钢围堰封底砼检算

钢围堰封底砼检算

（一）封底砼厚度验算

抽水后，封底砼底面上作用的向上水压力： q=13.48（水压力）－(2.4×3.0)(砼重量)=6.28t/m2

按周边简支支承的圆板，承受均布荷载，板中心的弯矩［桥梁地基与基础397页］

M=pa2(3+μ)/16

式中p=6.28t/m2圆板上作用的均布荷载 a=11.8m(圆板的计算半径，取自刃脚斜面一半) μ=1/6（砼的侧向变形系数，即泊桑比） M=(6.28×11.82)(3+1/6)/16=173.06t.m

根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》中6.1.13规定，水下封底混凝土的厚度，应按下式计算：

ht?5.72M?hu bftht—水下封底混凝土厚度?mm?；

M—每米宽度最大弯矩的设计值?N?mm?；

b—计算宽度?mm?，取1000mm；

ft—混凝土抗拉强度设计值?N/mm2?；

hu—附加厚度，可取300mm。

则，ht?5.72M?hu?bft5.72?173.06?0.3?2.67m

1?176实际工程封底混凝土的厚度取为3.0m?2.67m。 （二）各种荷载 1、各种面积及体积

①刃脚底围堰内面积f1=π12.12 =459.96m2

②封底砼体积V1=π(12.12-10.92)×1.3/2+π10.92×3=1176.2m3 ③围堰内外壁空隙体积

V2=π(12.12-10.9 2)×11.3-173320/7850=957.7m3

④围堰内共12根υ1.8m桩，钢护筒直径取2.2m，其与砼接触表面积 f2=π2.2×3×12=248.8m2 2、浮力F= f1γ3、抗力

①钢围堰重力含壁内砼(浇注至承台底标高砼重量) P1=340(围堰)+480(壁舱内砼)=820t ②封底砼重量

P2= V1×2.4=1176.2×2.4=2822.9t ③围堰壁内水重量

P3= V2×1=957.7×1=957.7t

④封底砼与钢护筒间的摩擦力(钢护筒与砼摩擦系数10.4t/m2) P4= f2×15=248.8×10.4=2588t

抗浮力P= P1+P2+P3+P4=820+2822.9+957.7+2588=7188.6t （三）封底混凝土受剪计算

封底砼所受剪力F-P2 -P4=6200-2822.9-2588=789.1t

水

h=459.96×13.48=6200t

??Q789.1??3.76t/m2 bh2??1(24.2?21.8)?1.3???21.8?1.72C25混凝土允许直接剪应力?，可见??0.13MPa?? ??f????f???4.09MPa（四）钢围堰整体抗浮检算

抗浮力P= P1+P2+P3+P4=820+2822.9+957.7+2588=7188.6t

Kf为抗浮安全系数，取1.0～1.15

P7188.6??1.16?Kf F6200（五）钢围堰下沉计算

钢围堰着床后，面到围堰底的水深为13.48m。

浮力F'＝γ·V=1×π(12.12-10.92)×(13.48-1.3/2)=1112.5t

'钢围堰自重P1=340t

壁内砼填充高度为3m，则砼所占体积为200m3，砼的容重为2.4t/ m3，则

P'2=200×2.4=480t 围堰壁内水重量P'3= 957.7×1=957.7t

P=P'1+P'2+P'3=340+480+957.7=1777.7t

P?1777.7?1.60?K F'1112.5f河床覆盖土层为砂夹卵石，极限摩阻力18～30KPa。围堰下沉计算表见表1。

表1围堰下沉表 土的极限摩阻力 19＃墩 序土层 号 名称 下限上限土层厚下沉最小摩下沉最大摩(Kpa) (Kpa) 度 阻力 阻力(KN) （m） (KN) 1 砂夹 卵石 18 30 1.3 1779 2965

取最小摩阻力：

K?R?F'T?1777.7?1112.5?3.74??K??1.15 min177.9取最大摩阻力：

K?R?F'T?1777.7?1112.5?2.24??K??1.15

max296.5

四、壁板间局部弯曲应力 1、封底砼顶面（承台底面）处 竖向加劲肋水平间距：

外壁板上为：24.2π×(1/192)=0.396m=396mm 内壁板上为：21.8π×(1/192)=0.357m=357mm 水平加劲肋竖向间距为300mm 水压力：P2 1=10.48t/m流水压力：P2=0.06t/m2

q=P21+ P2=10.48+0.06=10.54t/m=1.054kg/cm2 1）外壁板

按机械设计手册第一章表1-1-110等厚矩形板

qb4最大挠度：f?c0

Eh3最大应力：?max?c1(b/t)q b=396mm，a=300mm，a/b=396/300=1.32 q=10.54t/m2=1.054kg/cm2 t=8.0mm

四边简支（板中央应力）

2c0=0.0712，c1=0.423

l0105.4?3004396f?0.0712?0.565mm???0.99mm2.1?108?83400400

?max?0.423?(300/8)2?1.054?62.70MPa????=170MPa

2）内壁板

按机械设计手册第一章表1-1-110等厚矩形板

qb4最大挠度：f?c0

Eh3最大应力：?max?c1(b/t)2q b=357mm，a=300mm，a/b=357/300=1.19 q=10.54/m2=1.054kg/cm2 t=8.0mm

四边简支（板中央应力）

c0=0.06074，c1=0.3712

l0105.4?3004357f?0.06074?0.482mm???0.893mm2.1?108?83400400

?max?0.3712?(300/8)2?1.054?55.019MPa????=170MPa 2、封底砼顶（承台底）面以上2.5处 竖肋水平间距不变

水平加劲肋间距400mm

水压力：P1=10.54－2.5 =8.04t/m2 q=P1=8.04t/m2=0.804kg/cm2 1）外壁板

b=396mm，a=400mm，a/b=400/396=1.01，t=8.0mm 四边简支（板中央应力）

c0=0.0444，c1=0.2875

l080.4?3964400f?0.0444?0.816mm???1mm 832.1?10?8400400?max?0.2875?(396/8)2?0.804?56.64MPa????=170MPa

2)内壁板

b=357mm，a=400mm，a/b=400/357=1.12, t=8.0mm

c0=0.0547，c1=0.3406

l080.4?3574400f?0.0547?0.664mm???1mm 832.1?10?8400400?max?0.3406?(357/8)2?0.804?54.53MPa????=170MPa

3、封底砼顶（承台底）面以上6.5m处 竖肋水平间距 535mm 水平加劲肋间距600mm

水压力：P1=10.54－6.5=4.04t/m2 q=P1=4.04t/m2=0.404kg/cm2 1）外壁板

b=594mm，a=600mm，a/b=600/594=1.01，t=8.0mm

c0=0.0444，c1=0.2875

l040.4?5944600f?0.0444?2.08mm???1.5mm832.1?10?8400400

?max?0.2875?(594/8)2?0.404?64MPa????=170MPa

2)内壁板

b=535mm，a=600mm，a/b=600/535=1.12，t=8.0mm

c0=0.0547，c1=0.3406

l040.4?5354600f?0.0547?1.68mm???1.5mm2.1?108?83400400

?max?0.3406?(535/8)2?0.404?61.5MPa????=170MPa

五、水平加劲肋中的应力

水平加劲肋支承在竖向加劲肋上，竖向加劲肋支承在水平桁架上，水平桁架支承在隔舱壁上和竖向桁架上。

1、在封底砼顶（承台底）面处

水平加劲肋间距（竖向）300mm，荷载为： q=10.54×0.3=3.162t/m

水平加劲肋跨度（竖向加劲肋间距）396mm M=(1/8)×3.162×0.3962=0.062t.m

板12×90mm W?1?12?902?16200mm3

6?maxM0.62?106???38.25MPa?????180MPa W162002、封底砼顶（承台底）面以上2.5m处 水平加劲肋竖向间距400mm，荷载为： q=8.04×0.4=3.216t/m 水平加劲肋跨度396m

M=(1/8)×3.216×0.3962=0.063t.m 板12×90mm W?1?12?902?16200mm3 6?maxM0.63?106???38.89MPa?????180MPa W162003、在封底砼顶（承台底）面以上6.5m处 水平加劲肋竖向间距600mm，荷载为： q=6.88×0.6=4.128t/m

水平加劲肋跨度594mm

M=(1/8)×4.128×0.5942=0.182t.m 板12×90mm W?1?12?902?16200mm3 6?maxM1.82?106???112.3MPa?????180MPa W16200六、竖向加劲肋

竖向加劲肋支承在水平桁架上，水平桁架的间距为竖向加劲肋的跨度。 1、封底砼顶（承台底）面处

竖向加劲肋间距396mm, 水平桁架间距0.6m q=10.54×0.396=4.174t/m M=(1/8)×4.174×0.62=0.188t.m ∠63×63×8，F=9.515cm2，Ix=34.46cm4

ix=1.90cm，wx=7.75cm3 zo=1.85cm

加劲肋与壁板焊接在一起，计算时考虑壁板参加受弯曲（40δ长度），组合截面如下图所示：

F=9.515+32×0.8=35.115cm2 中性轴位置：

y0=(1/35.115)×［32×0.8×0.4+9.515×5.25］=1.71cm

I=［(1/12)×32×0.83+25.6×(1.71－0.4)2］+［34.46+9.515×(1.71－5.25)2］=199cm4

W?I?116.37cm3 y0?maxM1.88?106???16.16MPa?????180MPa W1163702、封底砼顶（承台底）面以上2.5 m处 竖向加劲肋间距396mm，水平桁架间距0.8m q=8.04×0.396=3.184t/m M=(1/8)×3.184×0.82=0.255t.m

?maxM2.55?106???21.9MPa?????180MPa W1163703、封底砼顶（承台底）面以上6.5m处 竖向加劲肋间距594mm，水平桁架间距1.2m q=4.04×0.594=2.40t/m M=(1/8)×2.40×1.22=0.432t.m

?maxM4.32?106???37.1MPa?????180MPa W116370七、水平桁架

水平桁架支承在竖向桁架和隔舱板上。 1、封底砼顶（承台底）面处 水平桁架的竖向间距0.6m。 ① 桁架弦板中的主压应力

F??D?q?0.6n?76?121.8?0.6?57.855kN

96弦板：板16×100+板12×180 F净=1.2×18+1.6×10=37.6cm2

应力：σ=57.855/(37.6×2)=76.9Mpa ???? F毛=1.2×18+1.6×10+0.8×32=63.2cm2 中性轴位置：

y0=(1/63.2)×［32×0.8×0.4+1.6×10×5.8+18×1.2×19.8］=8.40cm I=［(1/12)×32×0.83+16×(8.4－0.4)2］+［(1/12)×1.6×103+16×(8.4－5.8)2］+［(1/12)×1.2×183+21.6×(8.4－19.8)2］=5271.59cm4 Wmax=5271.59/8.4=627.57cm3(壁板)

Wmin=5271.59/20.4=258.41cm3(弦板) 回转半径：i?I/F?5271.89/63.2?9.13cm

λ=118.8/9.13=13，??0.974 弦板稳定应力：

σ1=57.855/(2×53.6×0.974)=55.45Mpa???? ②弦板局部弯曲应力

M=(1/8)×(10.54×0.6)×1.1882=1.116t.m σ2=116.4/258.41=43.2 Mpa 合应力：

σ=73.3(主压应力)+43.2=116.5 Mpa???T??211MPa ③水平桁架弯曲应力

水平桁架按支承在竖向桁架和隔舱板上的连续梁计算

1?2.435?2.199?M??10.54?0.6????3.378t?m 102??2N=3.378/1.2=2.82t

应力：σ=2.82/(37.6×2)=0.038t/cm2

组合应力：σ=0.73(主压应力)+0.432局部弯曲应力)+0.038×1.3(桁架弯曲应力，1.3为曲线桁架应力增大系数)=1.211t/cm2 ＜［σ］=0.9σT=2.35×0.9=2.115t/cm2

桁架若按支承在隔舱板上的连续梁计算：

1?9.503?8.561?M??10.54?0.6????51.59t?m 102??2N=51.59/1.2=42.99t

σ3=42.99/(37.6×2)=0.572t/cm2 组合应力：

σ=σ1+σ2+1.3×σ3=0.73+0.432+0.572×1.3=1.90t/cm2 钢套箱弯曲支承在隔舱壁上的箱形梁计算。 弦板：

F1=63.2cm2 I1=5271.59cm4 y1=8.4cm 水平加劲肋：

F2=10.8cm2+25.6=36.4cm2

y2=1/36.4(25.6×0.4+10.8×5.3)=1.85cm

I2=〔(1/12)×32×0.83+25.6×(1.85－0.4)2〕＋〔(1/12)×1.2×93+10.8×(1.85－5.3)2〕=256.64cm3

∑Ii=｛5271.59+63.2×(60－8.4)2〕+〔256.64+36.4×(60－1.85)2〕｝×2=593771.6cm3

w=593771.6/60=9896.2cm3

σ3=M/W=51.59×100/9896.2=0.521t/cm2 组合应力：

σ=0.73+0.432+0.521=1.683t/cm2＜［σ］=2.115t/cm2 应力组合验算

(一)封底砼顶（承台底）面处

竖向加劲肋间距：外壁上396mm；内壁上357mm。 水平加劲肋间距：300mm。 水平桁架间距：600mm。

施工水位：51.18m。河底面标高：39.91m。 承台底（封底砼顶）面标高：40.70m。 水压力：

q1=51.18－40.70+0.06=10.54t/m2 q=q1=10.54t/m

2

1．轴向压应力

取600mm高钢套箱计算。壁板厚δ=8.0mm；横截面面积：f1=(0.8×60)×2=96cm2。水平加劲肋肋板90×12mm，f2=9×1.2×2=21.6cm2。水平桁架弦板180×12+100×16mm

f3=〔18×1.2+10×1.6〕×2=75.2cm2。

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