【導(dǎo)讀】蟻膆莀葿蝕羋膃螈蠆羈莈蚄螈肀膁薀螇膂莆蒆螆袂腿莂螅肄蒞螀螅膇羋蚆螄艿蒃薂螃罿芆蒈螂肁蒁莄袁膃芄蚃袀袃蒀蕿衿羅節(jié)蒅衿膈蒈蒁袈芀莁蝿袇罿膄蚅袆肂荿薁裊膄膂蕆羄襖莇莃羃羆膀螞羃肈莆薈芁膈薄羈羀蒄蒀羀肅芇蝿罿膅蒂蚅羈芇芅薁肇羇蒀蕆蚄聿芃莂蚃膂葿螁螞羈節(jié)蚇蟻肄薇薃蟻膆莀葿蝕羋膃螈蠆羈莈蚄螈肀膁薀螇膂莆蒆螆袂腿莂螅肄蒞螀螅膇羋蚆螄艿蒃薂螃罿芆蒈螂肁蒁莄袁膃芄蚃袀袃蒀蕿衿羅節(jié)蒅衿膈蒈蒁袈芀莁蝿袇罿膄蚅袆肂荿薁裊膄膂蕆羄襖莇莃羃羆膀螞羃肈莆薈芁膈薄羈羀蒄蒀羀肅芇蝿罿膅蒂蚅羈芇芅薁肇羇蒀蕆蚄聿芃莂蚃膂葿螁螞羈節(jié)蚇蟻肄薇薃蟻膆莀葿蝕羋膃螈蠆羈莈蚄螈肀膁薀螇膂莆蒆螆袂腿莂螅肄蒞螀螅膇羋蚆螄艿蒃薂螃罿芆蒈螂肁蒁莄袁膃芄蚃袀袃蒀蕿衿羅節(jié)蒅衿膈蒈蒁袈芀莁蝿袇罿膄蚅袆肂荿薁裊膄膂蕆羄襖莇莃羃羆膀螞羃肈莆薈芁膈薄羈羀蒄蒀羀肅芇蝿罿膅蒂

　　

【正文】 括其本身重量、填充物重量、圍堰上搭設(shè)的工作平臺(tái)重量及 其他附屬重量。有時(shí)，也要計(jì)及封底混凝土的重量。鋼圍堰的穩(wěn)定性包括抗滑、抗傾覆和抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。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。圍堰嵌入不透水性地基時(shí)，不考慮水的浮力。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。如果在澆注封底混凝土前，在圍堰封底段內(nèi)壁上焊接一些鋼筋或鐵件，使其與圍堰緊密結(jié)合，則封底混凝土應(yīng)參與圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算。否則，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 2章 圍堰 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) —— 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 圍堰構(gòu)造 從力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，雙壁 鋼圍堰的形狀以圓 形最優(yōu)，且制作與下沉著床都易于控制。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)。圍堰要為承臺(tái)和墩 (塔 )身施工創(chuàng)造無(wú)水作業(yè)條件；因此，圍堰的平面形狀應(yīng)與承臺(tái)相協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和水密性應(yīng)與施工條件相適應(yīng)。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。圓形結(jié)構(gòu)在早期得到較多應(yīng)用。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。綜合考慮圍堰的力學(xué)性能、施工方便性及工程造價(jià)等幾方面的因素，在雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)選形時(shí)，應(yīng)首先考慮圓形方案，然后再 根據(jù)承臺(tái)結(jié)構(gòu)提出其他方案，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)綜合比較，從而選定最佳結(jié)構(gòu)形式。 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。圍堰內(nèi)外壁之間的空間，應(yīng)通過(guò)設(shè)置若干隔板，組成相互封閉的隔艙。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。當(dāng)下沉著床偏差較大時(shí)，還可減載上浮，重新著床。 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。圍堰的頂高程一般應(yīng)在水下結(jié)構(gòu)施工水位以上 ～ 。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。圍堰的底高程應(yīng)按基礎(chǔ)受力要求和施工期穩(wěn)定等要求來(lái)確定。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。 本設(shè)計(jì)中深水承臺(tái)尺寸為 10m 10m? ，圍堰平面形狀為正方形，外壁尺寸為 ? ，內(nèi)壁尺寸為 13m 13m? ， 內(nèi)外壁板均為 6mm， 壁腔厚 。 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。 圍堰內(nèi)外壁間設(shè)置 8個(gè)隔艙板，在平面上將圍堰分為 8塊，隔艙板將圍堰分為8個(gè)互不連通的密封隔艙，利用向 隔 艙不等高灌水來(lái)控制雙鋼圍堰下沉及調(diào)整下沉?xí)r的傾斜。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。 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)置兩層截面形式石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 為工字型內(nèi)支撐。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。面板豎向加勁肋采用 L50 5? 角鋼，角鋼與面板共同承受外荷載。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。 設(shè)計(jì)荷載 荷載種類(lèi) 流 水壓力 水流流 速 ，動(dòng)水側(cè)壓力 , 2= 1. 47 15 .6 8 10 1. 5 /( 2 9. 8) = 21 0. 6k N21P = KA gV / 2g ? ? ? ? ?， 則 動(dòng)水壓強(qiáng) 2m a x 1 2 = 2 21 0. 6/15 .6 8= 3. 51 kN /mq = 2P / B h ??。 動(dòng)水壓力見(jiàn)圖 21。 圖 21 動(dòng)水壓力示意圖 (單位： m) 靜水壓力 靜水壓力見(jiàn)圖 22。 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。 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? 。 摩擦角： 31??? 。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 主動(dòng)土壓力系數(shù) ： 2a = tg (4 5 /2) = 0 .3 2K ?? 。 被動(dòng)土壓力系數(shù) ： 2p = tg (4 5 + /2 )= 3 .1 2K ?? 。 計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 荷載組合 工況一： 主動(dòng) 土壓力 +被動(dòng)土壓力 。 工況二： 靜水壓力 +流水壓力 +波浪力 +風(fēng)力 。 圍堰總體 尺寸擬定 承臺(tái)尺寸 10103，圍堰高 H=。 內(nèi)外壁板均為 6mm厚 。 圍堰施工誤差為 H/50+=， 且 H/50=,立模作業(yè)寬度。 圍堰內(nèi)壁長(zhǎng) B1=10+2(H/50+)+2=10+2+=13m,取 B1=13m。 鋼圍堰隔艙厚擬為 。 外壁邊長(zhǎng) B2=13+2=。 圍堰分節(jié)： 4m+4m+5m+5m+(5節(jié) ),圍堰分節(jié) 見(jiàn)圖 24。 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。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(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 。 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 。 隔艙板尺寸 隔艙板尺寸見(jiàn)圖 26。 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 ? ? ?。 土壓力計(jì)算 土壓力形式見(jiàn)圖 27。 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 ??。 土體壓力合力值 ： 1 =1 10. 5= 134 .4k NE ? ， 2 = 1 /2 6 7 .2 1 0 .5 = 3 5 2 .8 k NE ?? ， 3 = 1 /2 2 1 8 .4 3 .5 = 3 8 2 .2 k NE ??。 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 ? ? ?。 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 =( 35 67 .2 33 81 ) 5. 2= 96 8. 24 kN mM ??。 則 66/ =9 68. 24 10 / 10 =9 MP a [ ] =1 60M P aMW??? ? ?滿足要求 。 豎向隔艙鋼板工字型組合梁加勁肋布置 y=235MPaf ， w/ =1264 /12=10 ， 由于隔艙板上下翼緣均與圍堰面板焊接，其扭轉(zhuǎn)受到 約束 ，根據(jù)橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，當(dāng) 0w50 / 140ht 時(shí) ， 不需要配置縱向加勁肋 ，按構(gòu)造配置橫向加勁肋 。 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 。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 由 公式 (21)得 h 1 2 3 0= = 1 .4 1 1 .1 5 0 .4 1 2 = 0 .6 6 k P aW K K K W? ? ? ? ? ?。 風(fēng)荷載遠(yuǎn)小于波浪力可忽略不計(jì) 。 (2)工況 2荷載 工況 2 荷載見(jiàn)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(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 )。 (1)受力模式 受力模式見(jiàn)圖 29。 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。 圖 210 隔艙板內(nèi)力圖 (單位： kNm) 單寬 m ax =2 N mM ?。 則隔艙板所受彎矩 =2 8 6 .5 5 .2 =1 4 8 9 .8 k N mM ??。 m a x = / =1 489 .8/ 63= 149 .5M P a [ ] =1 60M P aMW??, 可 。 內(nèi)支撐受力檢算 內(nèi)支撐反力即圖 29 受力模式 ， 支座反力 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖 211。 圖 211 內(nèi)支撐反力結(jié)果 (單位： kN) 反力 1 ? ， 2 ? ， 3 ? 。 其中 R R2分別表示第一層、第二層支撐的內(nèi)力 。 第二層支撐的受力最大 2 ? (單寬 )， kNN ? ? ?。 選用 Q235 400400H 型鋼