桥墩钢吊箱围堰计算书.docx
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桥墩钢吊箱围堰计算书
广西沿海铁路黎塘至钦州段扩能工程飞龙郁江大桥
钢吊箱围堰设计计算书
中铁九局广西沿海铁路黎钦线扩能改造工程指挥部
二O一O年十月
一、基本资料
钢吊箱围堰设计考虑到侧板的倒用,统一设计,以10#控制设计,以下计算均取10#墩参数作为设计基准。
1、承台尺寸
承台面积:
137.38m2
承台底标高:
+59.377m
承台顶标高:
+63.777m
施工高水位:
+64.05m
施工低水位:
+60.00m
吊箱顶标高:
+64.55m
吊箱底标高:
+58.877m
吊箱底板净面积:
137.38-6×4.9=107.94m2
2、设计规范
公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)
公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)
钢结构设计规范(50017-2003)
钢结构设计手册(第三版)
二、荷载分析
1、底板浮力
高水位浮力:
10×(64.05-58.877)=51.73kN/㎡
低水位浮力:
10×(60-58.877)=11.23kN/㎡
2、侧板的水侧压力10hkN/㎡
3、承台混凝土的自重26×4.4=114.4kN/㎡
4、封底混凝土的自重24×0.5=12kN/㎡
5、混凝土浇筑产生对侧板压力
砼浇筑时产生的荷载
砼供应量V=50m
/h,则砼浇筑速度50/137.38=0.36m/h
查《公路桥涵施工技术规范》
侧压力
;
γ—砼的容重,γ=26KN/m
;
t0—新浇混凝土的初凝时间,这里取:
—外加剂影响修正系数,掺外加剂时为1.2;
—坍落度影响修正系数,当其为110~150mm时,取1.15。
则P
=0.22×26×10×1.2×1.15×0.36
=47.36KPa
自《公路桥涵施工技术规范》P
附表D,可以查到混凝土对底板所产生的水平荷载值很小,且底板尺寸很大,对底板的受力没有什么影响,故由此产生的冲击荷载可以忽略。
混凝土有效压头高度
h=47.36/26=1.8m
根据《路桥施工计算手册》P214页,查得大模板计算混凝土浇注产生侧压力计算参数,混凝土浇筑有效压头高度为2.1m。
6、水流力
郁江水流流速按照2.82m/s计算。
根据《公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)》,水流力按下式计算:
Fw——流水压力标准值(KN),
K——桥墩形状系数,矩形桥墩取1.3
V——设计流速(m/s),取2.2m/s
——水的重力密度(10KN/m3)
A——与水流方向垂直平面上的投影面积(m2)
流水压力合力的着力点,假定在设计水位线以下0.3倍水深处。
即在水位线以下5.173×0.3=1.55m处。
三、底板计算
1、工况分析:
工况一:
堵漏封底后,吊箱抽水,取高水位计算时,底板受力:
F1=51.73-12=39.73KN/m
。
工况二:
堵漏封底后,吊箱抽水,取低水位计算时,底板受力:
F2=11.23-12=-0.77KN/m
。
工况三:
低水位时浇筑承台:
F3=11.23-(12+114.4)=-115.17KN/m
。
工况四:
高水位时浇筑承台:
F3=51.73-(12+114.4)=-74.67KN/m
。
其中,取受力方向向上为正方向,混凝土灌筑产生水平荷载值以及冲击荷载值很小,可忽略不计。
底板控制工况为工况二。
2、小肋间距
小肋作为支点,面板按三跨连续梁考虑,梁宽b取1mm,梁高为板厚h=6mm。
按面板的强度要求:
按面板刚度要求,最大变形值取为模板结构的1/250,则:
对比取小值,考虑封底混凝土影响,可取
。
3、龙骨间距
龙骨作为小肋的支点,小肋按简支梁计算,跨度
。
小肋取∠75×8,按15d与面板组成组合截面,如下图:
截面A=2230mm2,W=48794mm3,I=2.4×106mm4
按小肋强度要求:
按小肋刚度要求:
对比取小值,考虑桩位情况以及底板对龙骨加强作用,可取
。
四、侧板计算
1、工况分析
工况一:
钢吊箱吊挂下放,侧板受内外水压力平衡。
工况二:
堵漏封底后抽水完成,侧板受外侧水压力,底部荷载为:
10×4.879=48.79kN/㎡
工况三:
高水位浇筑承台。
侧板承受外侧水压力+内侧混凝土侧压力。
工况四:
低水位浇筑承台。
侧板控制工况为工况二。
2、小肋间距
小肋拟采用水平方式,间距布置为350mm.
取最底层三跨连续梁,侧板取单位宽度1m,验算面板组合应力
最大应力94.8MPa,满足要求。
面板变形为
最大变形1.3mm 3、大肋间距 大肋作为小肋的支点,小肋按简支梁计算,取荷载最大的底层小肋计算大肋的间距。 小肋所受均布荷载换算为 小肋为∠63×6与6mm面板组合截面,如下图: 截面A=1808mm2,W=27624mm3,I=1.29×106mm4 按小肋强度要求: 按小肋刚度要求: 对比取小值,可取大肋间距 。 考虑大肋强度以及动水压力,间距定为750mm。 4、大肋验算 大肋采用I28a截面,底部位于+59.171m,内支撑位于+64.277m,使用midas建模计算。 大肋间距为0.75m。 工况二作用下,大肋承受以下两种荷载: 静水压力是顶部为0,底部为48.79kN/m2的三角形荷载。 最大荷载48.79×0.75=36.6kN/m 水流力248.7÷9.3×0.75=20kN 大肋的应力图如下。 最大应力146.9MPa,满足要求。 大肋的变形图如下。 最大变形13.6mm。 满足要求。 大肋的反力见下图。 内支撑反力R1=41.5kN。 底层反力R2=67.8kN。 工况三作用下,大肋承受水位压力、水流力以及混凝土浇筑侧压力,此时计算大肋应力。 最大应力36.7MPa,满足要求。 最大变形2.8mm 内支撑反力R1=-3.8kN/m。 (受拉) 底层反力R2=-13.2kN/m。 五、支撑计算 1、内支撑验算 内支撑主桁采用2[22a截面,斜撑采用∠75×8角钢,立柱用2[10,围檩采用2I32a,采用madis整体建模计算,由上节计算知,围檩受41.5/0.75=55.3kN/m均布荷载。 内支撑应力计算如下图。 最大应力94.3MPa,满足要求。 内支撑变形如下图。 最大变形2.2mm 2、封底混凝土验算 侧板底层反力由封底混凝土承受,封底混凝土厚度为0.5m,计算厚度0.2m,采用C30水下混凝土,轴心抗压强度13.8MPa。 封底混凝土承受底层反力R2=67.8/0.75=90.4kN/m。 换算成面荷载 满足要求。 3、反力座 在工况三作用下大肋支座受拉,拉力为13.2kN/m,故需在围堰外侧设置反力座,反力座布置在龙骨上,间距0.75m,即每个反力座受力: 13.2×0.75=9.9kN/m 反力座焊缝长度100mm,焊缝高度8mm,焊缝承受能力: 六、体系转换工况检算 1、吊挂下放 钢吊箱安装就位,吊挂下放,吊挂系统承受钢吊箱自重。 吊点位于钢吊箱底板龙骨,共设置4个吊点,吊点布置如下图: 作用力为钢吊箱自重,计算: 最大反力为187.3kN。 吊挂结构如下图 (1)分配梁 分配梁弯矩M=187.3×0.538=100.8kNm 需要抗弯模量 查型钢表,取截面为2I25a, W=802772mm3,I=1.0×108mm4,t=16mm,S=461442mm3 正应力 剪应力 组合应力 (2)吊杆 吊杆采用Φ32精轧螺纹钢筋,允许拉力为 N=0.25×3.14×322×630=506.4kN>187.3kN满足要求 (3)吊挂梁 吊挂梁采用2[20a,由模型计算结果 内支撑吊挂局部最大应力112.1MPa,满足要求。 (4)竖杆 吊杆为2[10a截面,面积A=2548mm2,抗拉承载力: N=2548×170÷1000=433.16kN>187.3kN满足要求 (5)底座 底座与龙骨焊接,焊缝长度Σlf=760mm,焊缝高度hf=8mm 焊缝承载力 (6)整体计算 该工况作用下,整体计算应力如下图,图中侧板未示。 最大应力143.2MPa,满足要求。 最大变形为12.5mm。 2、堵漏封底 吊箱下放到位后,进行第一次体系转换,在低水位时焊接撑杆,撑杆布置如下图。 此时由撑杆承受吊箱自重+封底混凝土+浮力 高水位时: -8-12+51.73=31.73KN/m2 低水位时: -8-12+11.23=-8.77KN/m2 高水位抽水为控制工况。 各支点反力 最大反力184.3kN。 撑杆截面为2[10a,为内支撑竖杆。 计算结果如下图: 最大组合应力143.2MPa,满足要求。 该工况作用下,龙骨应力如下图。 最大应力116.5MPa,满足要求。 压杆采用HM300×200,与护筒焊接,焊接方式如下图: 焊缝高度为8mm,截面参数为 压杆反力为 Mx=74.7KNm,My=74.6KNm 焊缝满足要求。 3、浇筑承台 浇筑承台前,进行第二次体系转换,抽水后将底板与护筒焊接,拆除撑杆,由焊缝承受吊箱自重+封底混凝土+承台混凝土+浮力。 高水位时: -8-12-114.4+51.73=-82.67KN/m2 低水位时: -8-12-114.4+11.23=-123.17KN/m2 低水位浇筑承台为控制工况。 各支点反力如下图 最大反力445.9kN。 底板与龙骨焊接结构如右图。 焊缝长度hf=600mm, 焊缝高度lf=10mm 满足要求 该工况下考虑龙骨和封底混凝土共同受力,封底混凝土有效高度300mm。 龙骨应力如下图。 最大应力161.9MPa,满足要求。 龙骨变形如下图。 最大变形6mm
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- 桥墩 钢吊箱 围堰 计算