双壁钢围堰设计

一、钢围堰尺寸：

承台尺寸为19.8×18.406m；

最大对角线长度：max(19.82?7.6252,12.8252?18.4062)=max(21.218,22.434) =22.434m，为此，确定双壁钢围堰的内径为23.5m，外径为25.5m。

在最大对角线处富余量（23.5-22.434）÷2=0.533m。

二、双壁钢围堰构造

外壁板厚δ=6mm，内壁板厚δ=6mm，竖肋采用∠75×75×8角钢，间距1.0m，水平肋∠75×75×8角钢，间距0.5m，行桁架采用∠75×75×8角钢，间距1.0m。

1、 水平桁架强度检算： （1）承台底面处： 双壁间有C30混凝土参加受压。 作用于双壁钢围堰四周侧面的水压力： 取γ=1.0 t/m3

ρ= γH=1.0×（9.96-2.035）=7.925t/m2

水平桁架上作用的水压力：P=ρ×1.0=7.925t/m 水平桁架弦杆中作用的轴向压力： N=PR=7.925×25.5/2=101.044t

水平桁架弦杆采用∠75×75×8角钢产生的应力： 查表知：F=11.503cm2， 则

：

σ

=N/2F

=101.044/11.503/2=4.409t/

cm2=440.9Mpa>[σ]=180 Mpa

钢围堰双壁间填充C30混凝土，混凝土中的应力： σ =N/F=101.044/1.0/1.0=101.044t/m2=1.01 Mpa<[σ]=4 Mpa

由此可以看出在双壁钢围堰间灌注C30混凝土可以满足水平桁架强度要求，而不灌注C30混凝土，则不能满足强度要求。故在施工过程中必须在双壁钢围堰的双壁间、承台顶面以下填充C30混凝土。

（2）承台顶面处：

钢围堰双壁间灌注水无混凝土：

作用于双壁钢围堰四周侧面的水压力：ρ=γH=1.0×（9.96-7.035）=2.925t/m2 水平桁架上作用的水压力：P=ρ×1.0=2.925t/m

施工水位 承台顶面 承台底面 围堰底 钢围堰水位标高图

水平桁架弦杆中作用的轴向压力：N=PR=2.925×25.5/2=37.294t

水平桁架弦杆采用∠75×75×8角钢产生的应力：查表知：F=11.503cm2， 则：σ =N/2F =37.294/11.503/2=1.621t/ cm2=162.1Mpa<[σ]=180 Mpa 钢围堰双壁间填充C30混凝土，混凝土中的应力： σ =N/F=37.294/1.0/1.0=37.294t/ m2=0.373 Mpa<[σ]=4 Mpa

即采用∠75×75×8角钢作为水平桁架弦杆，在承台顶面处基本满足强度要求，若考虑压杆折减，则强度不能满足要求，因此在施工工程中必须在双壁钢围堰的双壁间、承台顶面以下填充C30混凝土。

3、双壁钢围堰壁板中局部弯曲应力：

1）承台底面处：由于双壁间灌有C30混凝土，壁板上的水压力直接传给混凝土，壁板的强度满足要求。 2）承台顶面处： （1）外壁板σ =6mm水平肋竖向间距b=500mm，竖肋间距a=1001.4mm 水压力：ρ= γH=1.0×（9.96-7.035）=2.925t/m ① 按“桥梁地基和基础”第277页情况六：四周固结板 lx/ly=500/1001.4=0.50

Mx=0.040×2.925×10-4×502=0.02925t·cm My=0.0038×2.925×10-4×502=0.00278 t·cm

o=0.0829×2.925×10-4×502=0.06062 t·cm Mx2W=1/6×1.00×0.62=0.06cm3

σ = Mx /W=0.02925/0.06=0.4875 t/cm2=48.8 Mpa <[0.9?T]=216 Mpa

oσo= Mx/W=0.06062/0.06=1.01033 t/cm2=101.0 Mpa <[0.9?T]=216 Mpa

② 按新版“机械设计手册”第一卷第四篇第一章4—61页，四周固定 b取1000mm时： σmax=α（b/t）2q

a/b=1000/1001.4=1.00 α=0.3078 t=0.6cm q=2.925×10-4t/cm2

有：σmax =0.3078×(100/0.6)2×2.925×10-4=2.50091t/cm2=250.1 Mpa>[0.9?T]=216 Mpa b取900mm时： σmax =α（b/t）2q

a/b=1000/900=1.1111 α=0.3109 t=0.6cm q=2.925×10-4t/cm2 有：σmax =0.3109×(90/0.6) 2×2.925×10-4=2.0461 t/cm2=204.6 Mpa<[0.9?T]=216 Mpa b取500mm时： σmax =α（b/t）2q

a/b=1000/500=2 α=0.4974 t=0.6cm q=2.925×10-4t/cm2

有：σmax =0.4974×(50/0.6) 2×2.925×10-4=1.0103 t/ cm2=101.0 Mpa <[0.9?T]=216 Mpa 为此，水平肋竖向间距必须小于等于900mm，才能满足要求。

（2）内壁板：σ =6mm水平肋竖向间距b=500mm，竖肋间距a=922.8mm ① 按新版“机械设计手册”第一卷第四篇第一章4—61页，四周固定： b取900mm时： σmax =α（b/t）2q

a/b=922.8/900=1.025 α=0.3172 t=0.6cm q=2.925×10-4t/cm2 有：σmax =0.3172×(90/0.6) 2×2.925×10-4=2.088t/cm2=208.8Mpa<[0.9?T]=216 Mpa ② 按新版“机械设计手册”第一卷第四篇第一章4—61页，四边简支： b取900mm时： σmax =α（b/t）2q

a/b=922.8/900=1.025 α=0.2985 t=0.6cm q=2.925×10-4t/cm2 有：σmax =0.2985×(90/0.6) 2×2.925×10-4=1.964t/cm2=196.4 Mpa<[0.9?T]=216 Mpa 经以上检算：施工中双壁钢围堰间的注水标高要保证在设计水位+9.96以下，双壁钢围堰间水平肋竖向间距要小于等于900mm，才能满足强度要求。

三、双壁钢围堰的重量

设计提供数据： H=13m 重为260吨 方案一

（一）封底混凝土 1、封底混凝土厚度

封底混凝土厚度的确定以双壁钢围堰总重+封底混凝土重以满足克服抽水后双壁钢围堰总浮力的原则确定，并进行强度检算。其抗浮检算公式为：抽水后双壁钢围堰的浮力Q=D（双壁钢围堰自重D1+封底混凝土重量D2+双壁间填充混凝土重量D3+双壁钢围堰壁间水重D4）

钻孔桩的抗拔力作为安全系数考虑，不列入抗浮检算，封底混凝土的标号为C30，混凝土单位重量取2.50t/m3。双壁钢围堰内外壁间填充混凝土与承台顶面同高。

2、封底混凝土抗浮计算

封底混凝土厚度假设为h，混凝土单位重量取2.50t/ m3，施工水位9.96m。 （1）水浮力Q由双壁钢围堰自重D1、封底混凝土重量D2、双壁间填充混凝土重量D3及双壁钢围堰壁间水重D4平衡。

① 封底混凝土底面上作用的向上水浮力：

Q =(1/4×π×25.52-1/4×π×2.82×14)×(9.96-2.035+h)= (510.705-86.205)×(7.925+h)

=424.5×(7.925+h)=3364.16+424.5h Q =3364.16+424.5h

② 双壁钢围堰自重按260吨计，则D1=260t ③ 封底混凝土重量为：

D2=（1/4×π×23.52-1/4×π×2.82×14）×h×2.50=（433.736-86.205）×h×2.50=868.83h

④ 双壁钢围堰间填充混凝土 双壁间混凝土重量：承台以下填充混凝土 D3=1/4×π×（25.52-23.52）×（h+5）×2.50=1/4×π×98×（h+5）×2.50=192.423×（h+5）=192.423h+962.115

⑤ 双壁钢围堰承台顶面以上双壁间灌H=9.96-7.035=2.925m高的水 D4=1/4×π×（25.52-23.52）×2.925=1/4×π×98×2.925=225.13t 则：3364.16+424.5h =260+868.83h +192.423h+962.115+225.13

636.75h=1916.92 h=3.01m

（2）考虑桩承受上拔力

桩的上拔力即钢筋混凝土抗拉力D5，桩身直径?250cm，C30混凝土的允许拉应力为2.0/3.5=0.57MPa

D5=57×(2.5/2)2 ×π×14=3917.17 令∑D1-5=Q

则636.75h+3917.17=1916.92 h=－3.14m

3、封底混凝土抗浮检算 钻孔桩14?2.5m，L=60m。

桩自重：G=1/4×π×2.52×60×2.5=736.30t

桩身压应力 σ=736.30/（1/4×π×2. 52）=150t/m2=1.50 MPa 令D1+D2+D3+D4=Q (1) 封底混凝土厚度取：3.00m 636.75h=1916.92 h=3.00m 则 636.75×3.00-1916.92 = -6.67t 每根桩受力：N=6.67/14=0.48 t

桩身钢筋混凝土所受拉应力σ =0.48/(π×2.52/4)=0.098t/m2=0.001MPa