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钢围堰的受力分析

一钢围堰设计概述及主要施工方法

主墩承台变更设计后的平面尺寸17.4×17.4m。基本位于河道中心，据地质资料水深3~4m，、承台厚度为5米，分为上下两层各2.5m。设计承台位于河床下，考虑到承台平面尺寸较大，开挖较深，本工程优先选用目前比较成熟的双壁钢围堰解决承台混凝土水中施工止水，基坑开挖与支护的问题。

主要施工方案：制作围堰由专业船厂生产，分节块运输，在现场钻机平台上分节块拼装，固定吊点下沉。

二受力分析项目

根据以上概况和主要施工方法，钢围堰主要进行如下受力分析：围堰面板钢壳围堰竖肋、水平桁架计算、围堰整体稳定性、混凝土围堰圈稳定性分析。

三受力分析

3.1围堰钢壳受力分析

采用允许应力法进行验算

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围堰剖面示意图

承台对角线长17.42+17.42=24.6米，因此围堰的内径d1=25.6米外径d2=27.6米围堰高H=1.5+4+5+3=13.5米封底混凝土厚2.5米，围堰壁厚1米。平行桁架间距1米，竖肋间距0.5米钢壳内混凝土填充高度到承台顶。

h=4m

围堰平面示意图

围堰面板钢壳A3,[σn]=170Mpa。抗弯应力[σw]=180Mpa工地手工焊接允许拉应力120Mpa允许剪应力70Mpa

面板计算简图围堰竖向肋间距a=0.5米，b=1.0米

b=1=2a0.5

钢壳按单向板计算取四跨连续作为计算图示，取1米宽水压常数q0承受的水头差

q=hr.1=hr=40kN/m

Mmax=0.077qa2=0.077×40×0.52=0.77kN.m

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面板δ=6mm，A3钢板作为围堰钢壳是安全的。

3.2竖向肋角钢受力分析

水平桁架间距1.0米竖肋角钢按三跨连续梁验算其断面如下

角钢与围堰壁的组合截面

查手册《桥梁施工常用手册》知竖肋L63×63×6mm角钢的截面参数

A角=7.288cm2b=63mmd=6mm

Ix=27.12cm4Z0=1.78cmWx=6cm3求组合截面形心轴位置

A矩×(6.3一y+0.3)一A角(y一1.78)=021.6×(6.3一y+0.3)一7.288(y一1.78)=0y=5.843cm

Z=6.3+0.6-5.843=1.516cm求组合截面的惯性矩

I组=I矩+I角+A矩(z一0.3)2+A角(y一1.78)2

=+27.12+21.6×(1.516一0.3)2+7.288(5.843一1.78)2

=154.37cm4

作用在竖向角钢上的水压力均以最大水头差H=4米q=hr来考虑宽a=0.5米设计最大弯矩

M=0.08h0rab2=0.08×4×10×0.5×12=1.6kN.m最大设计剪力

Q=0.06hr0ab=0.06×4×10×0.5×1=12kN

S=21.6×(6.3+0.6一5.384一0.3)+0.6×(6.3一5.384)2×=20.03cm3

因此竖肋满足承载力要求。

3.3水平桁架验算

1由于水平托架宽度与围堰半径相差甚远，在内外壁承受相等的水压时水压作用在内外壁的分布面积近似相等，因而两面的压力近似平衡，内外堰壁整体不会发生向圆心弯曲，所以压应力全部由斜杆承受。

2当内外水压相差较大时井壁会发生向圆心方向弯曲。因而弦杆也会承受水压力。井壁受水压由斜杆结合弦杆共同承受，弦杆按承受集中力的简支梁图示计算。

水头差按4米考虑

围堰周长l=πD=3.14×27.6=86.64m

水平桁架结点个

o、clo、1/2

斜杆受力示意图

斜杆L63×63×6A=7.288cm2

轴向应力=30.63Mpa

3.4斜杆稳定性验算

=427.9kN﹥N=22.3kN斜杆受力安全

围堰内外水压相差较大即水头差H=4米

2o·

弦杆计算示意图

F=兀D6q×1==40kN

44M=1F.2a=1×40×1=10kN.

44

75

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斜杆截面图

弦杆截面角钢L75×75×6mm

A=8.797Ix=46.95cm4