5S1N1承台钢围堰计算.docx

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5S1N1承台钢围堰计算

S1N1承台施工钢围堰计算

1设计参数

1）承台底标高∶-4.0m。

2）承台顶标高∶+0.0m。

3）承台尺寸∶9.6m×9.6m×4.0m，重958.5t。

4）钢围堰顶标高∶+4.5m。

5）钢围堰底标高∶-5.0m。

6）封底砼厚度∶0.644m。

7）一个钢围堰底篮重10.3t，侧板重70.2t，内撑系10.3t，合计90.8t，封底砼43.2m3,103.7t。

一个钢围堰∶底篮＋侧板＋内撑系＋封底砼＝194.5t。

8）钢围堰侧板布置12根32mm精轧螺纹钢吊杆，底篮布置5根32mm精轧螺纹钢吊杆。

9）反压法兰盘4个,共20根剪力键。

10）竖向加强钢筋∶20根25mmⅡ级钢筋。

11）计算水位∶＋3.0m，水速∶1m/s，风速∶31.3m/s。

2工况和风荷载确定

（1）工况确定

第一围堰封底砼浇注结束，砼初凝前。

第二封底砼达到规定强度，围堰内抽水前。

第三围堰内抽水结束，浇筑承台砼前。

第四承台砼浇注结束。

（2）竖向风载计算

竖向风荷载按下式计算：

Ws＝K1K2K3K4K5W0（Pa）

W0＝v2/1.6

式中：

Ws--------竖向风压值（Pa）

W0--------基本风压值（Pa）

v--------设计风速（m/s）,v=31.3m/s

K1--------频率换算系数，K1=1

K2--------风载体形系数，K2=1.3

K3--------高度变化系数，K3=1

K4--------地形及地理条件系数，K3=1.3

K5--------升力系数，K5=0.4

则

W0＝v2/1.6＝（1/1.6）×31.3×31.3=612.3Pa

Ws＝K1K2K3K4K5W0

＝1×1.3×1×1.3×0.4×612.3

＝413.9Pa

Ps＝413.9×9.6×9.6＝3.8t

3第一种工况计算

3.132mm精轧螺纹钢

1）竖直向上的力

封底砼浮力

F1＝43.2t

钢围堰水中部分浮力

F2＝（10.3＋70.2×7.6／9.2）/7.85＝8.7t

假定侧板和底篮上17根吊杆同时平均受力，每根吊杆受力大小为F3t

2）竖直向下的力

钢围堰底篮、侧板、封底砼重力

G＝194.5t

风力

Ps＝3.8t

由竖直向上力＝竖直向下力有

F1＋F2＋17F3＝G＋Ps

43.2＋8.7＋17F3＝194.5＋3.8

F3＝8.6t＜60t符合要求（32mm精轧螺纹钢抗拉强度为60t）

3.2承重贝雷

单层双排加强贝雷

［M］＝1576.4KN·m

［τ］＝490.5KN

W=15398.3cm3,I=1154868.8cm4

根据钢围堰下放平台布置情况，平台最不利情况为下层贝雷

3.2.1悬臂端

Mmax＝Pl

＝8.6×1.902

＝164KN·m

＜1576.4KN·m符合要求

3.2.2中间段

中间点受集中力

P＝8.6×2＝17.2t

Mmax＝Pl/4＝17.2×6／4＝258KN·m＜1576.4KN·m符合要求

4第二种工况计算

1）竖直向上的力

封底砼浮力

F1＝43.2t

钢围堰水中部分浮力

F2＝8.7t

封底砼达到强度，与护筒存在握裹力，每个护筒握裹力大小为F4t

F4max＝3.14×2.4×0.644×10＝48.5t

2）竖直向下的力

钢围堰底篮、侧板、封底砼重力

G＝194.5t

风力

Ps＝3.8t

由竖直向上力＝竖直向下力有

F1＋F2＋4F4＝G＋Ps

43.2＋8.7＋4F4＝194.5＋3.8

F4＝36.6t＜F4max＝48.5t符合要求

5第三种工况计算

5.1反压法兰盘计算

1）竖直向上的力

钢围堰及封底砼浮力

F5＝9.6×9.6×8＝737t

2）竖直向下的力

钢围堰底篮、侧板、封底砼重力

G＝194.5t

每个护筒与封底砼握裹力达到最大，大小为

F4max＝3.14×2.4×0.644×10＝48.5t

反压法兰盘开始承力，每个法兰盘受力F6t

风力

Ps＝3.8t

由竖直向上力＝竖直向下力有

F5＝G＋4F4max＋4F6＋Ps

737＝194.5＋4×48.5＋4F6＋3.8

F6＝86.2t＜40×5＝200t符合要求（反压法兰盘牛腿剪力键抗剪能力为40t／根）

法兰盘下封底砼局部承压

σ＝86.2×104／1.63＝0.5MPa＜14.5MPa符合要求（C25砼）

τ＝86.2×104／5.7＝0.2MPa＜25×0.5＝12.5MPa符合要求（C25砼）

5.2侧板系计算

最大静水侧压力

P1＝γh＝1×7.0＝70KPa

动水压力

根据《桥涵·公路施工手册（上）》P172

P=KV2γ/（2g）＝18.0×12×10／（2×9.8）＝9.2KPa

式中：

V-水流速度（1m/s）

g-重力加速度（9.8m/s2）

γ-水的容重（10KN/m3）

K-系数，（此处取18）

动水压力沿钢围堰迎水面外壁呈矩形分布，水的静压、动压叠加如图

（一）所示

5.2.1δ8mm钢板计算

横背间距50cm，单向板

计算跨径l＝50cm

板宽取1m

q1＝（70＋9.2）×1＝79.2KN／m

W＝bh2／6＝100×0.82／6＝10.7cm3

I＝bh3／12＝100×0.83／12＝4.3cm4

查《路桥施工计算手册》表8-13

Mmax＝q1l2／10＝79.2×0.52／10＝2.0KN·m

（图一）

σmax＝Mmax/W＝2.0/10.7＝187MPa＜215MPa符合要求

fmax＝q1l4／（128EI）＝79.2×103×0.44／（128×2.1×1011×1.8×10-8）

＝4.2mm＜50mm符合要求（模板一侧加宽5cm）

5.2.2内侧横背计算

［10槽钢，W＝39.4cm3，I＝198.3cm4，50cm间距，外接间距为50cm竖向桁架

［10槽钢横背偏安全按简支梁计算

承受均布力

q2＝79.2×0.5＝39.6KN／m

查《路桥计算设计手册》P741附表2－3

Mmax＝q2l2/8＝1.24KN·m

σmax＝Mmax／W＝31MPa＜215MPa符合要求

fmax＝5q2l4／（384EI）＝5×37.1×103×0.54／（384×2.1×1011×198.3×10-8）

＝0.07mm＜50mm符合要求（模板一侧加宽5cm）

5.2.3桁架横杆计算

［10槽钢，A=12.74cm2

桁架横杆承受轴力

N＝39.6×0.5＝19.8KN

σ＝N／A

＝19.8×103／（12.74×10－4）

＝16MPa＜215MPa符合要求

轴向压缩量

△L＝N／（EA）

＝29.5×103／（2.1×1011×12.74×10－4）

＝0.1mm

＜50mm符合要求（模板一侧加宽5cm）

5.2.4桁架斜杆计算

［10槽钢，A=12.74cm2

桁架斜杆通过受力分析知承受轴力

N＝39.6×0.5＝19.2KN

＜19.8KN符合要求（由5.2.3知）

5.2.5桁架弦杆计算

［10槽钢，A=12.74cm2

桁架弦杆通过受力分析知承受轴力

N＝9.9KN

＜19.8KN符合要求（由5.2.3知）

5.2.5底层加劲肋计算

2I25a工字钢，W＝802.8cm3，I＝10034cm4，外伸梁，a＝1.25m，l＝3.5m

承受均布力

q＝79.1×2.2＝174.0KN／m

查《路桥计算设计手册》P760附表2－7

（1）悬臂端

M1max＝qa2/2＝137.6KN·m

σ1max＝M1max／W=171.4MPa＜215MPa符合要求

f1max＝qal3（6a2/l2＋3a3/l3－1）／（24EI）＝1.5mm

＜50mm符合要求（模板一侧加宽5cm）

（2）跨中

M2max＝130.7KN·m

σ2max＝M2max／W=163MPa＜215MPa符合要求

f2max＝ql4（5-24a2/l2）／（384EI）＝6.3mm

＜50mm符合要求（模板一侧加宽5cm）

5.3底层内撑计算

I25a工字钢，W＝401.4cm3，I＝5017cm4,A＝48.51cm2

承受轴向压力

N＝174.0×3＝522KN

σ＝N／A＝522×103／（48.51×10－4）＝108MPa＜215MPa符合要求

轴向压缩量

△L＝N／（EA）＝522×103／（2.1×1011×48.51×10－4）＝0.15mm

＜100mm符合要求（模板一侧加宽5cm）

6第四种工况计算

6.1侧板系

砼侧压力计算

承台砼采用一次浇筑成型，混凝土比重γ=24kN/m3，，浇筑速度V＝0.7m/h，外加剂系数β1＝1.2，坍落度修正系数β2＝1.0，浇筑气温取15℃，初凝时间t0＝6.7h。

（1）新浇砼侧压力标准值（恒载）：

F=0.22γt0β1β2V1/2

=0.22×24×6.7×1.2×1.0×0.71/2＝35.5KPa

F=γH=24×4=96KPa

取F较小值，则F=35.5KPa

（2）倾倒砼时产生的荷载标准值（活载）：

倾倒砼时的载荷标准值

查《建筑工程模板施工手册》表5-3-2得6KPa

（3）侧压力合计设计值

F=35.5×1.2+6=48.6KPa

迎水面侧板系受力分布如图

（二）

由于

砼侧压力＝48.6KPa＜静水压力＝70KPa

砼侧压力＝48.6KPa＜动水压力＋静水压力＝9.2＋70＝79.2KPa

砼顶面标高低于水面标高

故

砼浇注过程，减轻了对侧板系的压力，不为最不利工况，不予检算

（图二）

6.2竖向计算

1）竖直向上的力

钢围堰及砼浮力

F5＝9.6×9.6×8.0＝737t

封底砼与护筒握裹力达到最大

F4max＝48.5t

20根25mmⅡ级钢筋，每根受力F7t

2）竖直向下的力

钢围堰、封底砼重力

G＝194.5t

承台重力

G’＝9.6×9.6×4×2.6＝958.5t

风力

Ps＝3.8t

由竖直向上力＝竖直向下力有

F5＋4F4max＋20F7＝G＋G’＋Ps

737＋4×48.5＋20F7＝194.5＋958.5＋3.8

F7＝11.3t＜16.7t符合要求（1根25mmⅡ级钢筋抗拉能力为16.7t）

7拼装平台计算

7.1承重梁计算

2I25a工字钢，W＝802.8cm3，I＝10034cm4,A＝97.02cm2

取护筒间的一根承重梁护筒间简支段

跨中承受单点集中力

p＝（10.3＋30.1＋10.3／3）／5／4＝2.2t

Mmax＝pl/4＝2.2×6/4＝33KN·m

σmax＝Mmax／W＝41.1MPa＜215MPa符合要求

fmax＝pl3／（48EI）＝4.7mm允许

（3）牛腿剪力键

每根牛腿剪力键受力

P＝（30.1＋10.3＋10.3／3）／8／2＝2.7t

σ＝P/A＝2.7×104／（0.2×0.02）

＝6.8MPa＜215MPa符合要求

τ＝P/A’＝2.7×104／（0.4×0.02）

＝3.4MPa＜215×0.58＝125MPa符合要求