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钢吊箱围堰设计检算B(接水深14m设计)(黄织)


钢吊箱围堰设计检算
一、底模设计重量计算 施工常水位 1139.66m,淤泥顶标高 1120.9m,承台底 标高为 1124.63m,承台平面尺寸 27.2×17m,高 5m。吊箱按 枯水季度水位 1136.63m 设计,采用双壁钢围堰,围堰双壁 之间间距按 1m 设计, 钢吊箱高 14m,底模平面外轮廓尺寸 29.3×19.1m。假设封底砼厚 2m,假设钢吊箱重 350t(不含 内支撑杆及吊挂系统) 。 1、底模所受的浮力: P 浮=29.3×19.1×9.8×14=76781KN 2、封底砼重: P 封砼=27.3×17.1×2×2.4=2240t 3、在浇注注封底砼时,底模所受的力: P 底 1= P 封砼+ P 箱+12×27.3×17.1×0.98+14×(29.3×2+17.1 ×2)×0.98- P 浮 =2240+350+5490+1273-7678=1675t 底模单位受力:1675/(29.3×19.1)=2.99t/m
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4、封底砼达到强度,抽干围堰内的水后,底模受力计算 (1)底模浮力计算: P 浮=29.3×19.1×9.8×14=76781KN (2)抗浮力计算
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P 抗浮= P 封砼+P 箱+ P 粘+ P 壁+P 杆=2240+350+3560+1273+1719 =9147t>P 浮=7745t(可) ①P 封砼=2262KN ②P 箱=300t ③封底砼与钢护筒之间的粘结力,粘结系数按经验值 150KN/m 计,则: P 粘=3.14×2.7×14×2×15=3560t ④抗浮拉杆抗浮力 抗浮拉杆采用 1 根 I25 工字钢,抗浮拉杆与钢护筒焊接点的 间距为 3m,每根抗浮力: P=Iπ E/l =280.4×10 ×3.14 ×2×10 /3000 =614362N=61t 共设置 28 根抗浮拉杆,顶部焊接于钢护筒上,抗浮力总和: 61×28=1719t ⑤双壁钢围堰内水重: (27.3+19.1)×2×14×9.8=1273t 二、底模检算 底模设计以浇注水下砼时,底模受力(单位受力 2.99t/m2)作为设计检算依据。 底模设计结构 纵梁:采用 I36b 工字钢,共设 11 排,两排之间最大间 距为 1.63m。
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2 2 4 2 5 2 2

横向加肋:采用[16 槽钢,间距为 1.45m。 底模:采用δ=20mm 钢板 底模吊点布设:横向吊点间最大间距为 1.63m,纵向间 距为 2.9m。 1、纵梁检算 I36 工字钢受均布荷载: q=1.63×2.99=4.874t/m
2

最大弯距:M=ql2/8=(4.874×2.9 )/8=5.124t.m 最大弯曲应力: 最大弯曲应力: σ=M/W=5.124×10 /(920.8×10 ) =56MPa<[σ]=145 MPa(可) 2、横向加劲肋检算 横向加劲肋采用[16a 槽钢,槽钢按 1.45m 布设,共用 20 根槽钢 槽钢横向加劲肋受均布荷载为: q=2.99×1.45=4.336t/m 加劲肋最大跨度为 1.63m 最大弯矩: M= ql2/8=4.336×1.63 /8=1.44t.m 最大弯曲应力: σ=M/W=1.44×10 /(108.3×10 =133MPa<[σ]=145 MPa(可)
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7 3 2 7 3

3、封底砼抗弯曲应力检算 抽干水后,封底砼所受的单位浮力: 9.8×14=137.2KN/m 弯曲拉应力检算: 最不利荷载区域为 3.1×7.12m,所受的均布荷载为: q=2.83×7.12×137.2/7.12=388KN/m M =388×7.12 /8=2460 KN.m W=2.83×2 /6=1.887m
6 2 3 2 2

σ=M/W=2460×10 /(1.887×10 ) =1.3MPa=[σ]=1.3 MPa(可) 三、侧模设计及检算 侧模结构: 内外双壁:采用δ=5mm 钢板 竖向主肋:采用 18 组工字钢,每组采用 4 根 I28b 工字钢, 最大间距为 6.85m 内壁竖肋:采用[16a 槽钢,间距 1m 外壁竖肋:[6.3a 槽钢,间距 1m。 环向水平肋:根据受力不同,分别采用不同规格槽钢。 水平肋间连接杆:根据受力不同分别采用不同角钢及布置形 式。 主肋之间竖向连接杆:采用┕75×75×5 角钢,间距按 1m 布 设。
4

9

内撑杆:内撑杆设置两层,横向设置 2 个支点,纵向设置三 个支点 1、竖向主肋选用

竖向主肋受力分析

μBA=(4÷3.5)/[(4÷3.5)+(3÷4.5)=0.632 μBC=(3÷4.5)/[(4÷3.5)+(3÷4.5)=0.368 MAB=[-(q1+q2)l /12]+[-q3l /20] =[-(266+300)×3.5 /12]+[-234×3.5 /20]=-721KN.m MBA=[ (q1+q2)l /12]+[ q3l /30] =[ (266+300)×3.5 /12]+[ 234×3.5 /30]=674KN.m MBC=[-q1l /8]+[-q2l /15] =[-266×4.5 /8]+[-300×4.5 /15]=-1078KN.m MCD=q1l /6=266×4 /6=709KN.m 从以上受力分析得最大弯距 Mmax=930KN.m W= Mmax/[σ]= 930×10 /145=6413cm
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6 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

选用 4 根 I28b 工字钢 I=[7481+60.97×(50-14) ]×4=345629 cm [W]= I/y=345629/50=6913 cm >W=6413cm 2、内壁竖向加劲肋选用 竖向加劲肋受力最大处为水深 11m 处,该点受的弯距为: M=(q1l /12)+ q2l /20 =(-11×9.8×1 /12)-9.8×1 /20=-9.47KN.m W= M/[σ]= 9.47×10 /145=65.3cm 选用[16a 槽钢,W=108.3cm 3、环向水平肋选用 侧模内外侧壁水平肋布设位置及受力计算如下图示:
3 6 3 2 2 2 2 3 2 4

3

(可)

钢吊箱水平肋受力分析图

第 12、13、14 层: 所受的力为浇注水下混凝土时,承受的水下混凝传的侧
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压力(混凝土最大的侧压力为 25KN/m2) W= M/[σ]= [(25-9.8)×6.825 ×10 /12]/145=407cm 选用 2 根[6.3 槽钢 W=(51.2+8.45×46.85 )×2/50=745cm 第 11 层: W= M/[σ]= (108×6.825 ×10 /12)/145=2891cm 选用 4 根[16a 槽钢 W=(866+21.95×42 )×4/50=3167cm 第 10 层: W= M/[σ]= (98×6.825 ×10 /12)/145=2624cm 选用 4 根[16a 槽钢 W=(866+21.95×42 )×4/50=3167cm 第 9 层: W= M/[σ]= (88×6.825 ×10 /12)/145=2356cm 选用 4 根[14a 槽钢 W=(564+18.51×43 )×4/50=2783cm 第 8 层: W= M/[σ]= (78.4×6.825 ×10 /12)/145=2099cm 选用 4 根[12.6a 槽钢 W=(389+15.69×43.7 )×4/50=2428cm 第 7 层: W= M/[σ]= (68.6×6.825 ×10 /12)/145=1836cm 选用 4 根[10 槽钢 W=(198.3+12.74×45 )×4/50=2080cm
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2 3 2 3 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 3

第 6 层: W= M/[σ]= (58.8×6.825 ×10 /12)/145=1440cm 选用 4 根[10 槽钢 W=(198.3+12.74×45 )×4/50=2080cm 第 5 层: W= M/[σ]= (49×6.825 ×10 /12)/145=1200cm 选用 4 根[6.3 槽钢 W=(51.2+8.45×46.85 )×4/50=1490cm 第 5 层: W= M/[σ]= (39×6.825 ×10 /12)/145=1044cm 选用 4 根[6.3 槽钢 W=(51.2+8.45×46.85 )×4/50=1490cm 第 4 层: W= M/[σ]= (29.4×6.825 ×10 /12)/145=787cm 选用 4 根[6.3 槽钢 W=(51.2+8.45×46.85 )×4/50=1490cm 第 3 层: W= M/[σ]= (19.6×6.825 ×10 /12)/145=525cm 选用 2 根[6.3 槽钢 W=(51.2+8.45×46.85 )×2/50=745cm 第 1、2 层: 选用 2 根[6.3 槽钢 W=(51.2+8.45×46.85 )×2/50=745cm 4、双壁环向水平肋之间的联结杆件选用
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2 2 2 3 3 2 2 3 3 2 2 3 3 2 3 2 3 3 2 3 2 3 3

内外壁环向水平肋之间采用角钢连接,连接角钢根据 受力的不同分别采用不同的规格及不同的连接方式(即剪刀 或单向设置。连接杆受力如下图:

角钢连结杆

双 壁 间 联 结 杆 受 力 分 析 图 (按 剪 刀 布 设 )

角钢连结杆

双 壁 间 联 结 杆 受 力 分 析 图 (按 单 向 布 设 )

第 14、13、12 层: 直杆: 轴向力: 直=RB-P7= P (25-9.8) ×7/2(25-9.8) ×1/2=45.6KN I=P 直 l2/π2E=45.6×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =23124mm =2.314 cm 斜杆: P 斜=1.414(RB-P7)
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4 4 3 2 2 5

=[ 25-9.8) ( ×7/2(25-9.8) ×1/2]×1.414=64.5KN I=P 斜 l2/π2E=64.5×10 ×1414 /(3.14 ×2×10 ) =65398mm =6.5398 cm
4 4 3 2 2 5

选用┕50×50×5 的角钢(I=11.21cm),角钢按单向设置 第 11 层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=108×7/2-108×1/2=324KN I=P 直 l2/π2E=324×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =164306mm =16.43 cm 斜杆: P 斜=(RB-P7)×1.414 =(108×7/2-108×1/2) ×1.414=458KN I=P 斜 l2/π2E=458×10 ×707 /(3.14 ×2×10 ) =116095mm =11.6095 cm
4 4 3 2 2 5 4 4 3 2 2 5

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按剪刀设置 从以上计算结果可知,连接杆按单向设置时,斜杆受力比 从以上计算结果可知,连接杆按单向设置时,斜杆受力比直 杆大,而连接杆按剪刀设置时,直杆受力比斜杆大。 杆大,而连接杆按剪刀设置时,直杆受力比斜杆大。故以下 各层杆件选用时可只计算一种杆件。 各层杆件选用时可只计算一种杆件。 第十层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=98×7/2-98×1/2=294KN I=P 直 l2/π2E=294×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =14909mm =14.91 cm
4 4 3 2 2 5

10

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按剪刀设置 第九层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=88×7/2-88×1/2=264KN I=P 直 l2/π2E=264×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =13388mm =13.388 cm
4 4 3 2 2 5

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按剪刀设置 第八层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=78.4×7/2-78.4×1/2=235.2KN I=P 直 l2/π2E=235.2×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =11927mm =11.927 cm
4 4 3 2 2 5

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按剪刀设置 第七层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=68.6×7/2-68.6×1/2=205.8KN I=P 直 l2/π2E=205.8×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =10437mm =10.437 cm
4 4 3 2 2 5

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按剪刀设置 第六层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=58.8×7/2-58.8×1/2=176.4KN

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I=P 直 l2/π2E=176.4×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =8946mm =8.946 cm
4 4

3

2

2

5

选用┕50×50×5 的角钢(I=11.21cm),角钢按剪刀设置 第五层: 直杆: 轴向力:P 直=RB-P7=49×7/2-49×1/2=147KN I=P 直 l2/π2E=147×10 ×1000 /(3.14 ×2×10 ) =7455mm =7.455 cm
4 4 3 2 2 5

选用┕50×50×5 的角钢(I=11.21cm),角钢按剪刀设置 第四层: 斜杆: P 斜=(RB-P7)×1.414 =(39×7/2-39×1/2) ×1.414=165.4KN I=P 斜 l2/π2E=165.4×10 ×1414 /(3.14 ×2×10 ) =167743mm =16.7743 cm
4 4 3 2 2 5

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按单向设置 第三层: 斜杆: P 斜=(RB-P7)×1.414 =(29.4×7/2-29.4×1/2) ×1.414=126KN I=P 斜 l2/π2E=126×10 ×1414 /(3.14 ×2×10 ) =127755mm =12.7755cm
4 4 3 2 2 5

选用┕63×63×5 的角钢(I=23.17cm),角钢按单向设置 第二、一层:

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斜杆: P 斜=(RB-P7)×1.414 =(19.6×7/2-19.6×1/2) ×1.414=83KN I=P 斜 l2/π2E=83×10 ×1414 /(3.14 ×2×10 ) =84301mm =8.4301cm
4 4 3 2 2 5

选用┕50×50×5 的角钢(I=11.21cm),角钢按单向设置 5、主肋间竖向连接杆选用

竖向主肋受力分析图

(1)取 3.5m 段作受力分析

13

RB=(601×3+669×2+737×1)/3.5=1108KN RA=(601+669+737+389)-1108=1288KN A 点: 直杆: 轴向力:P 直 A=1288-389=899KN I=P 直 l2/π2E=899×10 ×440 /(3.14 ×2×10 ) =88262mm =5.007 cm 斜杆: P 斜 A=899×2.483=2232KN I=P 斜 A l2/π2E=2232×10 ×546 /(3.14 ×2×10 ) =337467mm =33.7467cm B 点: 直杆: 轴向力:P 直 B=1108KN I=P 直 B l2/π2E=1108×10 ×440 /(3.14 ×2×10 ) =108781mm =10.8781 cm 斜杆: P 斜 B=1108×1.514=1677KN I=P 斜 B l2/π2E=1266×10 ×333 /(3.14 ×2×10 ) =94304mm =9.4304cm C 点: 直杆: 轴向力: P 斜 C=0.82 P 斜 B =1375KN I=P 直 C l2/π2E=1375×10 ×546 /(3.14 ×2×10 )
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3 2 2 5 4 4 3 2 2 5 4 4 3 2 2 5 4 4 3 2 2 5 4 4 3 2 2 5

=207894mm =20.7894 cm 取 4.5m 段作受力分析

4

4

RB=(266×4.5+334×3.5+401×2.5+468×1.5+535×0.5) /4.5=964KN RA=(266+334+401+468+535)-964=1040KN A 点: 斜杆: P 斜 A=1040×1.514=1574KN I=P 斜 A l2/π2E=1574×10 ×333 /(3.14 ×2×10 ) =88512mm =8.8512cm C 点: 斜杆: P 斜 C= P 斜 B =1977KN I=P 斜 C l2/π2E=1977×10 ×546 /(3.14 ×2×10 ) =298869mm =29.8869 cm
4 4 3 2 2 5 4 4 3 2 2 5

通过以上受力分析计算,受力最大杆件的 I=29.8869cm4, 选用 └75×75×5 角钢(I=39.97cm4)作为竖向主肋的连接杆件。 三、水平支撑杆间应力检算

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内支撑杆受力分析

纵 向 支 撑

中 间 立 柱

横 向 支 撑

从受力图上可得出,受力最大值为 q2=320KN/m,吊箱
内 支 撑 平 面 布 置 图

纵向 (27.3m) 设三个内支撑点, 跨度最大为 6m。 (17.1m) 横向

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设两个支点,跨度最大为 6.85m。 内支撑杆最大的轴向力:P=320×(6.85+6.8)/2=2184KN I=P l2/π2E=2184×10 ×17100 /(3.14 ×2×10 ) =323858696mm =32386 cm
4 4 3 2 2 5

选用直径¢529mm,壁厚 10mm 的钢管作为内支撑杆。 I=π(D4-d4)/64=3.14×(52.9 -50.9 )/64=54891 cm 五、吊箱吊挂系统 1、吊挂系统横梁 吊箱在浇注水下砼时,向下的力最大,承受力总和为: 1675t。共设 110 个吊点,每个吊点受力 15.2t。
4 4 4

吊 挂系 统 横梁 受 力分 析

Mmax =15.2×10 ×1.63=24.94t.m W= MC/[σ]= 24.94×10 /145=1720cm
7 3

4

横梁选用 2 根 I45a 工字钢 W=1433×2=2866cm 2、吊挂系统纵梁设计

3

外侧横梁受力分析图
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Mmax =PL/4=15.3×3.1/4=11.86KN.m W= Mmax/[σ]= 11.86×10 /145=818cm 纵梁选用 2 根 I32 工字钢 W=1385cm 3、吊杆 吊点用φ32 精扎螺纹钢作为吊杆
3 7 3

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