钢板桩围堰受力计算12.1

1、资料数据：

河床标高为－5.922m，根据设计资料和现场实测水位，水位标高暂定为最高潮位+3.091m，常水位（+0.651m）下水深最深为6.573米，承台顶标高－3.522m，承台尺寸10.3m(长)*6.4m(宽)*2.5m(高)。围堰拟采用拉森Ⅳ型钢板桩（76.1kg/m），截面抗弯模量W=362cm3，长度为15米，顶标高+4.591米，底标高-10.409米。钢围囹采用36C工字钢(截面抗弯模量W=9cm3)，上下共设3层，上层为单排工字钢，下2层为双排工字钢，工字钢利用钢板焊接联成受力整体，支撑为直径630mm，壁厚10mm的圆钢管。钢板桩围堰结构见图1及图2。

图1 钢板桩围堰立面图

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图2 钢板桩围堰平面图

2、钢板桩计算

①力学分析

钢板桩围堰外部受水压力作用，受力分析时考虑为支点设在横承处的连续梁结构，力学结构见图3。

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图3 钢板桩力学结构分析图

②钢板桩抗弯计算

取1米（每块宽0.4m，1m内有2.5块）宽板桩计算其侧面荷载。 由图3受力图计算结构内力，得到结构弯矩图4。

图4 钢板桩弯矩图

钢板桩承受的最大弯矩为60.43kNm

故𝜎=𝑊=2.5×362×10−6=66774𝐾𝑝𝑎=66.77𝑀𝑝𝑎< 𝜎 =170𝑀𝑝𝑎满足受力条件。

𝑀

60.43

3、钢围囹计算

由Midas/Civil分析（按1m宽计算）

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从上图计算反力得出： R0=119.18KN R1=182.01KN R2=108.35KN R3=27.01KN

其中R3作用在第一道钢围囹处， R1作用在第三道钢围囹处，第三道钢围囹为最不利受力位置，钢围囹按连续梁受力分析，受力分析见图5。

图5 钢围囹第二层结构受力分析图

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图6 钢围囹弯矩图

钢围囹承受的最大弯矩为285.08KN.m

故𝜎=𝑊=2×9×10−6=147863𝐾𝑝𝑎=147.86𝑀𝑝𝑎< 𝜎 =170𝑀𝑝𝑎，满足受力条件。

𝑀

285.08

图7 钢围囹剪力图

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由图2和图5知道在N3、N4处内支撑受力最大，结构受力如图8。

图8 钢围囹内支撑受力分析图

对于直径630mm，壁厚10mm的钢管有

𝐼𝜋(𝐷4−𝑑4)÷𝐷2+𝑑2632+612

𝑖=𝐴= 𝜋(𝐷2−𝑑2)÷4= 16= 16=21.92𝑐𝑚

λ=

𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛

=

806

21.92=36.8 因为

λ=36.8<λ1=100

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所以对于内支撑验算轴向强度即可。 杆件轴向压应力公式为：𝜎=𝐴

式中：N为轴向力，N= 2𝑅2= 2×751.7=1063.6𝑘𝑁

A为截面面积，A=

带入得：𝜎=

𝑁𝐴

1063.6

𝜋（D2−𝑑2)

4𝑁

=194.78𝑐𝑚2

=194.78×10−4=.605𝑀𝑝𝑎

因为𝜎=.605𝑀𝑝𝑎< 𝜎 =170𝑀𝑝𝑎所以钢围囹内支撑满足受力条件。

4．围堰整体抗浮验算

封底混凝土采用C25，施工厚度为2m,施工考虑混凝土底存在“夹泥”及顶面浮浆的因素，计算厚度取1.75m，围堰尺寸：8.4m×12.4m；

水下C25混凝土设计值𝑓𝑡𝑑=1.27𝑀𝑝𝑎，考虑为施工阶段混凝土的允许抗拉应力取1.5倍安全系数，则 𝜎 =0.85𝑀𝑝𝑎，

桩基钢护筒外径为1.7m，共6根；

钢与混凝土粘结力：一般取100-200kN/m2，这里取120 kN/m2 混凝土容重：23 kN/m3； 封底混凝土体积：

1.72×𝜋

𝑉= 8.4×12.4−6× ×1.75=158.45𝑚3

4封底混凝土自重：

G=158.45×23=34.3KN

钢板桩自重： 𝐺1= 76.1×15×

41.6

+ 71.3×41.6×6 + 152.×8.06×2 0.4=118.716𝑡+17.796𝑡+2.465𝑡=13.8KN

护筒粘结力：

𝑇1=1.75×3.14×1.7×120×6=6725.9KN

封底混凝土外浮力：

𝑃=12.4×8.4×9.1×10=9478.6𝐾𝑁

根据《地铁设计规范》中规定抗浮安全系数不小于1.05，此处

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抗浮系数：𝐾=

𝐺+𝐺1+𝑇1

𝑃

=

34.3+13.8+6725.9

9478.6

=9478.6=1.24>1.05

11760

结论：围堰整体抗浮满足要求。

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