承台钢套箱设计计算书(DOC)

1、-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： 1/2W 面板厚二=6mm 横向肋为：10 500 竖向肋为：I 14a 500 面板四周设140X 140X10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，

2、将其回收。 一、设计依据 V 4.5r 2.5m I 2 0,7m - T7 O.On L5n p -2.3m -i - 1、仪扬河大桥施工图设计； 2、 实测河床断面图； 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 能米纳。

3、 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

4、为1.2m，围堰吸-2 - 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) =8.0m 2、套箱围堰平面尺寸的拟定 套箱围堰下沉至设计标高后封底抽水， 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+2X0.05)X( 7.7+2X 0.05) =16.60 x 7.8m。套箱围堰总高8.0m，拟分为上下两层。底层高3m, 上层高 5m。 四

5、、承台施工流程图:-3 - 五、钢套箱设计计算 -4 - 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： 16600 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=4.15X 5.0X 0.18T/m2 = 3.74T5.0T。 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。 （

6、1）套箱面板强度验算:4150 4150 4150 4150 j L JL 1 n m nr A A A A 9寸匚寸 9寸0寸 OJ608 -5 - 套箱的纵横向加劲肋间距均为 50cm,面板厚度5 = 8mm,最大水深 h = 5.0 m，面板上水侧压力只有在封底抽水后形成，其最大水头差 h =5.0 0.7= 4.3m。 视面板为四周固结： P=r x h=1.0*4.3=43Kpa 将面板压力简化为阶梯荷载时: P= rx (h 0.5/2)=40.5Kpa 面板 Li=L2=50cm LI/L2=1 1.3二=1885 kg /cm2, 不安全，需选更强大的截面作为龙骨 拟选用 I1

7、4 为竖向龙骨，W = 101.7 cm 3； I = 712 cm 4； A = 21.5 cm 2, 、二=2.139X 105 / 101.7= 2103 kg /cm2 1.3二=1885 kg /cm2 -11 - 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-12 - 15 cm宽的面板与竖向龙骨共同作用 14 0.6 15 0.3 21.5 ( 0.6) 截面重心求算： x = 2 = 5.44 cm e1 = 5.44 0.3= 5.14 cm； e2= 7.6 5.44= 2.16 cm； 组合截面惯性距 I = 9X 5.142+712+21.5X 2.162

8、= 1050 cm 4 Y = 14.6 5.44= 9.16 cm x 9.16= 1866 kg /cm2 v 1.3二=1885 kg /cm2 2 =504.8 kg /cm2 v 1.3 T = 1.3X 850= 1105 kk /cm 通过上述验算，钢套箱面板采用8 = 6mm;横肋：1050 cm；竖 向肋 I1450 cm；四边联结140X 140X 10 2、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 圭寸底混凝土顶面标高5 2.139

9、 10 1050 3.385 106 58.4 712 0.55 16600/2=5300 1600 2200. 4500 8 -13 - 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 q 下=r h = 4.3t m q 中=r h = 2.5t m q 上=r h = 0.5t m 2 - 25/3 2 R 中=R中+ R中=2.79+ 1.823= 4.613t m R 上=(q 中

10、 X L)/2 X (L/3) - 2= 1.3t m (2) 围令内力计算2I40a 中层围令内力计算 q=4.613 t m l=16.6+0.14X 2+0.4+2 X 0.006=17.272 17.3m Mmax= -=4.613X 17.32/8=172.6 t m2.5 2.5 (2 - 2.5/3) 2 2 =1.823t m (1)围令所受荷载计算 R中= (2q中 q下) 6 (2 25 4.3) 6 X 1.8= 2.79t m R中= a=4t6nt/m -14 - 由于外围令的跨度大，算出的 Mmax很大，致使2140a远不能承受 此弯矩，故在套箱内加一撑杆，将该围令

11、的长边一分为二（即跨度缩 小一半），计算简图如下。 尸，臼比 因其结构对称，荷载1丨丨HI】_丨 对称，所以变形也对称。 1 （ 4 |3 可以将两跨连续梁转化为 单跨梁计算。查表得： 5ql _ 5 4.613 8.65 R B 一 8 8 =24.94T RB=2 RB=2X 24.94=49.87T 2 Mmax 9 = 2 x 4.613 x 8.652=24.27 t m 128 128 MB=-】ql2二-1 x 4.613 x 8.65 2=-43.14 t m 8 8 以MB=-43.14 t m作为中层围令的强度检算。：|.丁寫 以RB=49.87T- 50T作为荷载进行撑杆

12、 二： if ， 设计。 送 T 匸 - n 上层围令的内力计算：I32a 广 J-A _i L_JI - ff - r I a F T T TT W=692.5cm3 冷3&討 r 札5 日十 4.5 討十乙聃吋 该围令杆件较多，计算较复杂。现假定斜撑 q=1,3t/h _ 耳I I环I丨皐I忠I匕 失效，只是拉杆，不能受压。则围令的长i匕冏4花一札5 q=4,613t/ffl J 1 Jr J I 1 和 A J, I “ I I 打 I I I I * jF&討十札5日十去5討,3启 q=1, 3t/ni -15 - 边即为一个四跨连续梁。 截面相同，但跨度不同，可利用计

13、算手册中表 3-5公式计算 Ki=2 (I1+I2) =2(3.64+4.5)=16.28 K2=2 (I2+13) =2(4.5+4.5)=18 K3=2 (I3+I4) =2(4.5+3.64)=16.28 K4= K1XK2- I22=16.28X 18-4.5 2=272.8 K5= K2XK3- I32=18X 16.28-4.5 =272.8 K6= K3XK4- K1XI32=16.28X272.8-16.28 X4.52=4111.5 a1=K5/K6=272.8/4111.5=0.0664 a2=K3l2/K6=16.28X 4.5/4111.5=0.0178 a3=I2I3

14、/K6=4.5X 4.5 /4111.5=0.00493 a4=K3K1/K6=16.28X 16.28/4111.5=0.0645 a5=l3K/K6=4.5X 16.28/4111.5=0.0178 a6=K4/K6=272.8/4111.5=0.0664 由表1-9的公式求得： B1 a=1.3X 3.643/24=2.612 , 24 A - B2 = a2 24 二 4.936 ； A3 = B3 = 4.936 A 二 ql424 =2612 将上述各值代入表3-5的公式，得： N1=6(B/ + A2 )=6(2.612+4.936)=45.288 N2=6( B2 + A； )

15、=6(4.963+4.936)=59.232 N3=6( B3 + A4 )=6(4.963+2.162)=545.288 -16 - 所以，M1=-a1N1+a2N2-a3N3=-0.0664X 45.288+0.0178 X 59.232-0.00493 X 45.288=-2.176 t m-17 - M2=a2N1-a4N2+a5N3=0.0178X 45.288-0.0654 x 59.232+0.0178 x 45.288=2208 t m M 3=-a3N 1+a5N2-a6N3=-0.00493X 45.288+0.0178 x 59.232-0.0664 x 45.288=-

16、2.18 t m 理论上M应等于M,现计算出M=-2.208 t m和M3=-2.18 t m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 M min=M2=-2.208 t m 1 2 1 2 MmaF冷 -M2 =丄 x 1.3 x 4.5 -2.208=1.082 t m 8 8 围令的短边为一简支梁 1 o M max= ql 8 =1 x 1.3 x 7.482 8 =9.09 t m 综上计算，长短边上最不利截面应在短边上， Mmax=.09 t m (3) 钢围令强度验算 围令强度验算 选用 2I40a, W=2x 1085 cm3 2 =1988 kg/cm 1

17、885 kg/cm 虽然钢围令撑梁处的外缘应力已超过 1.3 (T = 1885 kg/cm 2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 V + f f 2 7.48 - 6 _ M 43.14 105 c = - = - W 2 1085 -18 - 变形使撑梁处的负弯矩值减小；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。-19 - 撑梁拟选用S =8mm 500的钢管桩 -：(D4 d4)二(51.64 -504) 4 41195cm 64 64 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

18、关资料中差得压杆的临界力 Pkp =H2E% = n 2x 2.1 x 106x41195/7802=1.403 x 106kg=1403T 实际压力RB=50T K=1403/50=28.1 4 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=692.5cm3 直撑梁选用I32a Jy=459.0cm4 Pkp =X2E% = n 2 x 2.1 x 106 x 459/74 8 2=170 03kg=17T 实际压力估算为6TFkp i M CT = W 5 9.09 10 692.5 2 1312.6 kg/cm v 1.3 er = 1885 kg/cm -20 - K=17/6=2.83 v4 压杆稳定系数