1、某某大橋6、7號墩鋼板樁圍堰受力計算書一、計算依據1、某某大橋6、7號墩承臺鋼板樁圍堰設計圖；2、注冊結構工程師專業考試應試指南（2008年施嵐青主編）3、路橋施工計算手冊4、鋼結構設計規范（GB-50017-2003）5、 板樁法 中國水利出版社6、 公路橋涵設計規范 人民交通出版社二、基本資料:1、Q235鋼材的允許應力：Q235=145Mpa2、鋼材重度：78.5kN/m3、素砼重度：24kN/m3、水重度：w=10kN/m33、封底混凝土C30抗拉強度設計值4、混凝土與鋼的粘結力=150Kpa5、原裝日本日鐵SKSP-型拉森鋼板樁參數寬度B=400mm、高度h=185mm、厚度t=16

2、.1mm、一根樁截面積A=94.2cm2、重量W=76.1kg/m、慣性矩Ix=5300cm4、截面模量W x=400cm3、每延米樁墻重量W=185kg/m、慣性矩Ix=41600cm4/m、截面模量W x=2250cm3/m。三、水土壓力計算1、基本計算數據6號墩地質柱狀圖(圍堰標高范圍內）數據如下： 3.25m-0.54m為水，天然容重0為10KN/m3。-0.54-9.64m為淤泥（地質柱狀圖中為-3.0m，因下面的粉質粘土層作為嵌固端支點位置位于淤泥層以下，故取計算時取淤泥層底標高為-9.64m），淤泥層承載力為40KPa，其內摩擦角1取5°，粘結力c1為10kPa，天然容

3、重1為18KN/m3。-10.3-14.0m為粉質粘土，內摩擦角2為20°，粘結力c2為20kPa，天然容重2為18KN/m3。2、水壓力及土壓力計算2.1 土壓力系數計算水土壓力計算方法：河床以下鋼板樁深度范圍依次為透水性差的淤泥、不透水的粉質粘土層。依據2008年注冊結構工程師專業考試應試指南（施嵐青主編）P896頁，對于滲透性小的土層計算土壓力時采用“水土合算”法，即在計算土壓力時將地下水位以下的土體重度取為飽和重度，水壓力不再單獨疊加；對于滲透性大的土層計算土壓力時采用“水土分算”法，即在計算土壓力時將地下水位以下的土體重度取為浮容重，水壓力單獨疊加。淤泥層承載力為40KPa

4、，此淤泥層為不透水層。故淤泥層采用水土合算法計算，粉質粘土層作為鋼板樁底部支撐用，不參與土壓力計算。主動土壓力系數計算 依據簡明施工計算手冊（第三版）P180頁公式4-1b， Pa=Htg2(450-)-2ctg(450-) =HKa-2c 其中Ka1= tg2(450-) 計算淤泥層主動土壓力系數Ka1： Ka1=tg2(450-)= tg2(450-)=0.84 被動土壓力系數計算 依據簡明施工計算手冊（第三版）P184頁公式4-7， Pp=Htg2(450+)+2ctg(450+) =HKp+2c 其中Kp= tg2(45+) 計算淤泥層的被動土壓力系數Kp1：Kp2=tg2(450+)

5、= tg2(450+)=1.19 2.2 主動與被動水土壓力計算 主動水土壓力計算 河床面水壓力=10×3.79=37.9KPa 淤泥層主動水土壓力計算：淤泥層采用水土合算法：淤泥層頂面水土壓力=Ka1-2c1=37.9*0.84-2*10*=13.54KPa。淤泥層底面水土壓力=（+）Ka1-2c1 =（37.9+18*9.64）*0.84-2*10* =165.4KPa。 被動水土壓力計算 根據施工工序安排，本鋼板樁圍堰準備采用水下封底施工，水下混凝土厚度為100cm，水下砼底標高為-2.8m，水下封底混凝土澆筑之前圍堰外土體比圍堰內土體高8.0m。由于封底砼澆筑圍堰內抽水后圍堰

6、內無水壓力作用，故只需計算圍堰內清除覆蓋層至封底底面標高時的被動水土壓力。 下面對被動水土壓力計算如下： 圍堰內淤泥層頂面水壓力=10*11.3=112.3KPa。淤泥層被動水土壓力計算：淤泥層采用水土合算法：-2.8m處淤泥層水土壓力=10*11.3*1.19+2*10*=156.3KPa。-9.64m淤泥層底面水土壓力= =（10*11.3+18*1.0）*1.19+2*10* =178KPa四、鋼板樁入土深度計算及基底抗隆起穩定性驗算由于鋼板樁底已打入到粉質粘土層6米左右，查閱橋涵（2000年版)上冊P172頁，板樁尖支撐情況表，對“密實土，但可能被水擾動，入坑底超過2m”，可按打入到粘

7、土層中50cm處按樁端嵌固計算。既然樁端嵌固，顯然鋼板樁底的入土深度是能夠滿足要求的。對于樁端嵌固的鋼板樁，鋼板樁底顯然是不會發生隆起現象的，故可認為圍堰內基底的抗隆穩定性能夠滿足要求。五、鋼板樁圍堰受力計算 由于鋼板樁采用水下封底法施工工藝，鋼板樁圍堰有三個工況受力較為不利：工況1是鋼板樁圍堰內水下清除覆蓋層至封底底面標高-2.8m時。工況2是圍堰內抽干水時。工況3是承臺澆筑完畢，承臺與鋼板樁之間填筑砂礫石，承臺頂部側面30cm澆筑C30砼，砼達到強度后拆除第二道內撐時。1、 工況1圍堰受力計算在圍堰進入到粉質粘土層50cm處對鋼板樁施加固結約束，取1m寬鋼板樁進行受力分析，鋼板樁計算簡圖如

8、下：（1）、鋼板樁彎應力計算鋼板樁彎矩圖如下：最大彎矩為29725493N.mm考慮采用日本型鋼板樁，其W=2250000mm3，W值考慮0.7倍折減系數，容許應力=200MPa則最大應力max=Mmax/W/0.7=29725493/2250000/0.7=18.9MPa<=200MPa。顯然，鋼板樁的彎應力是能滿足要求的。（2）、鋼板樁撓度驗算：采用清華大學求解器求得的撓度曲線圖如下：最大撓度值如下：最大撓度為0.12mm，小于L/400=7500/40018.8mm，撓度驗算能夠滿足要求。（3）、支點反力計算： 采用清華大學求解器求得的支點反力如下：約束反力值 ( 乘子 = 1)-

9、 結點約束反力 合力 支 座 - - 結 點 水平 豎直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0.00000000 -15173.1312 -0.00000001 15173.1312 -90.0000000 -0.00000001 4 0.00000000 -32341.5783 0.00000002 32341.5783 -90.0000000 0.00000002 10 0.00000000 -9516.29040 -29725492.5 9516.29040 -90.0000000 -29725492.5-第1、2層內撐圍檁每延米荷載分別為：-15173N、-32341N，負值表示拉力。實際

10、上，由于被動土壓力是由于主動土壓力產生的，被動土壓力在以上計算值范圍以內與主動土壓力的力矩是一個動態平衡系統，以上反力為負值說明被動土壓力的儲備是足夠的，實際受力時被動土壓力的值在小于以上計算值時即能達到動態平衡。故采用水下封底工藝施工時，圍堰內水下清除覆蓋層至-8.8m時鋼板樁的受力是能夠滿足要求的。2、 工況2圍堰受力計算工況2為封底混凝土達到設計強度，圍堰內抽干水時。取封底砼底面以上鋼板樁進行分析，其計算簡圖如下：(1)、鋼板樁彎應力驗算采用清華大學結構力學求解器求得的彎矩圖如下：最大彎矩為105568342N.mm考慮采用日本型鋼板樁，其W=2250000mm3，W值考慮0.7倍折減系

11、數，容許應力=200MPa則最大應力max=Mmax/W/0.7=159236858/2250000/0.7=101.1MPa<=200MPa。顯然，鋼板樁的彎應力是能滿足要求的。（2）、鋼板樁撓度驗算：采用清華大學求解器求得的撓度曲線圖如下：最大撓度值如下：最大撓度為0.16mm，小于L/400=4500/40011.3mm，撓度驗算能夠滿足要求。（3）、支點反力計算：約束反力值 ( 乘子 = 1)- 結點約束反力 合力 支 座 - - 結 點 水平 豎直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0.00000000 51210.5550 0.00000001 51210.5550 90.000

12、0000 0.00000001 4 0.00000000 252427.538 0.00000000 252427.538 90.0000000 0.00000000 6 0.00000000 660880.059 0.00000000 660880.059 90.0000000 0.00000000 7 0.00000000 -439915.613 -0.00000010 439915.613 -90.0000000 -0.00000010 8 0.00000000 202717.653 -0.00000010 202717.653 90.0000000 -0.00000010 9 0.00

13、000000 7013.30777 0.00000000 7013.30777 90.0000000 0.00000000-第1、2層內撐圍堰每延米荷載分別為：51211N、252428N。3、 工況3圍堰受力計算工況3為承臺澆筑完畢，承臺與鋼板樁之間填筑砂礫石，承臺頂部側面30cm澆筑C30砼，砼達到強度后拆除第二道內撐時。取封底砼底面以上鋼板樁進行分析，其計算簡圖如下：(1)、鋼板樁彎應力驗算采用清華大學結構力學求解器求得的彎矩圖如下：最大彎矩為120168737N.mm考慮采用日本型鋼板樁，其W=2250000mm3，W值考慮0.7倍折減系數，容許應力=200MPa則最大應力max=Mm

14、ax/W/0.7=120168737/2250000/0.7=76.3MPa<=200MPa。顯然，鋼板樁的彎應力是能滿足要求的。（2）、鋼板樁撓度驗算：采用清華大學求解器求得的撓度曲線圖如下：最大撓度值如下：最大撓度為0.1mm，小于L/400=4000/40010.0mm，撓度驗算能夠滿足要求。（3）、支點反力計算：約束反力值 ( 乘子 = 1)- 結點約束反力 合力 支 座 - - 結 點 水平 豎直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0.00000000 61699.9165 0.00000003 61699.9165 90.0000000 0.00000003 5 0.000000

15、00 270146.947 0.00000000 270146.947 90.0000000 0.00000000 6 0.00000000 533698.714 0.00000000 533698.714 90.0000000 0.00000000 7 0.00000000 -314897.624 0.00000000 314897.624 -90.0000000 0.00000000 8 0.00000000 171463.156 0.00000000 171463.156 90.0000000 0.00000000 9 0.00000000 12222.3906 0.00000000 1

16、2222.3906 90.0000000 0.00000000-第1層內撐圍堰每延米荷載分別為：61699N。綜合工況13，內撐1、2每延米最不利受力分別為：61699N、252428N。六、內撐系統的組成及受力計算根據以上計算可知，內撐1、2最不利均布線荷載分別為：61699N/1000mm=61.7N/mm、252428N/1000mm=252.4N/mm。根據各內撐受力情況和內撐結構形式，第1、2層內撐均采用2I56b。下面采用ansys有限元軟件對內撐系統進行受力計算。1、第一層內撐受力計算第一層內撐最不利荷載為61.7N/mm，采用ansys計算的應力云圖如下：最大應力=82.8Mp

17、af=145MPa，應力符合要求。變形云圖如下：最大變形=10.1mmL/400=23200/400=58mm。結果表明：第一道內撐采用2I56b，其強度、剛度均能滿足規范要求。第一層內撐對撐桿件壓桿穩定驗算：由于拆除第二層內撐后，第一層內撐對撐桿件豎向無側向約束，其穩定性需進行驗算。 2I56b對撐桿件壓桿穩定計算：從ansys軟件中查得 2I56b對撐桿件最大軸力N為428408N。 2I56b對撐桿件長度為968cm，偏安全的將其兩端連接方式視為鉸接，則計算長度系數取為1.0，計算長度=1*L=1*968=968cm。可從CAD軟件中查得2I56b對撐桿件弱軸截面慣性矩I=23533cm

18、4，A=147*2=294cm22I56b對撐桿件對弱軸的回轉半徑i=8.9m2I56b對撐桿件長細比=968/i=968/8.9=108.7查B類截面軸心受壓構件穩定系數表得其穩定系數=0.501。則鋼管樁壓桿穩定應力=29.1MPa，遠小于145MPa，故2I56b對撐桿件壓桿穩定性滿足要求。2、第二層內撐受力計算第二層內撐最不利荷載為252.4N/mm，采用ansys計算的應力云圖如下：最大應力=145.6Mpa，稍大于f=145MPa，但超標率=（145.6-145）/145*100%=0.4%，在5%以內，故應力符合要求。變形云圖如下：最大變形=5.3mmL/400=23200/400=58mm。結果表明：第