錨。海軍錨屬于有干錨，橫桿在錨桿上部，并與其垂直。拔出橫桿楔子后可抽出與錨標緊貼，便于收藏，結構簡單。海軍錨的特點是抓力大，一般為錨重的4～8倍，最高可達12～15倍，但突出水底地面的錨爪，有絞纏繩鏈的危險，使用中應予注意?；魻栧^屬于無干錨，又稱山字錨，錨頭與兩個錨爪為整體鑄件，由錨桿穿過錨頭以小軸和橫銷連接，錨爪與錨桿可以轉動，～4倍，錨的拋起方便，易于收存。航運部門的鑄鐵錨屬于定型產品，每種錨