京沪高速某特大桥钢板桩围堰计算书.doc

京沪高速*特大桥钢板桩围堰设计计算书1. 桥型布置本桥段桥跨布置 (60.75+100+60.75)m连续梁双线铁路桥。桥型图如下：图1 桥型布置图2.计算依据2.1. 京沪高速*特大桥设计图；2.2. 公路施工手册 桥涵上；2.3. 公路桥涵地基及基础设计规范；2.4. 钢结构设计规范（GB500017-2003）；2.5. Midas设计手册。3.钢板桩围堰布置图 钢板桩围堰主要由拉森型钢板桩、组合型钢组成，具体布置图如下：图2 1-1平面布置图图3 2-2立面布置图4、钢板桩计算4.1.钢板桩计算参数钢板桩型号：拉森型钢板桩，其规格及参数见图2和表1： 图4 拉森型钢板桩断面图表1型号质量断面模量（cm3）钢板桩尺寸（mm）（kg/m）对a边对b边bht1t275315.2814.840015515.594.2.钢板桩支撑设计 本钢板桩方案设置4道钢围囹支撑，1.5米厚混凝土封底，入土深度不小于3.0米，钢板桩立面图如下：图5 钢板桩立面图4.3.荷载计算 钢板桩外侧主要承受静水压力、动水压力、浮土压力，内侧主要承受钢围囹支撑力和封底混凝土锚固力。4.3.1.静水压力计算承台底部水压力： 4.3.2.动水压力计算动水压力采用计算：K1.8-2.0，此处取2；H水深（m），此处为8m；v流速(m/s)，此处为1.73m/s；B阻水宽度（m），此处为1m；水的容重（）；g重力加速度（）。1m宽范围内的动水压力：由上计算知每沿米宽度内动水产生239KN压力，动水压力将给钢板桩围堰带来许多困难，因此采取在围堰上游打设“人”字形分水岭钢板桩挡墙，与水流方向成30度夹角，以减小围堰钢板桩处的流速，此时分水挡墙钢板桩处流速为， 围堰处流速按0.5m/s考虑，达到减小动水压力、保护钢板桩围堰的目的。分水岭钢板桩挡墙图如下：图6 分水岭钢板桩挡墙图当v=0.5m/s时，1m宽范围内的动水压力：动水压力作用在钢板桩上线荷载：p=P/8=2.5KN/m4.3.3.土对钢板产生的压力计算土压力采用 计算。 主动土压力系数，为粘土的内摩擦角； H土层厚度（m）； 土的容重，此处由于土层位于水中，取土的浮容重9。则土压力计算如下：主动土压力 4.4.钢板桩计算模型钢板桩检算时宽度取1m，主要分为5个工况，钢板桩插打完毕，加第一道支撑，并抽水至第二道支撑标高以下1米处且未加第二道支撑时为工况一；第二道支撑加好后，继续抽水至第三道支撑标高以下1米处且未加第三道支撑时为工况二；第三道支撑加好后，往围堰内加水至与外水平面一致，然后围堰内挖土至封底混凝土底标高时为工况三；完成水下封底，混凝土达到设计强度时抽水至第四道支撑下0.5米，且未加第四道支撑时为工况四；第四道支撑加好后，继续抽水至承台下侧垫层底标高处为工况五。4.4.1.工况一4.4.1.1.结构模型及荷载（KN、m）4.4.1.2.支撑反力（KN）第二道钢围囹每沿米支撑反力：F=102KN4.4.1.3.钢板桩组合应力（MPa）最大组合应力：=194MPa=215 MPa 可4.4.1.4钢板桩变形钢板桩最大变形：f=7.6mmf=6500/150=43mm 可4.4.2.工况二4.4.2.1.结构模型及荷载（KN、m）4.4.2.2.支撑反力（KN）第二道钢围囹每沿米支撑反力：F=50KN，第三道钢围囹每沿米支撑反力：F=283KN4.4.2.3.钢板桩组合应力（MPa）最大组合应力：=155MPa=215 MPa 可4.4.1.4钢板桩变形钢板桩最大变形：f=4.4mmf=5000/150=33mm 可4.4.3.工况三4.4.3.1.结构模型及荷载（KN、m）4.4.3.1.支撑反力（KN）第一道钢围囹支撑反力：F=4KN第二道钢围囹每沿米支撑反力：F=-37KN第三道钢围囹每沿米支撑反力：F=87KN圆砾石基础每沿米支撑反力：F=76KN4.4.3.2.钢板桩组合应力（MPa）最大组合应力：=62MPa=215 MPa 可4.4.3.4钢板桩变形钢板桩最大变形：f=9.5mmf=3000/150=20mm 可4.4.4.工况四4.4.4.1.结构模型及荷载（KN、m）4.4.4.2.支撑反力（KN）第一道钢围囹每沿米支撑反力：F=32KN第二道钢围囹每沿米支撑反力：F=112KN第三道钢围囹每沿米支撑反力：F=461KN封底混凝土每沿米支撑反力：F=398KN4.4.4.3.钢板桩组合应力（MPa）最大组合应力：=176MPa=215 MPa4.4.4.4钢板桩变形钢板桩最大变形：f=7.7mmf=3000/150=20mm 可4.4.5.工况五4.4.5.1.结构模型及荷载（KN、m）4.4.5.2.支撑反力（KN）第一道钢围囹每沿米支撑反力：F=33KN第二道钢围囹每沿米支撑反力：F=157KN第三道钢围囹每沿米支撑反力：F=260KN第四道钢围囹每沿米支撑反力：F=412KN封底混凝土每沿米支撑反力：F=229KN4.4.5.3.钢板桩组合应力（MPa）最大组合应力：=85MPa=215 MPa 可4.4.5.4.钢板桩变形钢板桩最大变形：f=1.2mmf=3000/150=20mm 可 综合上述：第一道钢围囹每沿米支撑最大反力：33KN, 第二道钢围囹每沿米支撑最大反力：157KN, 第三道钢围囹每沿米支撑最大反力：461KN, 第四道钢围囹每沿米支撑最大反力：412KN。钢板桩强度和刚度在施工过程中和围堰成型后均满足要求。5钢围囹设计计算钢围囹支撑荷载主要是取各工况下对应支撑处的最大反力，对一到四工况下安全系数取1.05，对第五工况下安全系数取2。钢围囹支撑反力见下表：表2项目支撑1支撑2支撑3支撑4荷载（KN/m）361725084535.1.第一道钢围囹 第一道钢围囹主要材料：HN 500x150x10/16工字钢。5.1.1.结构模型及荷载(KN,m)5.1.2. 结构组合应力(MPa)最大组合应力：=56MPa=215 MPa 可5.1.3.结构变形(mm)钢围囹最大变形：f=2.9mmf=20000/300=67mm 可5.2.第二道钢围囹 第二道钢围囹主要材料：组合型钢，具体尺寸见结构详图。5.2.1.结构模型及荷载(KN,m)5.2.2. 结构组合应力(MPa)最大组合应力：=66MPa=215 MPa 可5.2.3.结构变形(mm)钢围囹最大变形：f=3.5mmf=20000/300=67mm 可5.3.第三道钢围囹 第三道钢围囹主要材料：组合型钢，具体尺寸见结构详图。5.3.1.结构模型及荷载(KN,m)5.3.2. 结构组合应力(MPa)最大组合应力：=101MPa=215 MPa 可5.3.3.结构变形(mm)钢围囹最大变形：f=5.4mmf=20000/300=67mm 可5.4.第四道钢围囹 第四、五道钢围囹主要材料：3I50a工字钢、450x14mm钢管。5.4.1.结构模型及荷载(KN,m)5.4.2. 结构组合应力(MPa)最大组合应力：=88MPa=215 MPa 可5.4.3.结构变形(mm)钢围囹最大变形：f=4.6mmf=20000/300=67mm 可6.混凝土封底设计计算封底混凝土标号为C25,计算厚度取1.0m,计算时考虑封底混凝土与混凝土桩和钢板桩共同作用。采用ansys建立实体模型进行分析，封底混凝土采用SOLID65单元模拟，SOLID65单元用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。该实体模型可具有拉裂与压碎的性能。在混凝土的应用方面，如用单元的实体性能来模拟混凝土，而用加筋性能来模拟钢筋的作用。当然该单元也可用于其它方面，如加筋复合材料（如玻璃纤维）及地质材料（如岩石）。该单元具有八个节点，每个节点有三个自由度，即x,y,z三个方向的线位移；还可对三个方向的含筋情况进行定义。本单元与SOLID45单元（三维结构实体单元）的相似，只是增加了描述开裂与压碎的性能。本单元最重要的方面在于其对材料非线性的处理。其可模拟混凝土的开裂（三个正交方向）、压碎、塑性变形及徐变，还可模拟钢筋的拉伸、压缩、塑性变形及蠕变，但不能模拟钢筋的剪切性能。 6.1. 封底混凝土计算模型 ansys实体模型如下：6.2. 封底混凝土位移（单位：m） 最大位移为：f=0.8mm 可6.3. 封底混凝土x方向应力（单位：Pa）最大应力为：=0.53MPa=1.55x0.75=1.16 MPa 可6.4. 封底混凝土y方向应力（单位：Pa）最大应力为：=0.5MPa=1.55x0.75=1.16 MPa 可6.5. 封底混凝土x方向应力（单位：Pa）最大应力为：=0.23MPa 1.2式中：G钢板桩围堰重量+封底混凝土自重+桩基对封底混凝土锚固力+钢围堰摩阻力； F水的浮力；浮力： 钢围堰重量： g1=1880KN封底混凝土自重：g2=(3.14x9x9-3.14x0.75x0.75x21) x2x24=10428KN桩锚固力： g3=3.14x1.6x2x250x21=49455KN钢围外围摩阻力： g4 =3.14x20x8x30=15072KN由K=（g1+ g2+ g3+ g4）/F=1.531.2，则稳定性满足要求。 中铁二十局一公司李建军 2011-07-20重庆 15009101888