《承台钢套箱设计计算书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《承台钢套箱设计计算书.doc（17页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、水中承台施工方案经调查分析，桥位处施工水位拟定是为5.0m。围堰的顶标高为施工水位+0.5安全高度+0.2m波浪高约5.7m.如下图所示：2.5m面板厚=6mm横向肋为： 10 500竖向肋为：I 14a 500面板四周设14014010角钢与相邻面板连接，连接螺栓开孔22mm，孔距150mm单排，螺栓M 20*65mm钢套箱拟设三层围令，上层围令设置标高4.5m处为内围令；中层围令设置标高2.5m处为外围令，下层围令设置标高0.7m处为外围令。两层外围令旨在方便承台的施工。尽量缩短承台工期，且两道外围令均在河床面上，日后由潜水工切割，将其回收。一、设计依据1、仪扬河大桥施工图设计；2、实测河
2、床断面图；3、历年的水文资料；4、各种桥涵设计、施工规范和设计计算手册；二、方案可行性研究及其对策1、筑岛围堰：根据施工图设计，主墩承台顶面在河床面以上，墩位处水深5.0m左右。如采用土围堰（包括草袋土围堰或木桩土围堰），则围堰较高，必须将围堰做得很大。这样压缩航道不但对航运产生不利影响，且工程量很大，费工费时，土壤又缺乏，无论是从工期还是造价上均不够合理，同时在施工过程中还存在巨大风险，故此方案不能采纳。2、钢套箱围堰：利用钢管桩脚手平台拼装，下沉钢套箱比较方便，而且钢套箱仅需下沉2.5m左右是完全可能的。在本桥的地质条件下，下沉2.5m最好采用单壁钢套箱，由于本身自重虽较小，但下沉较浅，这
3、完全是可能的。且单壁钢围堰待承台浇筑后又能回收利用，经济上及工期上均是合理的。综上，最后研究决定，采用单壁钢围堰施工承台。三、套箱围堰平面尺寸及标高的确定1、套箱围堰的标高拟定顶标高：根据历年水文资料及一般以十年一遇的水位作为施工水位，故将施工水位定为5.0m，因流速不大，只考虑0.7m安全高度，所以套箱围堰顶标高为5.7m；底标高：承台底标高为0.0m，封底混凝土厚度拟定为1.2m，围堰吸泥下沉后用蛇皮袋装粘土铺平的处理高度约为0.3m，再考虑套箱的底脚切入河床表面0.8m，则底脚标高应为-2.3m。套箱围堰总高度为h=5.7（-2.3）=8.0m2、套箱围堰平面尺寸的拟定套箱围堰下沉至设计
4、标高后封底抽水，变水中施工为陆上施工，同时套箱又兼作浇筑承台的外模。为了保证承台轴线的精确，故在承台外缘放出5cm，作为钢套箱在下沉时的偏差余量，所以在设计钢套箱围堰时，平面净尺寸为：净（16.5+20.05）（7.7+20.05）=16.607.8m。套箱围堰总高8.0m，拟分为上下两层。底层高3m，上层高5m。四、承台施工流程图：基桩浇筑完成拆除施工平台面层、贝雷梁拼装单壁钢套箱测量控制转至另半幅施工平台使用钢套箱加工或改造钢套箱吸泥下沉测量跟踪补水、保持水头平衡钢套箱沉至设计标高潜水工清底整理、清壁浇筑封底混凝土砼等强后井内抽水承台放样破桩头检测、绑钢筋浇筑承台绑钢筋、浇筑墩身拆除钢围堰
5、准备潜水作业设备制定浇筑方案及设施报监理验收承台钢筋加工墩身钢筋加工转至另半幅施工承台使用报监理验收拆除下层、上层钢围令下达纠偏指令检查安全整修检查钢围令支撑情况五、钢套箱设计计算1、面板设计计算1）重量分块计算按现在的25T吊机和8m左右的吊距，宜将板块重量控制在5.0T以内。钢围堰平面尺寸如下图所示：钢套箱总高度8.0m，上层套箱高度5.0m.块件估重：按保守估计，每平方最多不超过180Kg，G=4.155.00.18T/m23.74T5.0T。2）面板的强度和刚度验算钢套箱面板在拼装过程中及吸泥下沉过程，只需控制好内外水头，使之相等，面板的受力很小，在上述工况下可以不作验算，只是在封底抽
6、水后，内外形成压力差，在此工况下，对面板需进行强度和刚度的验算。（1）套箱面板强度验算：套箱的纵横向加劲肋间距均为50cm，面板厚度8mm，最大水深h5.0m，面板上水侧压力只有在封底抽水后形成，其最大水头差h5.00.74.3m。视面板为四周固结：P=rh=1.0*4.3=43Kpa将面板压力简化为阶梯荷载时：P= r(h0.5/2)40.5Kpa面板L1=L2=50cmL1/L2=12应按双向板计算利用建筑结构静力计算手册表4-4当=0时，（为泊桑比）0.0176ql20.01764.050.520.0178tm0.0513ql20.05134.050.520.0519tm 1.31780
7、2314W=bh2500.623cm2maxM1/W23143771/cm2maxM2/W519031730/cm21.31885/cm2注：临时结构取1.3的容许应力增大系数（2）下层套箱面板强度验算下层套箱3.0m高，在封底抽水后，除了顶部0.7m高，受到水侧压力外，下面的2.3m则埋入地下或是在封底混凝土的高度范围内不受力。如图所示：最大水头差：h=5.00.24.8m，将面板上压力简化为阶梯荷载时：Pr（h）4.58t/面板L150cm；L145cm；L1/L20.9查表可得：0.0221qL220.0205tm0.0165qL220.0153tm-0.0588qL220.0545tm
8、0.02051.30.01530.0404tmmaxM/W4040/31347/cm21.31885/cm2maxM0/W5450/31816/cm21.31885/cm2（3）面板的刚度验算查表4-4：f0.0127式中：0.0415106f0.01270.77cmf0.83cm综上计算，面板采用6mm是安全的，经济的。3、 竖向龙骨的强度和刚度验算1） 受力分析钢围堰在制造、安装、下沉的过程中，竖向龙骨除了受围堰本身自重荷载外，基本不受力，只是在封底后，抽水的工况下，外面的水头差形成的压力，通过面板和横向肋传给竖向龙骨。竖向龙骨作为简支梁一头由封底混凝土撑着，另一头由围堰内的钢围令支撑着。
9、为简化计算作如下假定：（1） 、面板的水压，只传给横向肋；（2） 、横向肋作为集中荷载作用在竖向龙骨上；（3） 、面板不参与竖向龙骨的共同作用。2） 内力计算（1） 横向肋的支点反力：0.5mPiR横1/2ql=0.25q式中q与该横向肋处的水头压力0.5（2） 竖向龙骨内力计算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.
10、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）竖向龙骨强度验算拟采用14a为竖向龙骨W80.532.13910580.52657/cm21.31885/cm2，不安全，需选更强大的截
11、面作为龙骨拟选用I14为竖向龙骨，W101.73；I7124；A21.52，2.139105101.72103/cm21.31885/cm2现假定部分面板参与龙骨共同受力，考虑到剪力滞的影响，只假定15宽的面板与竖向龙骨共同作用。截面重心求算：x5.44e15.440.35.14；e27.65.442.16；组合截面惯性距I95.142+712+21.52.16210504Y14.65.449.16Y9.161866/cm21.31885/cm2504.8/cm21.31.38501105/cm2通过上述验算，钢套箱面板采用6mm；横肋：1050；竖向肋I1450；四边联结140140102、
12、 钢围令设计计算1） 钢围令的布设（1） 平面布设（顶层）如下右图所示（2） 立面布设如N0.7页中图所示（3） 钢围令受力分析从钢围令立面布设图中，可以看出底层钢围令在封底混凝土顶面标高0.0m以上70cm。抽水浇筑承台时，底层套箱面板上水的侧压力基本上由封底混凝土承受，底层钢围令受力很小，可忽略不计，它的作用是使底层套箱具有一定的刚度，在套箱下沉的过程中，保持底层套箱形状而已。抽水后，唯有中层和顶层钢围令受力，现作如下分析计算。（1） 围令所受荷载计算q下rh4.3tm q中rh2.5tmq上rh0.5tmR中L1.82.79tmR中1.823tmR中R中R中2.791.8234.613t
13、mR上(q中L)/2(L/3)21.3tm（2） 围令内力计算2I40a中层围令内力计算q=4.613 tml=16.6+0.142+0.4+20.006=17.27217.3mMmax=4.61317.32/8=172.6 tm由于外围令的跨度大，算出的Mmax很大，致使2I40a远不能承受此弯矩，故在套箱内加一撑杆，将该围令的长边一分为二（即跨度缩小一半），计算简图如下。 因其结构对称，荷载对称，所以变形也对称。可以将两跨连续梁转化为单跨梁计算。查表得：RB=24.94TRB=2 RB=224.94=49.87TMmax=4.6138.652=24.27 tmMB=-ql2=-4.6138
14、.652=-43.14 tm以MB=-43.14 tm作为中层围令的强度检算。以RB=49.87T50T作为荷载进行撑杆设计。上层围令的内力计算： I32a W=692.5cm3该围令杆件较多，计算较复杂。现假定斜撑失效，只是拉杆，不能受压。则围令的长边即为一个四跨连续梁。截面相同，但跨度不同，可利用计算手册中表3-5公式计算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
15、-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，；将上述各值代入表3-5的公式，得：N1=6(+)=6
16、(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理论上M2应等于M3，现计算
17、出M2=-2.208 tm和M3=-2.18 tm略有出入，可被视为是小数取位及多次方程的计算误差，现取大值Mmin=M2=-2.208 tmMmax=ql2-M2=1.34.52-2.208=1.082 tm围令的短边为一简支梁Mmax=ql2=1.37.482=9.09 tm综上计算，长短边上最不利截面应在短边上，Mmax=.09 tm（3） 钢围令强度验算围令强度验算选用2I40a，W=21085 cm3kg/cm21885 kg/cm2虽然钢围令撑梁处的外缘应力已超过1.3 = 1885 kg/cm2但只超出5%左右。况且，在抽水时，钢围令对撑梁的压紧面产生微笑变形使撑梁处的负弯矩值减
18、小；再则，撑梁处是一个面而不是理论上的点，对钢围令的负弯矩也有削峰作用。故认为2I40a是安全的。撑梁拟选用=8mm 500的钢管桩 撑梁为一压杆，现计算其压杆失稳时临界力：从右侧的计算简图，可在相关资料中差得压杆的临界力Pkp为：=22.110641195/7802=1.403106kg=1403T实际压力RB=50TK=1403/50=28.14撑梁的压杆稳定系数远大于4.是安全的。施工时应注意：a) 撑梁应设置在中层钢围令的中点，且在同一水平面内；b) 撑梁与围令处的套箱面板是密贴的面接触，且不能在面板上移动。可采用的办法很多，但要考虑围令套箱的方便拆除不受影响；c) 撑梁是空心的500
19、钢管桩。故浇筑承台时，当浇的各面块接近管顶时，将管局部割开填实砼。上层围令强度验算选用I32a W=692.5cm3kg/cm21.3 = 1885 kg/cm2直撑梁选用I32a Jy=459.0cm4=22.1106459/7482=17003kg=17T实际压力估算为6TK=17/6=2.834压杆稳定系数小于4不安全，故改选2I25a，Jy=280cm4组合截面Jy=所以，Pkp=K=142/6=23.74采用双拼I25a是安全可靠的。六、施工注意事项1 根据河床实测资料表明，实际河床比施工图中提高了许多，特别是南岸。单壁钢套箱欲下沉到设计标高需下沉6m多，是特别困难的，故应先用长臂挖
20、掘机将套箱下沉的河床周围挖至标高0.00左右；2 桥址处河床表土松软，故套箱切入封底砼以下一定深度是施工安全的保障，切不可因工期紧或其它原因减少切入深度，掉以轻心；3 深水基础施工难度大，技术含量高，工序多，安全风险也大。具体施工前，各主要工序和各工种都应制定安全防范技术措施亦认真进行技术和安全双交底；4 钢结构加工制造或改装，要求高，应严格按照有关“施工规范”和“技术标准”进行；5 钢围堰在吸泥下沉过程中，应在钢护筒上装有导向装置，并随时跟踪测量注意纠偏；6 应认真做好封底前的基底整理和清壁工作，确保封底混凝土一次成功；7 钢围令是钢套箱稳固的保障，应按照设计图的要求施工，注意检查焊缝质量，确保结构安全；8 封底混凝土达到强度，井内抽水后，应集中力量破桩头、检测、扎承台钢筋、浇筑承台，以最短的时间，最快的速度渡过围堰最关键的时期。
