3 围堰(支撑)内力计算
3.1 确定受力图式
3.1.1 钢板桩嵌制形式 河床底部土质较为密实,假定钢板桩底部嵌固于(钢板桩入土深度)t/3=1.5 m处,即承台底2.0m处。(封底砼厚度采用50cm)
3.1.2 动水压力 P=10KHV2×B×D/2g=53.2KN
3.1.3 河床土质为亚粘土,为不透水层,但考虑到钢板桩施工中会引起板侧土体的扰动,缝隙里充满水,所以考虑水压力的影响。土压力计算取用浮容重, Υ’=19.4-9.8=9.6KN/m3,ιj=30~50Kpa,σ=100KPa。
3.1.4 经分析可知迎水面为最不利受力面,以此为计算面。所承受荷载假定由两根工字钢平均承担,计算两根工字钢的共同受力。 由受力图式可知,此结构为四次超静定结构,因计算较为繁琐,计算过程不在此详细叙述,得出最大支撑力为2734.95KN,最大弯矩为1117.59KN。
4 验算钢板桩的入土深度是否满足要求 钢板桩入土深度达4.5m,从桥位处地质勘探资料分析,持力层中无承压水,如经计算各道支撑的受力均能满足要求,可不验算钢板桩的入土深度。
5 根据求得的内力验算钢板桩的受力状态及变形情况
5.1 应力 由内力计算结果可知,Mmax=1117.59KN·M。钢板桩外缘拉应力σ=Mmax/W=123MPa<340MPa(容许应力),满足要求。
5.2 变形 经计算,各单元跨中变形值如表1所示。
6 验算工字钢的受力状态
6.1 轴向受力 由计算可知,最大支撑反力发生在第二道围囹处,其数值为2734.95KN,因工字钢与钢板桩连接处均采用焊接,且角撑刚度较大,不考虑其失稳,仅考虑纵向挠曲,系数取ζ=2,此时其承载力 P=292.9×10-4m2×340×106N/m2/2=4980KN, 安全系数n=4980/2734.95=1.8,其承载力满足要求。
6.2 横向工字钢的抗弯能力 假定支撑反力P=2734.95KN平均作用在横向工字钢上(长度按8.8m计算),荷载集度q=2734.95/8.8=310.8KN/M。经计算,对工字钢跨中产生的最大弯矩Ml/2=864.5KN·M。工字钢抵抗弯矩M`=1000KN·M。安全系数N=1000/864.5=1.15(此处未考虑钢板桩与工字刚的共同作用,实际情况应更为安全),承载力满足要求。
6.3 工字钢挠度 在上述弯矩的作用下,计算出工字钢的跨中挠度L=14mm,满足施工及使用要求。
(考试大岩土工程师)