【正文】 外壁豎肋線荷載見圖 412。 有限單元計算分析的最初階段是模型的優(yōu)化階段，這是一個非常重要的過程。有限元方法的基本步驟如下： (1)預處理階段 ① 建立求解域并將之離散化成有限元，即將問題分解成節(jié)點和單元。 混凝土罐車水平運輸，混凝土泵車泵送人漏斗。當 “鋼堰 ”著床范圍的覆蓋層較薄，預計著床時已被沖光，且?guī)r面高差甚大，就必須采取可靠的技術措施確 保著床的準確性和穩(wěn)定性。為此取消了導向船組，將錨纜直接錨系在 “鋼堰 ”上。在黃石大橋施工中，我們用了 150kN， 250kN， 450kN 三種重量。導向船和定位船自身應有較強的穩(wěn)定性及調解能力，以抵抗圍堰所受的外力。為了使鋼圍堰外形尺寸達到要求，車間制作時，首先要設置組裝用胎架。 封底混凝土抗浮力驗算 圍堰系統(tǒng)在水中受到浮力作用，在分析中還應進行圍堰抗浮穩(wěn)定性驗算。 (1)計算壁板自重 外壁板自重 ， 內壁板自重 ， 平面桁架共 26 層。 (3)焊縫長度計算 角鋼厚度 t=5mm， ， ，取 ， ， ， 則 ， 取 ， ， 取 ， ， ， 滿足要求。 水平環(huán)板受力檢算 鋼圍堰設計為五節(jié)： +5m+5m+4m+4m，第 一節(jié)為 4m，平面桁架豎向間距為 ，第 5 節(jié)平面桁架間距均為 1m。 (1)受力模式 受力模式見圖 29。 圖 24 圍堰豎向分節(jié) (單位： m) 圖 25 圍堰平面分塊 (單位： mm) 工況 1 設計 雙壁鋼圍堰壁腔 (隔艙厚 )水下封底混凝土未灌注前 (不抽水 )堰內泥土清理到封底混凝土底時驗算。 圖 23 波浪力示意圖 (單位： m) 土壓力 河底為密實細砂： 飽和土容重： 。 圍堰的頂高程一般應在水下結構施工水位以上 ～ 。圍堰嵌入不透水性地基時，不考慮水的浮力。 (1)先下鋼圍堰后施工鉆孔方案 先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案具有以下優(yōu)點： ① 鋼護筒厚度及長度減少易于準確定位 ； ② 節(jié)省鉆孔平臺鋼管樁鋼材也可節(jié)省加工焊接及施工樁的的費用； ③ 節(jié)省鉆孔平臺的穩(wěn)定措施費。 榆懷鐵路印家坡梅江 1 號大橋為 932m+24m 簡支梁橋，其 3 號、 4 號墩位于深水中，基礎采用鉆孔灌注樁加雙壁鋼圍堰。而旋噴樁方案圍堰僅下沉人土 ，旋噴樁施工同主墩樁基施工同步，縮短工期 60d。現(xiàn)在有些做法已改成先施工鉆孔樁，用鉆孔樁的鋼護筒，作為雙壁鋼圍堰定位下沉的導向、支撐裝置，最后再做混凝土封底、抽水施工樁基承臺，杭州下 沙大橋即是如此。雙壁鋼圍堰是一個帶有單斜面刃腳的圓形雙壁全焊水密鋼結構圓筒，有自浮力，有強度更高的雙壁鋼殼，圓筒的內、外壁形成的空間稱之鋼殼。此外，圍堰不僅用于結構物的新建，而且也經常用于既有結構物的修復。因為深水環(huán)境不僅對它產生許多直接影響，還對其設計理論和施工技術都會提出一些特殊問題。這也是為什么雙壁鋼圍堰技術這些年來運用越來越多的主要原因。本設計就是 對圍堰進行結構和施工的設計。 在國內，雙壁鋼圍堰的施工方法，仍以浮運施工和纜索吊機吊運施工最為常見，尤其是浮運法施工。 圖 12 雙壁鋼圍堰結構平面圖 (單位： mm) 并且樁體、圍堰有效堵水后，省去了水下混凝土封底。內外壁板間距 。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。 對于圍堰而言，它一般是由桁架和鋼板組成的殼體結構 ,其傳力途徑如下：水壓力 圍堰側板 側板角鋼加勁肋 桁架。隨著橋梁建設事業(yè)的不斷發(fā)展，其他結構形式也日益受到重視。由于刃腳承受土壓力及水壓力較大，故刃腳段適當加密水平桁架的豎向間距 ()，其余部分水平桁架豎向間距為 1m。 內外壁板均為 6mm 厚。 則 滿足要求。 選用 Q235 400400H 型鋼。 圖 213 圍堰壁板圖示 (單位： mm) 由 (23)得 ， ， 查得 。 圖 218 懸臂部分受力模式 (單位： kPa) (3)計算結果 計算結果見圖 219。 鋼刃腳斜面的正面阻力： (地質資料提供值乘以 2， 50 為端阻力 )， 圍堰下沉系數(shù) 。制作時應選擇具有塊體翻轉技術措施和起重能力的專業(yè)廠家加工。為了減少各鋼圍堰分塊在組裝胎架上的焊接變形，內外壁板按每塊整片實行兩面自動焊來保證質量，各隔艙板上加勁肋在胎架上施焊以減少整體施焊工作量，并有效控制分塊外輪廓尺寸偏差。拔出橫桿楔子后可抽出與錨標緊貼，便于收藏，結構簡單。 必須指出，圖 32 所示的簡化布置，是在河道順直、施工期通航航道較寬、流速較小 (實測施工期流速 ,～ )。首先對 “鋼堰 ”夾壁內采用加水、加砂等低成本及加入與排出簡易的材料的助沉措施驗算其下沉系數(shù)，如不能滿足要求，可換放砼塊或澆注砼 (澆注標高以不高于 “鋼堰 ”切割線為原則 )。 式中分別為封底混凝土最小厚度 (m)、面積 (m2)、容重 (kN/m3)、周長 (m)、封底混凝土與鋼圍堰接觸面上的單位粘著力 (MPa)、水的容重 (kN/m3)和堰內抽水深度 (m)。 圖 34 水下封底混凝土導管布置示意圖 封底后抽水 待混凝土強度達到設計強度的 70%以后即可抽水。這部分內容會有許多的求解選擇，一種不恰當選擇會導致不正確的結果。 鋼圍堰整體模型三維視圖見圖 41，面板模型三維視圖見 42。 豎肋 應力 外壁豎肋應力分析結果見圖 418，內壁豎肋應力分析結果見圖 419。此外，在分析計算過程中，將進一步優(yōu)化模型，這是組合有限單元計算分析中的一個重要環(huán)節(jié)。 (2)求解階段 求解線性或非線性微分方程組，以得到節(jié)點的值，例如得到不同節(jié)點的位移。需要特別注意的是，由于圍堰底部比鉆孔樁要大，因此第一盤封管混凝土特別重要。 封底混凝土施工 圍堰的封底厚度分析 封底混凝土厚度主要由兩個因素決定 :(1)鋼圍堰封底排水后，封底混凝土底面上受到向 上作用的水壓力 Pw，封底混凝土猶如一種周邊支承的板結構，在 Pw 的作用下，其厚度要保證板有足夠的強度以抵擋向上的水壓力而不破壞。 圍堰下沉工藝 “鋼堰 ”的著床與下沉是極其重要的施工環(huán)節(jié)，必須在施工組織設計中對不同地質條件進行穩(wěn)定與下沉系數(shù)的驗算，并據(jù)以采取相應的預挖措施，以免貽誤工期。該橋址位于武漢長江大橋上游 50 余 km，該河段河道順直，主墩中距 460m,航道較寬， “鋼堰 ”下沉處覆蓋層較薄 (3～4m)，基巖表面平整 (巖面高差 20～ 30cm)。 錨型選擇 橋梁工程施工所用的錨型，常用航運部門的鑄鐵錨 (海軍錨、霍爾錨 )或鋼筋硅蛙 式錨。 (4)焊接加工。為使塊體幾何尺寸準確和具有互換性，應在特制的胎架上進行組裝。 (2)圍堰所受浮力計算 在水中圍堰體積： ， 則水浮力： 。 荷載組合見圖 217。 圖 212 面板有效寬度示意圖 (2)對于連續(xù)梁中負彎矩段或懸臂段，面板的有效寬度應按下式取用： (25) 有效寬度系數(shù)，按表 21 采用； 面板與環(huán)板焊接，屬連續(xù)梁形式，故有效跨度取 。 其中 R R2 分別表示第一層、第二層支撐的內力。 對圍堰下層支撐點求矩： 主動力矩： ， 被動力矩： 。 工況二：靜水壓力 +流水壓力 +波浪 力 +風力。圍堰豎向總高 ，考慮到浪高最大為 ，圍堰高出水面部分為 2m，圍堰豎向分為 5 節(jié) (+5m+5m+4m+4m)，井壁底部設置刃腳有利于切土下沉。實際工程中雙壁鋼圍堰在平面上較多設計成圓形，一部分也設計成其他形狀，如矩形、扇形及各種多邊形等。 雙壁鋼圍堰受力分析 所有圍堰構件均采用 Q235 鋼材，鋼圍堰在下沉到位后，承受靜水壓力和流水壓力，入土部分外壁板承受主動土壓力，內 壁板承受被動土壓力，圍堰超出水面部分會承受可能的波浪力和風力，風力采用規(guī)范中標準值進行計算，波浪高取 ，波浪力水壓采用均布。鋼板樁雙壁鋼圍堰作為雙壁 鋼圍堰的一種類型在歐洲和美洲，以及亞洲的日本和中國的臺灣地區(qū)應用最為廣泛。 溫州甌江二橋主橋為雙塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，主孔跨徑 270m。 蚌埠市朝陽淮河 公路大橋利用高壓旋噴樁豎直帷幕止水技術加固地基，減少大型雙壁鋼圍堰人土深度進行水中承臺施工的技術則是另一成功的范例。這不僅有利干設備的利用，還能重復使 用雙壁鋼圍堰的上部，可充分發(fā)揮材料的利用率，降低成本，也便于施工管理。橋梁深水基礎往往處于水深流急，地質條件極其復雜的環(huán)境，修建深水基礎時采用的防水技術一般就是圍堰和鋼吊箱。即雙壁鋼圍堰能在深水、厚覆蓋層的條件下采用； (4)雙壁鋼圍堰完全下沉就位后，不僅可作為鉆孔樁基礎的施工 輔助設施，也可作為大面積承載的直接基礎； (5)在同一座橋上，在不同地質條件情況下，也可以用相同的施工方法修建深水基礎。然而隨著科學技術的發(fā)展，解決深水施工的技術 措施亦得到迅速地提高和發(fā)展。 畢業(yè)設計開題報告 畢業(yè)設計開題報告 題 目 橋梁深水承臺施工雙壁鋼吊 (套 )箱圍堰設計 學生姓名 王松 學號 20210068 班級 土 05012 專業(yè) 土木工程 雙壁鋼圍堰的截面形式已不僅僅局限于圓形，像武漢軍山長江大橋已使用異型雙壁鋼圍堰和矩形雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰同其它基礎施工方法和工藝相結合，優(yōu)勢互補，也是橋梁基礎施工的一個重大突破。 圖 11 異形鋼圍堰結構平面圖 (單位： mm) 該橋的鋼圍堰平面尺寸為 ，壁厚 (鋼殼厚 )。旋噴樁方案減少一節(jié) (人土 )及水下混凝土封底的費用，可節(jié)約成本 70萬元，高壓旋噴成本 30萬元，兩項相抵，還節(jié)省 40 萬元。由于 3 號墩處基巖高差大。 先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案流程如圖 15 所示。如果在澆注封底混凝土前，在圍堰封底段內壁上焊接一些鋼筋或鐵件，使其與圍堰緊密結合，則封底混凝土應參與圍堰穩(wěn)定性驗算。圍堰的底高程應按基礎受力要求和施工期穩(wěn)定等要求來確定。 主動土壓力系數(shù)： 。 隔艙板尺寸 隔艙板尺寸見圖 26。 圖 210 隔艙板內力圖 (單位： kN?m) 單寬 。 ，桁架的計算跨度取兩隔艙板間距，為 ，取水深 14m 處水壓力， p=140kN/m2。 (2)加勁肋受力驗算 ， 采用角鋼 ， 則 ， 由公式 (22) ， 取較小值 ，見圖 216。 (3)計算水平桁架重 每層桁架共有角鋼 28 個，每個角鋼重 ， 平面桁架重 。 (2)抗浮力 封底混凝土自重 ， 封底混凝土與圍堰內壁摩阻力取 ， 則 ， 抗浮力： 。鋼圍堰分塊組裝胎架應力求尺寸精確一致，以保證每座胎架組焊出來的產品尺寸的一致性。武漢軍山長江大橋錨碇系統(tǒng)布置即采用這種形式。 對鋼筋砼蛙式錨 :設錨在空氣中的重量為 W，蓋層為砂土時， W=(～ )P；覆蓋層為 卵石時， u＇ =(～ )P；淤泥質量覆蓋層， W=； 式中 P 所用錨承受的拉力 從錨的受力均勻性考慮，錨的數(shù)量不宜過多，對主錨 4～ 6 個為宜，最多不超過 10個；對邊錨每邊 2～ 3 個。 圍堰接高 “鋼堰 ”首節(jié)就位后，就以自身的浮力形成接高平臺。在作施工組織設計時，作了兩個對比方案 :一是先清除水下砂礫層，對巖面進行控爆找平。為了在混凝土灌注過程中保持圍堰內外水頭平衡，在鋼圍堰上設置排水孔道，因為大面積封底不能一下把圍堰刃尖封死，隨著混凝土的下灌，圍堰內的水要高于江水位，排水孔可調節(jié)內外水頭差，防止刃角出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。節(jié)點和單元的集合成為網(wǎng)絡，網(wǎng)絡構成有限元模型