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钢套箱结构验算过程
一、钢套箱的结构验算
1、验算此钢套箱的工况分析
钢套箱作为承台和下部墩身及横系墙干施工作业的围水和阻水结构体,其结构设计主要是以
抵抗套箱内外水头差为目的。
(1)钢套箱施工时在悬浮下沉阶段内外水位基本一致,套箱侧板承受的水压力来自隔舱内
外的水头差,此水压力值较小,此阶段不控制设计。
(2)在封底混凝土施工时,套箱内外水位仍基本保持一致,则此阶段钢套箱侧壁承受内外
水头差所产生的水压力亦较小,不作为控制设计。
(3)钢套箱底板承受2.8m厚(假定,此在后作有验算)水下混凝土的浮重,故只须计算吊
杆、底板及其下桁架的支撑能力即可。
(4)在钢套箱抽水直至承台浇筑完成阶段,套箱侧壁承受内外水头差最大,为结构最不利
受力状态。
假定
根据桩基工程的实际施工进度,承台施工时平均最高水位+12.5m,平均最低水位+9.5m,
平均水位+11m,基于此,钢套箱抽水水位拟定为约为19.0m,则此工况为侧壁结构设计控
制工况。
2、套箱底标高的确定
(1)最大局部冲刷计算
计算最大局部冲刷的目的是为了保证套箱底部不会被水流挖空,假定在水位12.5m时的平
均垂直流速为0.7m/s,经计算最大局部冲刷深度为4.9m。
(2)封底混凝土厚度计算:一方面保证封底混凝土不因内外水头差而上浮;另一方面考虑
封底混凝土满足抗弯、抗折强度要求。从以上两方面计算值中取取最大值再加上施工误差,
安全储备即可。经计算,封底混凝土2.8m。
3、确定计算模式及外力
(1)因套箱是一个封闭的框形结构,所以选择平面框架作为计算模式。外力主要是水压力,
一般考虑静水压力和水流冲击力,再加一个安全储备。水压力应选择一个最不利情况作为计
算控制值。可知套箱内水被抽干,直至承台施工完水压力最大。
(2)弯矩、剪力计算(按照图纸中,钢套箱平面图中套箱平面中部有两根管柱)
453.34KN·m
257.76KN·m
弯矩图
267.25KN267.25KN
106.5KN
剪力图
(3)水平加劲桁架计算
因套箱是双壁的,内外两壁之间的连接选用了20cm宽,1cm厚钢板(图纸与照片不一致,
照片中为角钢,但角钢型号未知)。桁架既连接内外板面又增加了套箱的刚度。根据弯
矩图和剪力图计算出加劲桁架的强度和刚度:①强度满足要求
l1400
0
②刚度验算150,所以可知i9.33,而由已知20cm宽,1cm厚可以得到
ii
I1*12*12*12
i3.469.33,所以不满足刚度要求。理论上需要更换
A12*12*1
型号更高的角钢或补焊钢板。
(3)板面计算:满足要求
(4)刃脚计算:内挠度和外挠度基本合乎要求
(5)整体挠度验算:因在内部设置了水平钢管柱和角部钢管柱,经验算,挠度满足要求。
二、钢套箱施工验算
此钢套箱施工计算包括底节钢套箱吊装入水阶段、浇筑封底混凝土阶段、钢套箱抽水阶段3
种情况进行验算:
1、基本数据
(1)钢套箱
①外轮廓:17.4m(长)×12m(宽)×14.5m(高)×1.0m(壁厚)
②重量:钢套箱块件:387.2t;底板及桁架:78.6t;水平及竖向撑:82t;以上合计,得钢箱
套总重G=547.8t
钢
2
③钢套箱所围内空净面积(扣除钢护筒后)(m):
22
S=17.4×12.5+2×7.5×2.5+π×2.5-12×π×3.3/4=219.17
内空
④钢套箱设计水头差(m):
h=hh12.5(-5.93)=18.
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