支撑系统设计
传统的围堰和支撑是木质的或钢质的,选用何种材料是根据所承受的荷载来确定的。在过去的 10~15 年中,随着专业设备的普及以及木工的减少,目前已经很少使用木支撑,事实上现在所有的支撑都是钢质的。围檩上荷载的计算条件与钢板桩上弯矩的计算条件相同。
大多数小型及中型围堰的使用时间都相对较短,若业主本身没有支撑材料,较经济的做法是采用租赁支撑,且最好由供应商设计。液压油缸可以对支撑施加预应力。从最初的被应用于沟渠,支撑发展至今已经 30 多年了。编写本手册时,支撑最大荷载可达 2 500kN,围檩跨度达 20m。需要注意的是,如果围檩跨度过大,就必须验算挠曲量,因为过大的挠度会使得墙体及墙后地面发生明显移动。
对于超过了支撑范围的大型围堰,就需要由梁、柱及圆管等作为支撑体系,这些构件需要有加劲肋来防止局部屈曲。表5.4 和表5.5给出了常见支撑及围檩的强度信息,表中所列数据均基于 BS5950中的极限荷载。
传统的钢支撑采用允许应力法设计,板桩计算中,正常使用极限状态或承载能力极限状态均可以计算支撑力。此外,还有一种近似极限设计法。
支撑的布置方式(图 5.10)会对围堰的安装和拆除造成很大的影响。围檫应按一定的间隔设置支架,可以在钢板桩上焊接托架或直接从桩顶挂吊钩。支撑应该备有吊具,可以在板桩对齐和定位的时候用来支承自身的重量。设计支撑时必须考虑材料及机械的偶然撞击,表5.4和表5.5 中的数据已考虑了跨中承受 10kN 的撞击力。设计师应根据现场情况,确保该数值对于所用的机械足够大,综合各种资料,这一数值范围约为 10~50kN。当围檩不是直接放在钢板桩上时,需要采用垫板,可以是木板(软木、硬木均可),也可以是混凝土填充袋或钢板,主要取决于所传递的荷载。
表5.4 中的抗弯及抗剪承载力根据 BS 5950-1∶2000 求得,围檩采用EN 10025 规定的 S275 牌号钢。抗弯承载力是在剪力较小时求出的(<60%的抗剪承载力),当剪力较大时,抗弯承载力需要折减(详见 BS 5950cl4.2.5.3)。围檩需要进行侧向扭转屈曲验算(详见 BS 5950cl4.3.6.2),腹板也需要进行承载能力和屈曲验算。当围檩承受轴向荷载时,抗弯承载力也会降低,此时需要按照 BS 5950cl4.8.3.3 进行截面验算。