州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰计算书编制人：复核人：审核人：中铁建工集团州河特大桥项目经理部二O一O年八月目录1 双壁钢围堰设计概况 (1)2 检算内容 (2)2.1双壁钢围堰施工检算内容 (2)2.2力学性能参数 (2)3 检算过程 (2)3.1加工阶段 (2)3.2浮运阶段 (2)3.3 壁内砼浇筑阶段 (18)3.4 下沉阶段 (19)3.5 承台施工阶段 (19)州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰计算书1 双壁钢围堰设计概况1.1双壁钢围堰结构设计州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰采用圆形双薄壁钢结构，钢围堰内直径为25.4m（较承台对角线每侧大100cm），外径27.4m，壁间厚度100cm。
钢板厚度为6mm，竖向主龙骨采用∠75×50×8角钢，横向主龙骨采用∠63×6角钢，横向主龙骨间采用10mm扁钢加强，壁间斜撑采用∠75×8角钢。
平面分八块，块间用6mm厚钢板设置隔仓板，底节预制高度为3m，以上节预制高度为4.5m。
单块钢围堰吊装最大重量约7.5t。
块与块之间、节与节之间相连均采用焊接。
州河特大桥5#、6#墩双壁钢围堰统计表为保证双壁钢围堰有足够的钢度和下沉重量，5#、6#墩双壁钢围堰内壁填充河砂。
1.4施工方法由于5#、6#墩承台位于州河河道中，河沙覆盖层厚度为0.5-2米，根据水下摸底情况得知地势较为平坦，方便了钢围堰的下沉。
2 检算内容2.1双壁钢围堰施工检算内容(1)加工阶段(2)浮运阶段结构强度、刚度、稳定性和围堰的整体稳定性(3)就位后壁内填筑阶段(4)下沉阶段(5)承台施工阶段2.2力学性能参数本方案中所选用钢材钢号均为A3（Q235A），力学性能按以下规定计算：（1）弹性模量E=210GPa]=1.3x145=188.5MPa（2）抗弯容许应力1.3[σw（3）抗剪容许应力1.3[τ]=1.3x85=110.5MPa（4）轴向容许应力1.3[σ]=1.3x140=182MPa3 检算过程3.1加工阶段双壁钢围堰在岸边加工场制作加工，并设四座胎模，以保证加工精度。
钢围堰底节在临时码头上拼装焊制成形后，采用2台浮吊和2台汽车吊整体起吊下水。
不需进行检算。
3.2浮运阶段钢围堰壁内为8块空腔，围堰下水后，利用其自身浮力悬浮在水面上，其在水中的受力状态如下图所示：图1浮运阶段受力图3.2.1工况分析考虑到5#、6#墩均采用围堰分节拼装法施工，钢围堰浮运可分为 3种工况：➢工况一：3m底节双壁钢围堰浮运至设计墩位处，即3m底节围堰浮运计算；➢工况二：3节双壁钢围堰拼装完毕开始浮运，即13.5m高双壁钢围堰浮运计算；➢工况三：4节双壁钢围堰在基坑中漂浮状态，即16.5m高双壁钢围堰浮运计算；下面就这三种工况分别进行检算。
3.2.2 3m底节钢围堰浮运计算设围堰内壁内注水高度ｈ，围堰壁内外水位差为h1,重心离底边的距离为h2，浮心离底面的距离为h3，如下图所示：(1)①壁内外水位差计算：底3m 节钢围堰自重为：554.27KN F 浮＝G ，即：ρg ｖ排＝G ρg(π（R 2－ｒ2）ｈ1)＝G 上式中：R ：围堰外壁半径，r 为围堰内壁半径，ｈ1为围堰壁内外水位差 经计算得ｈ1＝0.69m ②重心位置计算围堰的平均密度3331kg/m 10083.0179.8210427.55⨯=⨯==V m ρ 假设围堰厚度为b,则重心高度为:32/1.5b 3112ah a h a h h ⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=水水ρρρρ经过计算其重心高度为：hh h ++=924.05.01.38622③浮心位置计算 浮心高度为：345.0213+=+=h h h h ④定倾半径计算：围堰的定倾半径计算，围堰排开水的体积如下图所示：定倾半径1m .555.15279.2===V J ρ J ：围堰浮正位置的吃水线包围的面积对其纵轴的惯性矩， V ：围堰排开水的体积 ⑤整体稳定性计算根据浮体的稳定条件，需满足以下条件：32h h ->ρ将以上结果代如上式可得： h 2+12.074h+5.384>0解上述方程得，h>-0.60m (x=aacb b 242-±-)即当底节围堰壁内不注入水都可保证其稳定。
所以底节双壁钢围堰整体稳定性完全可以满足要求。
(2)结构计算：围堰悬浮于水中时，其受力如图一所示，围堰壁内水面以下受水的均布压力，内外壁上的压强为P ＝ρgh ＝0.69×104Pa围堰结构如下图：A-A断面图二 围堰结构示意图①竖肋N2计算：竖肋N2受两侧钢板的水压力，如右图： 压力F ＝PS ＝0.47×104×0.5×0.582＝2.01 kN N2杆件为∠75×50×8角钢 计算模型如右图：ｑ＝F/L=2.01/0.5＝4.02kN/m跨中弯矩为：M ＝ｑL 2/8=0.126kN ·m 跨中处应力MPa MPa w M W x 5.188][3.111.981052.1010126.063=<=⨯⨯==-σσ（满足要求） 支座反力R A =1.00kN ②横肋N5计算双壁钢围堰为圆形结构，横肋各截面仅受压力，不受剪力，满足受力要求。
③斜撑N6计算：钢围堰内N6杆件受力可为简化为一桁架，B 节点处受力如下图： F ＝Ps=0.69×104×2×0.582×1＝8.03kNAB 、BC 杆为∠75x8角钢，AC 杆件均为∠63×6角钢。
B计算受力模型输入可得桁架受力如上图：由以上计算结果可知，AC 杆件受拉力，AB 、BC 杆所受相同压力，故需对此二根杆件进行检算。
a)AC 杆：最大正应力Mpa MPa A N 182][3.174.2108.7281000.263=<=⨯⨯==-σσ（满足要求） 此杆件只受拉力，为二力杆件，无需检算其他项目。
b)AB 杆：此杆为受压杆件，需检算稳定性。
组合截面的性质计算cm A I r x x 28.211.50396.59===cm AI r y y 28.211.50396.59===稳定性检算自由长度：面内：l x ＝0.8l 0＝0.8*90＝72cm ， 面外：l y ＝l 0＝90cm i.对x 轴压弯稳定性检算自由长度l x =72cm .6132.2872===x x x r l λ 查表得：908.0=ϕ 故得：（满足要求）MPa MPa A N W 5.188][3.126.310503.11908.0103.4043=<=⨯⨯⨯=-σϕ ii. 对y 轴压弯稳定性检算自由长度l y =90cm .5932.2890===yy y r l λ 查表得：718.0=ϕ 故得：（满足要求）MPa MPa A N W 5.188][3.139.310503.11718.01040.343=<=⨯⨯⨯=-σϕ (3)围堰内外壁钢模板计算： a) 强度验算按内外水头差0.5m 计算，取围堰内模板最大侧压力5kPa =x P 选用模板区格中三面固结、一面简支的最不利情况进行计算。
164.15058.2==y x l l 68.058.250==⇒x y l l 其中x l --为围堰壁模板竖肋间距y l --为围堰壁模板横肋间距查《路桥施工计算手册》附录二可得：6830.00-=xm K 7110.00-=ym K 2250.0=x m K 2550.0=ym K取1mm 宽的板条作为计算单元，荷载q 为：0047N/mm .010047.0=⨯=q求支座弯矩：mm N 3.085000047.06830.02200⋅-=⨯⨯-=⋅⋅=l q K M xm xmm N 5.385000047.07110.02200⋅-=⨯⨯-=⋅⋅=l q K M ym y式中l 取x l 和y l 中的较小者 设计钢围堰底节面板厚度为6mm ，截面系数:322mm 6616161=⨯⨯==bh W求跨中弯矩：mm N 4.265000047.02250.022⋅=⨯⨯=⋅⋅=l q K M xm xmm N 035000047.02550.022⋅=⨯⨯=⋅⋅=l q K M ym y式中l 取x l 和y l 中的较小者 钢板的泊松比3.0=υ，故需换算为:mm N 3.434.623.04.62)(⋅=⨯+=+=x x xM M M υυ mm N 39033.003)(⋅=⨯+=+=y y y M M M υυ跨中应力检算：188.5MPa ]1.3[σMPa 5.6639W max max =<===W M σ （满足要求） 3.2.3 12m 节钢围堰浮运计算 (1)整体稳定性计算设围堰内壁内注水高度ｈ，围堰壁内外水位差为h 1,重心离底边的距离为h 2，浮心离底面的距离为h 3，如下图所示12m 钢围堰自重为：1730.02KNＦ浮＝G ，即：ρg ｖ排＝G ρg(π（R 2－ｒ2）ｈ1)＝G 上式中：R ：围堰外壁半径，r 为围堰内壁半径，ｈ1为围堰壁内外水位差 经计算得ｈ1＝1.56m ②重心位置计算围堰的平均密度3331kg/m 10291.0899.210173.0⨯=⨯==V m ρ ρ1×12×（6-h 2）＝ρ水×h （h 2-0.5h ）经过计算其重心高度为：hh h ++=63.15.079.922③浮心位置计算 浮心高度为：78.0213+=+=h h h h ④定倾半径计算：围堰的定倾半径计算，围堰排开水的体积如下图所示：定倾半径1m .5124.7631.1===V J ρ J ：围堰浮正位置的吃水线包围的面积对其纵轴的惯性矩， V ：围堰排开水的体积 ⑤整体稳定性计算根据浮体的稳定条件，需满足以下条件：32h h ->ρ将以上结果代如上式可得： h 2+15.02h-0.39>0 解上述方程得，h>-0.03m即当13.5m 高钢围堰壁内不注水都可以保证其浮运过程中整体稳定性。
(2)结构计算：围堰悬浮于水中时，其受力如图一所示，围堰壁内水面以下受水的均布压力，内外壁上的压强为P ＝ρgh ＝1.56×104Pa围堰结构如下图：A-A断面图二 围堰结构示意图①竖肋N1计算：杆件N1受两侧钢板的水压力，如右图： 压力F ＝PS ＝1.56×104×0.5×0.582＝4.54KN 计算模型如右图：ｑ＝F/L=4.54/0.5＝9.08kN/m 计算跨中弯矩为：m 28kN .085.008.9822⋅=⨯==ql M 跨中处应力MPa MPa w M W x 5.188][3.15.421083.61028.063=<=⨯⨯==-σσ（满足要求）支座反力R A =4.54KN ②横肋N2计算双壁钢围堰为圆形结构，横肋各截面仅受压力，不受剪力，满足受力要求。