黄冈公铁两用长江大桥主墩围堰B版设计计算黄冈公铁两用长江大桥工程 主 墩 围 堰 设 计 计 算计 算：复 核：室 主 任：总工程师：中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部2009年12月目 录1、围堰结构21.1、围堰的组成部分21.2、围堰相关参数31.3、主要施工步骤及计算内容32、计算依据33、工况分析34、围堰结构计算44.1、双壁侧板44.2、底龙骨144.3、内支架154.4、围堰封底混凝土计算205、结论251、围堰结构1.1、围堰的组成部分、双壁侧板、底板及龙骨、底隔仓、内支架、吊杆、上、下固定导环、活动导环围堰总图1.2、围堰相关参数、围堰外轮廓尺寸：38.4m(宽)55.4m(长)。其中：底节16.5m。、围堰底节重：约2577t（不含挂桩等）。、钢材力学性能：允许抗拉、抗压和抗弯应力=170MPa； 工厂贴角焊缝抗拉、抗压和抗剪=100 MPa；工地手工焊缝抗剪=80MPa；1.3、主要施工步骤及计算内容序号施工步骤计算内容1围堰浮运到位，灌砼下沉至设计标高1）下水时的吃水深度和侧板的验算2围堰封底、抽水1）封底时的龙骨即吊杆验算2）抽水后的侧板及内支撑验算3）围堰抗浮验算4）抽水后封底混凝土强度验算3浇注第一层承台1）封底混凝土验算4内支架拆除后塔柱施工2）侧板计算2、计算依据（1）黄冈公铁两用长江大桥主塔墩基础结构图。（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。 （3）公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000）。（4）钢结构设计规范(GB50017-2003)。 3、工况分析工况一：围堰底节整体浮运到墩位后，精确定位后插打定位钢护筒底隔舱面积706m2，双壁面积338 m2围堰吃水深度:2577/(706+338)=2.46m侧板内外壁承受对压水头荷载。工况二：围堰作为钻孔平台，进行钻孔桩施工钢吊箱由12根定位钢护筒承载，钻孔过程中双壁隔舱灌水高度根据根据水位变化相应调节。工况三：钻孔桩全部施工完成后，根据现场水位考虑是否接高围堰顶节，下放至设计标高工况四：浇注封底混凝土工况五：抽水，浇注第一层承台工况六：浇注第二层承台工况七：拆除内支架，进行塔柱施工4、围堰结构计算4.1、双壁侧板a、围堰壁板围堰壁板采用=6mm，L75506mm角钢加劲。加劲肋布置：最大间距为350mm，跨度有800、1000mm。考虑50倍6mm板参与共同受力，其截面特性为：A=2520mm2I=1885940mm4 W=30069mm3（1）1000段加劲肋允许最大水头:由 (加劲肋按Mmax=1/10qL2计算)则壁板加劲肋允许最大水头为:由得双壁板允许最大水头为:故1000mm段壁板允许水头为13.3m。（2）800段加劲肋允许最大水头:由 (加劲肋按Mmax=1/10qL2计算)则壁板加劲肋允许最大水头为:由得双壁板允许最大水头为:故800mm段壁板允许水头为21m。b、围堰水平环及内支架计算围堰水平环受力控制工况为工况五,采用midas软件建立1/4整体模型，壁板内灌注的混凝土采用实体单元，面板采用加劲板单元，其余为梁单元，模型图如下所示：高水位+20.0m，双壁内灌注混凝土假定6.5m高，标高位置+5.5m，此时水头差20-5.5=14.5m，要求单壁最大水头9m，故按五种情况检算：（1）内、外壁各7.25m水头；（2）内壁5.5m水头，外壁9m水头；（3）内壁9m水头，外壁5.5m水头；（4）围堰下沉工况；（5）拆除内支架，塔柱施工。围堰计算1/4模型图（1）内、外壁各7.25m水头计算得到水平环最大应力(绝对值)如下表所示：表1-1 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）非内支架对应位置内支架对应位置3098.666.5188(未计加强板)1/4结构水平环组合应力图（Mpa）1/4围堰双壁内桁架轴力图（t）杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-11.6-18.2A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-165-140是否满足要求满足满足隔舱板最大应力为127MPa，隔舱板应力图如下隔舱应力图（2）内壁5.5m水头，外壁9m水头计算得到水平环最大应力(绝对值)如下表所示：表1-2 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）非内支架对应位置内支架对应位置2910667.8174(未计加强板)1/4结构水平环组合应力图（Mpa）围堰双壁内桁架轴力图（t）杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-11.8-17.3A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-168-133是否满足要求满足满足隔舱板最大应力为117MPa。隔舱应力图（3）内壁9m水头，外壁5.5m水头计算得到水平环最大应力如下表所示：表1-3 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）非内支架对应位置内支架对应位置26.7105.590.8196(未计加强板)水平环组合应力图围堰双壁内桁架轴力图（t）杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-11.5-18.8A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-165-145是否满足要求满足满足隔舱板最大组合应力为143MPa。隔舱板组合应力图（4） 围堰下沉工况侧板内外壁承受对压水头取值为h=9.0m。计算得到水平环最大应力如下表所示：表1-3 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）169.380.974.3杆件稳定验算表杆件L10010L12512Nmax（t）-10.8-6.7A（mm2）19262891i（cm）1.962.46L（mm）22362236=L/i114910.470.61=0.6+0.00150.7710.737=Nmax/A/（MPa）-154.7-51.6是否满足要求满足满足水平环组合应力图围堰双壁内桁架轴力图（t）（5） 拆除内支架，塔柱施工拆除内支架之前，可使双壁内水位高于承台顶部标高4.5m，即调节双壁内水位标高保证双壁内水位标高在+13.5m左右，水位+20m进行检算。侧板承受水头外壁为h=20-13.5=6.5m，内壁13.5-9=4.5m。计算得到水平环最大应力如下表所示：表1-3 第一节围堰水平环应力表61000段水平环7800段水平环41000段水平环24012+1201030016+1501228012+12012最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）最大组合应力（Mpa）33.572.5136由计算得到双壁内桁架轴力及隔舱版受力不满足要求，故塔柱施工时需要设置临时支撑。4.2、底龙骨龙骨截面为HN5002001016，所受荷载有：混凝土自重、浮力、底板及自身的重力；混凝土自重与浮力的合力为4.6t/m2(作用在底板上)。建立1/2整体模型，龙骨局部位置加强后，计算得到龙骨最大应力值为154.5MPa，吊点位置处最大反力为98.3t，龙骨应力图及吊杆轴力图如下图所示：1/2龙骨应力图1/2结构吊点轴力图4.3、内支架内支架上下弦杆采用HM488x300型钢，斜杆采用228b截面，竖杆采用225b截面，平联采用2L100x10截面。内支架高3.0m。a、围堰挂桩工况布置6台钻机，每台钻机及其钻具按150t计。侧板及底隔舱共重1003t，其自重主要由浮力平衡（侧板内外壁间的面积为338m2，则需控制侧板壁板内水头比壁板外水头低3.0m以上）；底板、底龙骨重量为285t，该重量由吊杆承担，加上吊杆自身重量155.4t，吊杆总数为136根，则每个吊杆力为1.2t。考虑水头变化影响，侧板按照30%压重作用在内支架上，水流流速按照4m/s计算得到每个定位桩处水平力61t。 计算模型如下图所示：围堰挂桩工况1/2计算模型（钻机第一次循环）内支架斜杆与竖杆杆件性能表截面特性228b(背靠背)228b（相扣）225b面积A（mm2）903190317895i（mm）36.467.735.7计算长度l(mm）360536053000长细比99.0453.284.03稳定系数0.5610.8420.661计算结果见下表所示：循环次数HM488最大组合应力（Mpa）2L10010最大组合应力（Mpa）228b轴力228b应力225b内力225b应力