钢板桩受力分析及围堰验算定1解析.docx
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钢板桩受力分析及围堰验算定1解析
和尚塘大桥主墩钢板桩围堰计算书
一、基坑在开挖完成后,砼垫层浇筑前钢板桩验算
钢板桩被主动压力强度相等处与锚Ah4=0.9m
固点(E点)位置相近,则:
Bh3=2.1m
y=γHKa/γ(KKp-Ka)Ch2=3.5m
γ:
粘性土容重,γ=18KN/m3;基坑底Dh1=1.5my
H:
主动土压高度,H=h1+h2+h3+h4=8mE
Kp:
被动土压力系数,为1.761,Ox
Kp=tg-2(45。
+φ/2),内摩擦角φ=16。
。
图1
Ka:
主动土压力系数,为0.568,Ka=tg2(45。
-φ/2),内摩擦角φ=16。
。
K:
被动土压力修正系数,K=1.4;
y=2.4m
1、钢板桩弯矩验算
把CE段看作简支梁来计算,偏于安全,受力土如下:
qcqd
C1.5m2.4mE
图2
钢板桩上C点的主动土压力强度为:
PC=γHKa
γ:
粘性土容重,γ=18KN/m3;
H:
主动土压高度,H=h2+h3+h4=6.5m
Ka:
土的压力系数,为0.568,Ka=tg2(45。
-φ/2),内摩擦角
φ=16。
。
则:
PC=66.5KN/m2;
分布在1延米(2.5块)钢板桩上的压力为:
qC=1*PC=66.5KN/m;
同理:
qD=81.8KN/m;
为方便计算,将CE段分解成如下受力情况:
qCqD-qCqD
C1EC2EC3E
图3
Mmax1=qCa2(2l-a)2/8l2=66.5×1.52×(2×3.9-1.5)2/8×3.92
=48.8KN.m
Mmax2=(qC-qD)a2(3-2a/l-1)/6
=15.3×1.52×(2-2×1.5/2.9)/6=5.5KN.m
Mmax3=qDa2(3-2a/l-1)/6=81.8×2.42×(2-2×2.4/3.9)/6
=60.4KN.m
则在CE段钢板桩墙上的最大弯矩不大于:
MmaxCE=Mmax1+Mmax2+Mmax3
=114.7KN.m
拉森Ⅳ型钢板桩1米宽截面抵抗矩为2037cm3,则最大抗压强度为:
σ=MmaxCE/W=114.7KN.m/2037cm3
=56.3Mpa<[σ]=145Mpa安全
2、钢板桩入土深度计算
由图1可知E点为锚固点,即为弯矩零点,则E点的支撑力RE和墙前被动土压力对板桩底端的力矩相等,由此可求得x:
RE*x=γ(KKp-Ka)x3
由图3可求得RE:
RE=RE1+RE2+RE3
RE1=qCa2/2l=66.5×1.52/2×3.9=19.2KN
RE2=(qC-qD)a2/3l=15.3×1.52/(3×3.9)=2.9KN
RE2=qDb(3-2*b/l)/6=81.8×2.4×(3-2×2.4/3.9)/6=57.9KN
RE=19.2+2.9+57.9=80KN
x=6*RE/18*(KKp-Ka)=3.7m
则板桩的入土深度为:
T=1.1×(y+x)=6.7m
3、C点横梁(纵桥向19.5m)验算
C点处横梁承受相邻两跨(BC、CE)各半跨上的土压力:
qC=γ*Ka*HC*(HBC+HDE)/2
γ:
粘性土容重,γ=18KN/m3;
Ka:
主动土压力系数,为0.568,Ka=tg2(45。
-φ/2),内摩擦角
φ=16。
。
HC:
横梁距基坑顶的距离,为6.5m;
HBC:
BC间距,为3.5m;
HCE:
CE点间距,为偏于安全取5.31m;
则qC=292.7KN/m
C横梁上的支撑水平间距为3m,按三跨等跨连续梁计算偏于安全,则横梁上最大弯矩为:
Mmax=0.1×qC*l2=263.4KN.m
W=Mmax/[σ]
W:
横梁的截面抵抗矩;
[σ]:
A3钢的容许抗弯强度,为145Mpa;
则:
W=1816.6cm3
横梁选用I50c工字钢,W=2080cm3>1816.6cm3可以
4、C点支撑(横桥向16.5m)验算
支撑水平间距为3m,则每根支撑上的轴向压力为:
RC=qC*3=878.1KN
拟采用2[40c槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
支撑长度,取1600cm;
i:
支撑回转半径,i=14.71cm;
λ=108.7,由《结构设计规范》查得稳定系数为:
φ=0.474
支撑容许抗压强度为:
σ=N/φ*A
N:
支撑的轴向压力,N=RC=878.1KN;
A:
支撑的截面积,A=2A[40c=2×91.04=182.08cm2;
σ=101.7Mpa<[σ]=140Mpa可以
A点横梁、支撑受力与基坑完成后情况相同,验算见后;B点横梁、支撑受力小于C点支撑拆除后(基坑完成钢筋绑扎前)受力情况,以后一情况为准。
二、C点支撑拆除(基坑完成后钢筋绑扎前)钢板桩验算
1、钢板桩验算
混凝土垫层浇筑完成后,为方便钢筋绑扎施工,原地面Ah3=0.9m
C点横梁及支撑要拆除,拆除后板桩底部BD跨Bh2=2.1m
可用一端固定,一端铰支计算偏于安全。
h1=4.5m
受力土如下:
PDD砼垫层
qDqB
D4.5mB
图4
钢板桩上B点的主动土压力强度为:
PB=γHKa
γ:
粘性土容重,γ=18KN/m3;
H:
主动土压高度,H=h2+h3=3m
Ka:
主动土压力系数,为0.568,Ka=tg2(45。
-φ/2),内摩擦角
φ=16。
。
则:
PB=30.7KN/m2;
分布在1延米(2.5块)钢板桩上的压力为:
qB=1*PB=30.7KN/m;
同理:
qD=76.7KN/m;
图4受力情况又可分解如下:
qD-qBqB
D1BD2B
图5
情况1:
在x=3l/8处,板桩的弯矩最大
Mmax1=9(qD-qB)L2/128=109.2KN.m
情况2:
在x=0.447l处,板桩的弯矩最大
Mmax2=0.02989qBL2=27.8KN.m
BD段的钢板桩所受的最大弯矩小于:
Mmax1+Mmax2=137KN.m
拉森Ⅳ型钢板桩1米宽截面抵抗矩为2037cm3,则最大抗压强度为:
σ=MmaxCE/W=137KN.m/2037cm3
=67.3Mpa<[σ]=170Mpa安全
2、B点横梁(纵桥向19.5m)及支撑(横桥向16.5m)验算
⑴横梁验算
B点横梁承受一半AB与BD段的土压力强度:
qB=γ*Ka*HB*(h2+h1)/2
γ:
粘性土容重,γ=18KN/m3;
Ka:
土的压力系数,为0.568,Ka=tg2(45。
-φ/2),内摩擦角
φ=16。
。
HB:
横梁距基坑顶的距离,为:
h2+h3=3m;
H2:
AB点间距,为2.1m;
H1:
BD点间距,为4.5m;
则qB=101.2KN/m
B横梁上的支撑最大水平间距为5m,相邻跨间距为2.5m,按三跨不等跨计算偏于安全,则横梁上最大弯矩为:
Mmax=0.219×qB*2.52=138.5KN.m
W=Mmax/[σ]
W:
横梁的截面抵抗矩;
[σ]:
A3钢的容许抗弯强度,为170Mpa;
则:
W=814.8cm3
横梁选用I36a工字钢,W=875cm3>814.8cm3可以
⑵支撑验算
支撑最大水平间距为5m,相邻跨为2.5m,则每根支撑上的轴向压力为:
RB=qB*(5+2.5)/2=379.5KN
拟采用2[32b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
支撑长度,取1600cm;
i:
支撑回转半径,i=12.11cm;
λ=132.1,由《结构设计规范》查得稳定系数为:
φ=0.372
支撑容许抗压强度为:
σ=N/φ*A
N:
支撑的轴向压力,N=RB=379.5KN;
A:
支撑的截面积,A=2A[32b=2×54.9=109.8cm2;
σ=34.5Mpa<[σ]=140Mpa可以
3、A点横梁(纵桥向19.5m)及支撑(横桥向16.5m)验算
⑴横梁验算
A点横梁承受一半AB与全部h3段的土压力强度:
qA=γ*Ka*HA*h2/2+γ*Ka*HA*h3
γ:
粘性土容重,γ=18KN/m3;
Ka:
土的压力系数,为0.568,Ka=tg2(45。
-φ/2),内摩擦角
φ=16。
。
HA:
横梁距基坑顶的距离,为:
h3=0.9m;
h2:
AB点间距,为2.1m;
h3:
A点距基坑顶的距离,为0.9m;
则qA=17.9KN/m
A横梁上的支撑最大水平间距为5m,相邻跨间距为2.5m,按三跨不等跨连续梁计算偏于安全,则横梁上最大弯矩为:
Mmax=0.219×qA*2.52=24.5KN.m
W=Mmax/[σ]
W:
横梁的截面抵抗矩;
[σ]:
A3钢的容许抗弯强度,为170Mpa;
则:
W=144.1cm3
横梁选用I18工字钢,W=185.4cm3>144.1cm3可以
⑵支撑验算
支撑水平间距为2.5m+5m+2.5m,则支撑上的最大轴向压力为:
RA=qA*(5+2.5)/2=67.1KN
拟采用[32b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
支撑长度,取1650cm;
i:
支撑回转半径,i=12.11cm;
λ=132.2,由《结构设计规范》查得稳定系数为:
φ=0.372
支撑容许抗压强度为:
σ=N/φ*A
N:
支撑的轴向压力,N=RA=67.1KN;
A:
支撑的截面积,A=A[32b=54.9cm2;
σ=32.8Mpa<[σ]=145Mpa可以
三、横桥向(16.5m方向)横梁及角撑验算
1、A`点横梁(横桥向16.5m)及角撑验算22513002
⑴横梁验算19.5m330α=34.2。
由二中的3知A`点横梁承受的土压力强度:
330β=38.7。
q`A=qA=17.9KN/m图6
A`横梁上的角撑水平间距为3.3m,按简支梁计算偏于安全,则横梁上最大弯矩为:
Mmax=qA*l2/8=24.4KN.m
W=Mmax/[σ]
W:
横梁的截面抵抗矩;
[σ]:
A3钢的容许抗压强度,为145Mpa;
则:
W=168.3cm3
横梁选用I18工字钢,W=185.4cm3>138.6cm3可以
⑵角撑验算
角撑水平间距为3.3m,则每根角撑上的轴向压力为:
R`A1=qA*3.3/cosα=97.35KN
拟采用[20b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
角撑长度,l=2252+3302=399.4cm;
i:
角撑回转半径,i=7.64cm;
λ=52.3,属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为:
σ=N/A
N:
角撑的轴向压力,N=R`A1=97.35KN;
A:
角撑的截面积,A=A[20b=32.83cm2;
σ=29.7Mpa<[σ]=140Mpa可以
R`A2=qA*3.3/cosβ=103.2KN
拟采用[20b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
角撑长度,l=(225+300)2+(330+330)2=843.3cm;
i:
角撑回转半径,i=7.64cm;
λ=110,由《结构设计规范》查得稳定系数为:
φ=0.469
角撑容许抗压强度为:
σ=N/φA
N:
角撑的轴向压力,N=R`A2=103.2KN;
A:
角撑的截面积,A=A[20b=32.83cm2;
σ=54.8Mpa<[σ]=140Mpa可以
2、B`点横梁(横桥向16.5m)及角撑验算
⑴横梁验算
由二中的2知B`点横梁承受的土压力强度:
q`B=qB=101.2KN/m
B`横梁上的角撑水平间距为3.3m,按简支梁计算偏于安全,则横梁上最大弯矩为:
Mmax=qB*l2/8=137.8KN.m
W=Mmax/[σ]
W:
横梁的截面抵抗矩;
[σ]:
A3钢的容许抗压强度,为140Mpa;
则:
W=984.2cm3
横梁选用I40b工字钢,W=1139.0cm3>984.2cm3可以
⑵角撑验算
角撑水平间距为3.3m,则每根角撑上的轴向压力为:
R`B1=qB*3.3/cosα=403.8KN
拟采用[32b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
角撑长度,l=2252+3302=399.4cm;
i:
角撑回转半径,i=12.11cm;
λ=33,属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为:
σ=N/A
N:
角撑的轴向压力,N=R`B1=403.8KN;
A:
角撑的截面积,A=A[32b=32.83cm2;
σ=73.6Mpa<[σ]=140Mpa可以
R`B2=qB*3.3/cosβ=427.9KN
拟采用[32b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
角撑长度,l=(225+300)2+(330+330)2=843.3cm;
i:
角撑回转半径,i=12.11cm;
λ=69.6,由《结构设计规范》查得稳定系数为:
φ=0.731
角撑容许抗压强度为:
σ=N/φA
N:
角撑的轴向压力,N=R`B2=427.9KN;
A:
角撑的截面积,A=A[32b=32.83cm2;
σ=106.6Mpa<[σ]=140Mpa可以
3、C`点横梁(横桥向16.5m)及角撑验算
⑴横梁验算
由一中的3知C`点横梁承受的土压力强度:
q`C=qC=292.7KN/m
C`横梁上的角撑水平间距为3.3m,按三等跨连续梁计算,则横梁上最大弯矩为:
Mmax=qC*l2*Km=263.43KN.m
Km为弯距系数取0.1
W=Mmax/[σ]
W:
横梁的截面抵抗矩;
[σ]:
A3钢的容许抗压强度,为140Mpa;
则:
W=2276.8cm3
横梁选用I56a工字钢,W=2342.31cm3>2276.8cm3可以
⑵角撑验算
角撑水平间距为3.3m,则每根角撑上的轴向压力为:
R`C1=qC*3.3/cosα=1167.8KN
拟采用2[40b槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
角撑长度,l=2252+3302=399.4cm;
i:
角撑回转半径,i=14.71cm;
λ=27.2,属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为:
σ=N/A
N:
角撑的轴向压力,N=R`C1=1167.8KN;
A:
角撑的截面积,A=2A[40c=182.08cm2;
σ=64.1Mpa<[σ]=140Mpa可以
R`C2=qC*3.3/cosβ=1237.7KN
拟采用[40c槽钢
长细比:
λ=l/I
l:
角撑长度,l=(225+300)2+(330+330)2=843.3cm;
i:
角撑回转半径,i=14.71cm;
λ=57.3,属于短粗杆,不必进行稳定验算
角撑容许抗压强度为:
σ=N/A
N:
角撑的轴向压力,N=R`C2=1237.7KN;
A:
角撑的截面积,A=2A[40c=182.08cm2;
σ=68Mpa<[σ]=140Mpa可以
四、桩稳定性验算
⑴基坑底的隆起验算
K=(2πc+γt*ht)/(γ*H)
K:
抗隆起安全系数
c:
土的粘聚力,取26KPa;
γt:
垫层混凝土的重度,为25KN/m3;
ht:
垫层厚度,0.5m;
γ:
土的重度,为18KN/m3;
H:
坑壁土的深度,为8.0m;
K=1.22>1.2安全
⑵基坑底的管涌验算
K=[γ’*(h+2*T)]/γw*h
K:
抗管涌安全系数;
γ’:
土的浮重度,为8KN/m3;
h:
水头差,在河中为4+3=7m;
T:
板桩的入土深度,设计为6.7m;
γw:
地下水的重度,为10KN/m3;
K=2.3>1.5满足要求
——结束——
一个钢板桩围堰材料明细
1、拉森Ⅳ型钢板桩:
长14.7m190块,计206.7T
2、I18b工字钢72m,计1.737T;
3、I36a工字钢72m,计4.320T;
4、I56a工字钢33m,计3.507T;
5、I50c工字钢39m,计4.521T;
6、[16b槽钢36m,计0.711T;
7、[20b槽钢49.7m,计1.281T;
8、[32b槽钢346.7m,计14.943T;
9、[40c槽钢291.4m,计20.826T;
合计:
258.546T
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