株洲湘江钢围堰计算书

一、设计条件

1、围堰顶标高： +34.0m 2、围堰底标高：

+20.5m

3、承台顶标高： +30.5m 4、承台底标高：

+26.5m

5、承台厚度： 4.0m 6、封底混凝土顶标高： +23.0m 7、封底混凝土底标高： +20.5m 8、封底砼厚度： 2.50m 9、施工(抽水、浇注承台)水位：+32.5m 10、设计最大流速： 2.0m/s 11、河床覆盖层标高： +21.0m 12、河床岩面标高： +20.5m 13、护筒直径：

2.6m 14、混凝土干容重：

24kN/m3

15、混凝土浮容重： 14kN/m3 16、钢筋混凝土容重： 26kN/m3 17、钢材容重：

78.5kN/m319、封底砼强度等级： C20

二、设计依据

1、《株洲市湘江四大桥主墩钢围堰设计委托书》 2、《港口工程荷载规范》（JTJ215－98） 3、《钢结构设计规范》（GBJ 50017-2003）

4、《港口工程混凝土结构设计规范》（JTJ 267－98） 5、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)

6、《水利水电工程钢闸门设计规范》（DL/T 5039—95）7、《建筑结构静力计算手册》

三、钢围堰基本尺寸及重量

1、基本尺寸：

壁体厚度： 0.754m 壁底外周长： 63.3m 壁体内周长： 58.0m 围堰外面积： 224.5m2 围堰内面积： 179.0m2 夹壁内面积： 45.5m2

护筒的总面积： 10(个)

4

2.62 53.1m2

护筒的总周长： 10(个) 2.6 81.7m 2、围堰重量： a.第一节自重：

壁体高度：6.5m 壁体自重：101t 钢管支撑：6.9t 吊 耳：2.8t

第一节钢围堰总重：111t b.第二节自重： 壁体高度：7.0m 壁体自重：102t 钢管支撑：6.9t 连 通 器：0.4t 吊 耳：2.8t

四、钢围堰下沉计算

1、第一节下沉

刃脚部分的体积为V

63.3 58.00.75 1.0

22.7m3 22

围堰第一节下沉时，夹壁排水面积A 45.5m2，自浮时下沉h1，则

110 22.7 45.5 h1 1.0 1.0

2、第二节接高拼装后下沉

下沉h2，则

110 111 22.7 45.5 h2 1.0 1.0

得h2 5.35m 干舷1.15m

需再注水5.85m，因此钢套箱内共需注水6.50m。

五、荷载计算

1、水流力 Fw C

w2

v2A

式中Fw——水流力标准值(kN)；

v——水流设计流速(m/s)；v 1.5m/s

Cw——水流阻力系数； ——水的密度(t/m3

)；

A ——计算构件在与流向垂直平面上的投影面积(m

2

)。查得Cw 0.80

2

1.52

Fw/A Cw2v 0.8 2

0.9kNm2

六、钢套箱抗倾覆验算

抗倾覆最不利情况出现在钢围堰下沉到位浇筑夹壁混凝土至浇筑封底混凝土完成后的这段时间在+32.5m水位出现v=2.0m/s的最大流速。

抗倾覆力矩：

96 24 45.5 6.5 10 2223 179 53.1 95 224.5 53.1 120 11.65 7949kN m

倾覆力矩：

2.0流速时水流力为2.02 m2.0 19 12 12 2/3 3648kN m

7949Kt 2.18 1.5

3648

钢围堰抗倾覆能满足要求

七、钢套箱工况分析

八、封底混凝土计算

1、封底混凝土厚度计算

《株洲湘江四桥工程地质勘察报告》中强风化岩层中，混凝土与岩层间的极限摩阻力为100m2

。考虑到钢板与砂岩间的摩擦系数为

0.4~0.45（见《桥梁施工工程师手册》P22），取0.4。则在封底混凝土中，混凝土与钢护筒间的极限摩阻力τ按钢板与砂岩间的极限摩阻力考虑，取100 0.4 40kN

m2

将钢围堰抽水工况作为计算工况，抽水时，根据封底混凝土底板处受力平衡，计算如下： F1=G1+G2+G3+G4+G5+F2

见图1、钢围堰构造及《株洲市湘江四大桥钢围堰设计施工图》 F1——水对封底混凝土底板处的浮力，F1=S1×H×ρ1 S1——钢围堰外围面积，为 (25.084-1.94)×9.704=224.6m2

H ——封底混凝土底板处的水头, 为32.5-20.5=12m ρ1——水的比重,取10kN/ m3

G1——封底混凝土自重，G1=S2×h×ρ2

S2——封底混凝土截面积,为 (23.468-1.64) ×8.2-10×2.62/4×π=125.9m2

h ——封底混凝土厚度,

ρ2——混凝土的比重,取24kN/ m3 G2——砂自重, G2=S2×h1×ρ3 h1——回填砂厚度,为5.5-h

ρ3——砂的比重,取18kN/ m3 G3——钢围堰自重,取2223 kN

G4——钢围堰箱壁混凝土重量,为96×24=2304 kN (96m3为混凝土体积,24kN/ m3为混凝土比重)

G5——钢围堰箱壁水重量, G3=S3×h2×ρ

1

S3——钢围堰截面积,为(25.084-1.94)×9.704-(23.468-1.64) ×8.2=45.6 m2

h2——钢围堰箱壁水高度,为29.5-23.0=6.5m

F2——护筒与混凝土间的握裹力, F2=n×D×π×h×τ, n ——钢护筒数量,取10, D ——钢护筒直径,取2.6m 封底混凝土底板处受力平衡计算为:

224.6×12×10=125.9×h×24+125.9×(5.5-h)×18+2223+2304 +45.6×6.5×10+10×2.6×π×h×40 h=1.74 m

取1.3倍的安全系数,则封底混凝土有效高度为2.26m,考虑到封底混凝土允许偏差为+0，-200mm,封底混凝土高度取2.5m

2、封底砼底板抗弯验算 抽水时封底砼所受力

q 32.5 20.5 10 2.5 24 60m2

为简化计算，封底砼板按最不利位置，采用四点支撑砼板(4.40m

×4.40m)。

根据《港口工程砼结构设计规范》 JTJ267-98附录F，素砼结构构件计算，对素砼受弯构件的正截面承载力按下式计算：

Mu

16 2

mftbhd

Mu——构件受弯承载力设计值，

γd——素砼结构系数，对受弯计算，取2.0； γm——截面抵抗矩的塑性影响系数，取1.55 ft——砼抗拉强度设计值； 按C20混凝土计算，ft 1.10MPa； b——混凝土单位宽度，b=1000mm 此时封底混凝土有效厚度按2.3m取

1.55 1.10 1000 2.32

Mu6 2.0

752kN m

M ql2

y 0.1547 60 4.42 179.7kN m

Mu M，抗弯强度满足。

九、壁体结构计算

1、壁体材料 面板： t=8mm 次梁： L75×50×6

A=7.26cm2 Ix=41.1cm4 z0=24.4mm

环板：

t=12mm

水平横撑： 2L75×6 2、荷载计算

A=17.60cm2

计算工况二（浇筑封底混凝土） 外壁最大面荷载： 0.9 30.0 30.9kN/m2 内壁最大面荷载： 30.0kN/m2 计算工况三（抽水完毕）

外壁最大面荷载： 0.9 30.0 30.9kN/m2 内壁最大面荷载： 30.0kN/m2 3、纵向次梁计算

M ql2 0.105 13.91 1.12 1.77kN m

面板参与次梁工作，其有效宽度按《水利水电工程钢闸门设计规程》DL/T 5039-95 G.0.2条规定

B 1bB 60 bl

l00.60 1.1 1.47 b0.45

查表 1 0.52 6 b 450mm B 1b 0.526 450 237mm 又

A2 Z

I W1.77 106

56.9MPa [ ] 160MPa

W31082

M

4、面板计算

按《水利水电工程钢闸门设计规程》DL/T 5039-95 G.0.1条规定：

b/a 1.5，或面板长边方向与主梁轴线垂直时，需按下式验算面板

A

点的折算应力。

zh my2 mx ox2 my mx ox 1.1

my kyqa2/ 0.5 0.0309 4502/82 48.9MPa

2

mx 0.3 my 0.3 48.9 14.7MPa

ox 1.5 1 0.5

M

1.5 0.526 0.5 56.9 16.4MPaW

故 zh 48.92 14.7 16.4 2 48.9 14.7 16.4 42.9MPa

160MPa

内壁水压：30.0kPa

q1 30.9 1.1 34.0q2 30 1.1 33.0

壁体结构：

A 492 8 120 12 5376mm2

492 8 124 120 12 60

106.9mm

492 8 120 121122

I 492 83 492 8 124 106.9 12 1203 120 12 106.9 60 1212z

I 607cm4

W

I

56.8cm3 10.69

水平横撑： 2L75×6

A=17.60cm2

应用SAP 93程序计算： 最大位移：7.6mm

水平横撑最大应力：123MPa 环板最大应力：142MPa 160MPa 6、组合箱梁及支撑计算

11 11

翼缘板宽度bf mm,取bf 300mm ~ h ~ 754 151~251

5

3

5

3

翼缘板厚度取为tf 18mm

h

腹板厚度按经验公式tw w.5 738.5 7.8mm,取tw 12mm

翼缘板外伸宽度与厚度之比部稳定要求。

bf

8 13，满足局ffy

考虑面板兼作梁翼缘板，其有效宽度为：

B b 60 300 60 8 780mm

1

78 75.43 28.8 70.23 48 73.83

12

348232cm4I

W

I

9237cm3 37.7

2

A 0.8 78 2 1.8 30 2 1.2 70.2 317cm

梁Ⅰ： A=317cm2 I=348232cm4 W=9237cm3

梁Ⅱ（钢管φ720x8）:

A

4

(722 70.42) 179cm2 I

64 (D4 d4) 113408cm4

W I36

3150cm3

i

I

A

25.2cm li

8.2

0.252

32.5 查得稳定系数 0.927

梁Ⅰ根部： 79.0MPa 梁Ⅰ位移：1.2mm 梁Ⅰ剪力：Q 727kN 梁Ⅰ根部剪应力： QS

It 80.9MPa w

撑点位移：0.2mm 梁Ⅱ轴力：N 201kN

N201 103

A 0.927 17900

12.1MPa

十、吊耳计算

吊轴采用Q235钢， 65N

mm2

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