承臺鋼套箱設(shè)計計算書.doc

水中承臺施工方案經(jīng)調(diào)查分析，橋位處施工水位擬定是為5.0m。圍堰的頂標(biāo)高為施工水位+0.5安全高度+0.2m波浪高約5.7m.如下圖所示：2.5m面板厚=6mm橫向肋為： 10 500豎向肋為：I 14a 500面板四周設(shè)14014010角鋼與相鄰面板連接，連接螺栓開孔22mm，孔距150mm單排，螺栓M 20*65mm鋼套箱擬設(shè)三層圍令，上層圍令設(shè)置標(biāo)高4.5m處為內(nèi)圍令；中層圍令設(shè)置標(biāo)高2.5m處為外圍令，下層圍令設(shè)置標(biāo)高0.7m處為外圍令。兩層外圍令旨在方便承臺的施工。盡量縮短承臺工期，且兩道外圍令均在河床面上，日后由潛水工切割，將其回收。一、設(shè)計依據(jù)1、儀揚(yáng)河大橋施工圖設(shè)計；2、實(shí)測河床斷面圖；3、歷年的水文資料；4、各種橋涵設(shè)計、施工規(guī)范和設(shè)計計算手冊；二、方案可行性研究及其對策1、筑島圍堰：根據(jù)施工圖設(shè)計，主墩承臺頂面在河床面以上，墩位處水深5.0m左右。如采用土圍堰（包括草袋土圍堰或木樁土圍堰），則圍堰較高，必須將圍堰做得很大。這樣壓縮航道不但對航運(yùn)產(chǎn)生不利影響，且工程量很大，費(fèi)工費(fèi)時，土壤又缺乏，無論是從工期還是造價上均不夠合理，同時在施工過程中還存在巨大風(fēng)險，故此方案不能采納。2、鋼套箱圍堰：利用鋼管樁腳手平臺拼裝，下沉鋼套箱比較方便，而且鋼套箱僅需下沉2.5m左右是完全可能的。在本橋的地質(zhì)條件下，下沉2.5m最好采用單壁鋼套箱，由于本身自重雖較小，但下沉較淺，這完全是可能的。且單壁鋼圍堰待承臺澆筑后又能回收利用，經(jīng)濟(jì)上及工期上均是合理的。綜上，最后研究決定，采用單壁鋼圍堰施工承臺。三、套箱圍堰平面尺寸及標(biāo)高的確定1、套箱圍堰的標(biāo)高擬定頂標(biāo)高：根據(jù)歷年水文資料及一般以十年一遇的水位作為施工水位，故將施工水位定為5.0m，因流速不大，只考慮0.7m安全高度，所以套箱圍堰頂標(biāo)高為5.7m；底標(biāo)高：承臺底標(biāo)高為0.0m，封底混凝土厚度擬定為1.2m，圍堰吸泥下沉后用蛇皮袋裝粘土鋪平的處理高度約為0.3m，再考慮套箱的底腳切入河床表面0.8m，則底腳標(biāo)高應(yīng)為-2.3m。套箱圍堰總高度為h=5.7（-2.3）=8.0m2、套箱圍堰平面尺寸的擬定套箱圍堰下沉至設(shè)計標(biāo)高后封底抽水，變水中施工為陸上施工，同時套箱又兼作澆筑承臺的外模。為了保證承臺軸線的精確，故在承臺外緣放出5cm，作為鋼套箱在下沉?xí)r的偏差余量，所以在設(shè)計鋼套箱圍堰時，平面凈尺寸為：凈（16.5+20.05）（7.7+20.05）=16.607.8m。套箱圍堰總高8.0m，擬分為上下兩層。底層高3m，上層高5m。四、承臺施工流程圖：基樁澆筑完成拆除施工平臺面層、貝雷梁拼裝單壁鋼套箱測量控制轉(zhuǎn)至另半幅施工平臺使用鋼套箱加工或改造鋼套箱吸泥下沉測量跟蹤補(bǔ)水、保持水頭平衡鋼套箱沉至設(shè)計標(biāo)高潛水工清底整理、清壁澆筑封底混凝土砼等強(qiáng)后井內(nèi)抽水承臺放樣破樁頭檢測、綁鋼筋澆筑承臺綁鋼筋、澆筑墩身拆除鋼圍堰準(zhǔn)備潛水作業(yè)設(shè)備制定澆筑方案及設(shè)施報監(jiān)理驗(yàn)收承臺鋼筋加工墩身鋼筋加工轉(zhuǎn)至另半幅施工承臺使用報監(jiān)理驗(yàn)收拆除下層、上層鋼圍令下達(dá)糾偏指令檢查安全整修檢查鋼圍令支撐情況五、鋼套箱設(shè)計計算1、面板設(shè)計計算1）重量分塊計算按現(xiàn)在的25T吊機(jī)和8m左右的吊距，宜將板塊重量控制在5.0T以內(nèi)。鋼圍堰平面尺寸如下圖所示：鋼套箱總高度8.0m，上層套箱高度5.0m.塊件估重：按保守估計，每平方最多不超過180Kg，G=4.155.00.18T/m23.74T5.0T。2）面板的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算鋼套箱面板在拼裝過程中及吸泥下沉過程，只需控制好內(nèi)外水頭，使之相等，面板的受力很小，在上述工況下可以不作驗(yàn)算，只是在封底抽水后，內(nèi)外形成壓力差，在此工況下，對面板需進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的驗(yàn)算。（1）套箱面板強(qiáng)度驗(yàn)算：套箱的縱橫向加勁肋間距均為50cm，面板厚度8mm，最大水深h5.0m，面板上水側(cè)壓力只有在封底抽水后形成，其最大水頭差h5.00.74.3m。視面板為四周固結(jié)：P=rh=1.0*4.3=43Kpa將面板壓力簡化為階梯荷載時：P= r(h0.5/2)40.5Kpa面板L1=L2=50cmL1/L2=12應(yīng)按雙向板計算利用建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊表4-4當(dāng)=0時，（為泊桑比）0.0176ql20.01764.050.520.0178tm0.0513ql20.05134.050.520.0519tm 1.317802314W=bh2500.623cm2maxM1/W23143771/cm2maxM2/W519031730/cm21.31885/cm2注：臨時結(jié)構(gòu)取1.3的容許應(yīng)力增大系數(shù)（2）下層套箱面板強(qiáng)度驗(yàn)算下層套箱3.0m高，在封底抽水后，除了頂部0.7m高，受到水側(cè)壓力外，下面的2.3m則埋入地下或是在封底混凝土的高度范圍內(nèi)不受力。如圖所示：最大水頭差：h=5.00.24.8m，將面板上壓力簡化為階梯荷載時：Pr（h）4.58t/面板L150cm；L145cm；L1/L20.9查表可得：0.0221qL220.0205tm0.0165qL220.0153tm-0.0588qL220.0545tm0.02051.30.01530.0404tmmaxM/W4040/31347/cm21.31885/cm2maxM0/W5450/31816/cm21.31885/cm2（3）面板的剛度驗(yàn)算查表4-4：f0.0127式中：0.0415106f0.01270.77cmf0.83cm綜上計算，面板采用6mm是安全的，經(jīng)濟(jì)的。3、 豎向龍骨的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算1） 受力分析鋼圍堰在制造、安裝、下沉的過程中，豎向龍骨除了受圍堰本身自重荷載外，基本不受力，只是在封底后，抽水的工況下，外面的水頭差形成的壓力，通過面板和橫向肋傳給豎向龍骨。豎向龍骨作為簡支梁一頭由封底混凝土撐著，另一頭由圍堰內(nèi)的鋼圍令支撐著。為簡化計算作如下假定：（1） 、面板的水壓，只傳給橫向肋；（2） 、橫向肋作為集中荷載作用在豎向龍骨上；（3） 、面板不參與豎向龍骨的共同作用。2） 內(nèi)力計算（1） 橫向肋的支點(diǎn)反力：0.5mPiR橫1/2ql=0.25q式中q與該橫向肋處的水頭壓力0.5（2） 豎向龍骨內(nèi)力計算P1=20.250.50.150.0625TP220.250.50.750.1875TP320.250.51.250.3125TP420.250.51.750.4375TP520.250.52.250.5625TP620.250.52.750.6875TP720.250.53.250.8125TP820.250.53.750.9375T0.584TP920.250.54.251.0625TR(0.18750.30.31250.80.43751.30.56251.80.68752.30.81252.80.93753.30.06250.2)2.322TR上P18R4.02.3221.678TRRP93.3845TM6R1.50.93751.00.81250.52.139tmM7R1.00.81250.51.825tm由此可得：MmaxM62.139tmQmaxR3.385t3）豎向龍骨強(qiáng)度驗(yàn)算擬采用14a為豎向龍骨W80.532.13910580.52657/cm21.31885/cm2，不安全，需選更強(qiáng)大的截面作為龍骨擬選用I14為豎向龍骨，W101.73；I7124；A21.52，2.139105101.72103/cm21.31885/cm2現(xiàn)假定部分面板參與龍骨共同受力，考慮到剪力滯的影響，只假定15寬的面板與豎向龍骨共同作用。截面重心求算：x5.44e15.440.35.14；e27.65.442.16；組合截面慣性距I95.142+712+21.52.16210504Y14.65.449.16Y9.161866/cm21.31885/cm2504.8/cm21.31.38501105/cm2通過上述驗(yàn)算，鋼套箱面板采用6mm；橫肋：1050；豎向肋I1450；四邊聯(lián)結(jié)140140102、 鋼圍令設(shè)計計算1） 鋼圍令的布設(shè)（1） 平面布設(shè)（頂層）如下右圖所示（2） 立面布設(shè)如N0.7頁中圖所示（3） 鋼圍令受力分析從鋼圍令立面布設(shè)圖中，可以看出底層鋼圍令在封底混凝土頂面標(biāo)高0.0m以上70cm。抽水澆筑承臺時，底層套箱面板上水的側(cè)壓力基本上由封底混凝土承受，底層鋼圍令受力很小，可忽略不計，它的作用是使底層套箱具有一定的剛度，在套箱下沉的過程中，保持底層套箱形狀而已。抽水后，唯有中層和頂層鋼圍令受力，現(xiàn)作如下分析計算。（1） 圍令所受荷載計算q下rh4.3tm q中rh2.5tmq上rh0.5tmR中L1.82.79tmR中1.823tmR中R中R中2.791.8234.613tmR上(q中L)/2(L/3)21.3tm（2） 圍令內(nèi)力計算2I40a中層圍令內(nèi)力計算q=4.613 tml=16.6+0.142+0.4+20.006=17.27217.3mMmax=4.61317.32/8=172.6 tm由于外圍令的跨度大，算出的Mmax很大，致使2I40a遠(yuǎn)不能承受此彎矩，故在套箱內(nèi)加一撐桿，將該圍令的長邊一分為二（即跨度縮小一半），計算簡圖如下。 因其結(jié)構(gòu)對稱，荷載對稱，所以變形也對稱。可以將兩跨連續(xù)梁轉(zhuǎn)化為單跨梁計算。查表得：RB=24.94TRB=2 RB=224.94=49.87TMmax=4.6138.652=24.27 tmMB=-ql2=-4.6138.652=-43.14 tm以MB=-43.14 tm作為中層圍令的強(qiáng)度檢算。以RB=49.87T50T作為荷載進(jìn)行撐桿設(shè)計。上層圍令的內(nèi)力計算： I32a W=692.5cm3該圍令桿件較多，計算較復(fù)雜?，F(xiàn)假定斜撐失效，只是拉桿，不能受壓。則圍令的長邊即為一個四跨連續(xù)梁。截面相同，但跨度不同，可利用計算手冊中表3-5公式計算K1=2（l1+l2）=2(3.64+4.5)=16.28K2=2（l2+l3）=2(4.5+4.5)=18K3=2（l3+l4）=2(4.5+3.64)=16.28K4= K1K2- l22=16.2818-4.52=272.8K5= K2K3- l32=1816.28-4.52=272.8K6= K3K4- K1l32=16.28272.8-16.284.52=4111.5a1=K5/K6=272.8/4111.5=0.0664a2=K3l2/K6=16.284.5/4111.5=0.0178a3=l2l3/K6=4.54.5/4111.5=0.00493a4=K3K1/K6=16.2816.28/4111.5=0.0645a5=l3K1/K6=4.516.28/4111.5=0.0178a6=K4/K6=272.8/4111.5=0.0664由表1-9的公式求得：=1.33.643/24=2.612，；將上述各值代入表3-5的公式，得：N1=6(+)=6(2.612+4.936)=45.288N2=6(+)=6(4.963+4.936)=59.232N3=6(+)=6(4.963+2.162)=545.288所以，M1=-a1N1+a2N2-a3N3=-0.066445.288+0.017859.232-0.0049345.288=-2.176 tm M2=a2N1-a4N2+a5N3=0.017845.288-0.065459.232+0.017845.288=-2.208 tmM3=-a3N1+a5N2-a6N3=-0.0049345.288+0.017859.232-0.066445.288=-2.18 tm理論上M2應(yīng)等于M3，現(xiàn)計算出M2=-2.208 tm和M3=-2.18 tm略有出入，可被視為是小數(shù)取位及多次方程的計算誤差，現(xiàn)取大值Mmin=M2=-2.208 tmMmax=ql2-M2=1.34.52-2.208=1.082 tm圍令的短邊為一簡支梁Mmax=ql2=1.37.482=9.09 tm綜上計算，長短邊上最不利截面應(yīng)在短邊上，Mmax=.09 tm（3） 鋼圍令強(qiáng)度驗(yàn)算圍令強(qiáng)度驗(yàn)算選用2I40a，W=21085 cm3kg/cm21885 kg/cm2雖然鋼圍令撐梁處的外緣應(yīng)力已超過1.3 = 1885 kg/cm2但只超出5%左右。況且，在抽水時，鋼圍令對撐梁的壓緊面產(chǎn)生微笑變形使撐梁處的負(fù)彎矩值減小；再則，撐梁處是一個面而不是理論上的點(diǎn)，對鋼圍令的負(fù)彎矩也有削峰作用。故認(rèn)為2I40a是安全的。撐梁擬選用=8mm 500的鋼管樁 撐梁為一壓桿，現(xiàn)計算其壓桿失穩(wěn)時臨界力：從右側(cè)的計算簡圖，可在相關(guān)資料中差得壓桿的臨界力Pkp為：=22.110641195/7802=1.403106kg=1403T實(shí)際壓力RB=50TK=1403/50=28.14撐梁的壓桿穩(wěn)定系數(shù)遠(yuǎn)大于4.是安全的。施工時應(yīng)注意：a) 撐梁應(yīng)設(shè)置在中層鋼圍令的中點(diǎn)，且在同一水平面內(nèi)；b) 撐梁與圍令處的套箱面板是密貼的面接觸，且不能在面板上移動。可采用的辦法很多，但要考慮圍令套箱的方便拆除不受影響；c) 撐梁是空心的500鋼管樁。故澆筑承臺時，當(dāng)澆的各面塊接近管頂時，將管局部割開填實(shí)砼。上層圍令強(qiáng)度驗(yàn)算選用I32a W=692.5cm3kg/cm21.3 =