【正文】 計(jì) 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(nèi)泥土清理到封底混凝土底時(shí)驗(yàn)算。 (1)受力模式 受力模式見圖 29。 水平環(huán)板受力檢算 鋼圍堰設(shè)計(jì)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。 (3)焊縫長(zhǎng)度計(jì)算 角鋼厚度 t=5mm， ， ，取 ， ， ， 則 ， 取 ， ， 取 ， ， ， 滿足要求。 (1)計(jì)算壁板自重 外壁板自重 ， 內(nèi)壁板自重 ， 平面桁架共 26 層。 封底混凝土抗浮力驗(yàn)算 圍堰系統(tǒng)在水中受到浮力作用，在分析中還應(yīng)進(jìn)行圍堰抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。為了使鋼圍堰外形尺寸達(dá)到要求，車間制作時(shí)，首先要設(shè)置組裝用胎架。導(dǎo)向船和定位船自身應(yīng)有較強(qiáng)的穩(wěn)定性及調(diào)解能力，以抵抗圍堰所受的外力。在黃石大橋施工中，我們用了 150kN， 250kN， 450kN 三種重量。為此取消了導(dǎo)向船組，將錨纜直接錨系在 “鋼堰 ”上。當(dāng) “鋼堰 ”著床范圍的覆蓋層較薄，預(yù)計(jì)著床時(shí)已被沖光，且?guī)r面高差甚大，就必須采取可靠的技術(shù)措施確 保著床的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 混凝土罐車水平運(yùn)輸，混凝土泵車泵送人漏斗。有限元方法的基本步驟如下： (1)預(yù)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(diǎn)和單元。 有限單元計(jì)算分析的最初階段是模型的優(yōu)化階段，這是一個(gè)非常重要的過程。 外壁豎肋線荷載見圖 412。 內(nèi)支撐 內(nèi)支撐應(yīng)力分析結(jié)果見圖 425。 參考文獻(xiàn) [1] 張鴻，劉先鵬 .特大型橋梁深水高樁承臺(tái)基礎(chǔ)施工技術(shù) [M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2021 [2] 交通部第一公路工程公司編 .公路施工手冊(cè) (橋涵 ).北京：人民交通出版社， 2021 [3] 凌冶平，易經(jīng)武 .基礎(chǔ)工程 [M].北京：人民交通出版社， 1997 [4] 陳偉 .橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [M].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2021 [5] 劉自明 .橋梁深水基礎(chǔ) [M].北京：人民交通出版社， 2021 [6] 王慧東 .橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)工程 [M].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2021 [7] 趙明華 .土力學(xué)與基礎(chǔ)工程 [M].武漢 .武漢理工大學(xué)出版社， 2021 [8] 邵旭東 .橋梁工程 [M].武漢理工大學(xué)出版社， 2021 [9] 葛俊穎 .橋梁工程 [M].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2021 [10] Tien Hsing Wu,Soil Mechanics， (second editon),1977 [11] Braja M,Das,Principles of Geotechnical Engineering,(secong edition),1990 [12] GB 50172021，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S] [13] JTJ 0412021，公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 [S] [14] JTG D632021，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S] [15] JTG D602021，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 [S] [16] SL 7495，水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范 [S] 致謝 短短的三個(gè)月很快結(jié)束了，畢業(yè)設(shè)計(jì)也取得圓滿完成了。大橋的施工從 2021 年 6 月至 2021 年 10月近 40多個(gè)月時(shí)間，是一個(gè)成功的典范。要充分注意到各種有利條件，在確保結(jié)構(gòu)安全的情況下，盡量減小混凝土封底厚度，以降低工程費(fèi)用。 有限元計(jì)算結(jié)果應(yīng)力沿環(huán)板變化，大部分處于 200～ 400MPa 之間，一部分處于 100MPa 以下，一小部分則很大，甚至達(dá)到 700MPa，相對(duì)于手算誤差較大，建模過程中環(huán)板單元的劃分對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響很大，因此誤差的主要來源于建模的誤差。 水平桁架三維視圖見圖 47，水平桁架平面圖見圖 48。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化和降維分析時(shí)，需要做許多假設(shè)。圍堰內(nèi)的水抽干后，應(yīng)觀察堰底封底混凝土的漏水情況 :如果漏水不嚴(yán)重，可以用水泵抽水維持堰內(nèi)的的水位符合要求 ,如果漏水嚴(yán)重應(yīng)采取封堵措施。圍堰下沉至巖面時(shí)，封底混凝土與巖面結(jié)合，造成水壓力作用面積 減小等。 空氣幕助沉的氣龕制作困難，每次加氣的連續(xù)時(shí)間不能超過 5min，且氣量耗用大，水中助沉應(yīng)用甚少。圖 33 是浙江溫州大橋主墩施工的錨碇系統(tǒng)布置圖。 航運(yùn)部門的鑄鐵錨屬于定型產(chǎn)品，每種錨的自重 :海軍錨 ～ 30kN霍爾錨 ～ 50kN。 雙壁鋼圍堰的錨碇系統(tǒng)布置 根據(jù)施工水域水文條件和通航要求，圍堰錨碇系統(tǒng)可以采取靈活多變的布置方式。 首節(jié) “鋼堰 ”的組拼是施工中的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)施工進(jìn)度和施工投人有舉足輕重的作用。 封底混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算 采用 C30水下封底混凝土封底，高度 3m,混凝土在圍堰形成支點(diǎn)反力的情況下，承受圍堰抽水后產(chǎn)生的上浮力，封底混凝土底 承受水壓面積， 最大水頭差按 計(jì)算。 圖 221 拆除第二層支撐后受力模式 (單位： kPa) (3)受力結(jié)果 彎矩圖見圖 222。 水平桁架的斜桿受力計(jì)算 水平桁架平面如圖 215 所示。 在 xx軸方向，由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄三 (b 類 )。 由公式 (21)得 。 鋼圍堰隔艙厚擬為 。 設(shè)計(jì)荷載 荷載種類 流水壓力 水流流速 ，動(dòng)水側(cè)壓力 , ， 則動(dòng)水壓強(qiáng) 。圍堰內(nèi)外壁之間的空間，應(yīng)通過設(shè)置若干隔板，組成相互封閉的隔艙。圍堰自重包括其本身重量、填充物重量、圍堰上搭設(shè)的工作平臺(tái)重量及其他附屬重量。本設(shè)計(jì)承臺(tái)基礎(chǔ)平面圖如圖 13 所示，鋼圍堰平面圖如圖 14 所示。其 2 號(hào)～ 5 號(hào)墩采用外徑 28 m、壁厚 、高 的圓形雙壁鋼圍堰。施工對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染、無噪音。由于橋面很寬，對(duì)于索塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案，若按常規(guī)設(shè)計(jì)，鋼圍堰的直徑將達(dá)到 44m。因?yàn)樯钏h(huán)境不僅對(duì)它產(chǎn)生許多直接影響，還對(duì)其設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)都會(huì)提出一些特殊問題。使用的類型有兩種，一是我們國(guó)內(nèi)普遍采用的即上述介紹的用鋼板圍焊的雙壁鋼圍堰，只是使用比較少 而已；另一種是鋼板樁雙壁鋼圍堰，即將打入水中平行的兩列鋼板樁進(jìn)行橫向以及縱向連接和鎖定，并在兩層之間的間隙填人砂石或其他合適的材料就成了雙壁鋼圍堰。石家莊鐵道學(xué)院橋梁畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 橋梁深水承臺(tái)施工雙壁鋼吊 (套 )箱圍堰設(shè)計(jì) 專業(yè) 土木工程 班級(jí) 土 05012 姓名 王松 承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位 土木工程分院 導(dǎo)師 姓名 張慶芳 導(dǎo)師 職稱 副教授 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1)結(jié)合工程實(shí)際，確定鋼吊 (套 )箱圍堰的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸； (2)各施工工況荷載計(jì)算； (3)鋼圍堰面板、豎肋、環(huán)板、橫向桁架及封底混凝土設(shè)計(jì)； (4)圍堰整體穩(wěn)定計(jì)算； (5)圍堰加工及下沉施工工藝。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(guó)的臺(tái)灣地區(qū)應(yīng)用最為廣泛。從近代的沉井、沉箱技術(shù)措施，到現(xiàn)代的樁基礎(chǔ)、管柱基礎(chǔ)、鋼板樁圍堰技術(shù)的應(yīng)用，再到當(dāng)代的雙承臺(tái)鋼管樁基礎(chǔ)，甚至設(shè)置基礎(chǔ)等，核心問題都是如何去克服因深水而帶來的一系列問題。為了減小鋼圍堰的規(guī)模，方便施工，節(jié)省造價(jià)，同時(shí)又能保 證索塔造型的美觀，設(shè)計(jì)首次創(chuàng)造性地提出了異形鋼圍堰結(jié)構(gòu) ,即在圓形鋼圍堰上焊接兩個(gè)簸箕形構(gòu)造，如圖 11 所示。二是進(jìn)度快，多工序平行作業(yè)。在 5 號(hào)墩處，堰面最大高差達(dá)。 圖 13 承臺(tái)平面 圖 (單位： m) 圖 14 鋼圍堰平面圖 (單位： mm) 鋼圍堰施工工藝簡(jiǎn)介 雙壁鋼圍堰主要由井壁、隔艙、刃腳、頂部支座和一些其他配置組成，其主要施工工序?yàn)?:在拼裝船上拼裝雙壁鋼圍堰、浮運(yùn)、起吊下沉、鋼圍堰接高、并在鋼殼內(nèi)灌水、澆筑承臺(tái)及墩身、拆除上部鋼圍堰。有時(shí)，也要計(jì)及封底混凝土的重量。這樣，在圍堰施工下沉?xí)r可以采取充水、填砂或灌注混凝土等措施，分艙加載，維持其平衡或助沉。 動(dòng)水壓力見圖 21。 外壁邊長(zhǎng) B2=13+2=。 風(fēng)荷載遠(yuǎn)小于波浪力可忽略不計(jì)。 ，查得 。 圖 215 水平桁架 (單位： m) (1)計(jì)算桁架節(jié)點(diǎn)上的荷載力 。 圖 222 彎矩內(nèi)力圖 (單位： kN?m) 支反力見圖 223。 封底混凝土彎曲應(yīng)力驗(yàn)算 取 1m 寬封底混凝土計(jì)算： ， 按簡(jiǎn)支近似計(jì)算，跨度 。組拼方法與施工單位的設(shè)備、水上起重能力和習(xí)慣作法有關(guān)。錨固設(shè)備包括定位船、導(dǎo)向船、錨、錨纜和錨纜受力調(diào)節(jié)設(shè)備。 鋼筋砼蛙式錨屬于非定型 產(chǎn)品，其尺寸可根據(jù)使用需要加工而成。 圖 33 浙江溫州大 橋主墩施工錨錠系統(tǒng)布置圖 該橋址河段受不規(guī)則的半日潮影響，最大潮差 ，落潮的流速最大值 ，流向也往復(fù)變化，必須設(shè)雙向定位船。 泥漿套可 分為膨潤(rùn)土泥漿套與水下不離析泥漿套兩種，膨潤(rùn)土泥漿套在陸上應(yīng)用較好，在水下易于稀釋，降低了潤(rùn)滑作用，效果較差。這些因素有時(shí)難以定量計(jì)算，但可以作為安全儲(chǔ)備來考慮。 第 4 章 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ——有限元分析方法 有限元分析方法簡(jiǎn)介 有限元分析是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和工程分析的基本組成部分，由于它提供了更快捷和低成本的方式評(píng)估設(shè)計(jì)的概念和細(xì)節(jié)，所以人們?cè)絹碓蕉嗟貞?yīng)用有限元仿真的方法代替模型試驗(yàn)。最好是對(duì)要分析的結(jié)構(gòu)在荷載作用下的結(jié)構(gòu)行為有一個(gè)比較清楚地認(rèn)識(shí)，再去做假定。 內(nèi)支撐三維視圖見圖 49，內(nèi)支撐平面圖見圖 410。同時(shí)環(huán)板折角處應(yīng)力集中時(shí)大應(yīng)力的主要來源。 (4)本設(shè)計(jì)除采用簡(jiǎn)化的手算方法外，運(yùn)用了 MIDAS 有限元分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模，并對(duì)有限元計(jì)算結(jié)果與手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。 關(guān)鍵詞：東海大橋 非航道跨 打入鋼管樁 預(yù)制橋墩 全跨預(yù)制 斜拉橋 組 合箱梁 工程概要 施工條件 大橋位于超過 130mm 厚第四紀(jì)松散地層，有 26 公里海水深度達(dá) 10—20m，橋址處水流流速約為 ～ ，最大浪高為百年一遇的 ，最大風(fēng)速 。也就是說，學(xué)會(huì)使用軟件本身固然重要，同時(shí)要求分析者重視對(duì)有限元概念的理解。 圖 424 水平桁架應(yīng)力分析結(jié)果 水平桁架應(yīng)力基本符合要 求，大部分桿件居于 200MPa以下，但在桁架節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力較大。 圖 411 圍堰底固結(jié)模型 荷載施加 圍堰的 控制性工況為工況 2，故模型中荷載為工況 2 的荷載， 由于面板豎肋間距較小，僅為 ，故水壓力簡(jiǎn)化成豎肋上的線荷載。 如果計(jì)算結(jié)果和平時(shí)經(jīng)驗(yàn)的差別比較大，要仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)在不同荷載下的行為，找到計(jì)算結(jié)果和平時(shí)經(jīng)驗(yàn)的差別究竟在哪，時(shí)模型有問題，還是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的行為認(rèn)識(shí)還不夠。 有限元法是用于求解工程中各類問題的數(shù)值方法。 封底混凝土施工工藝 圍堰封底 對(duì)鋼圍堰水下大面積封底混凝土灌注工序，采用混凝土攪拌站集中拌和，混凝土罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，混凝土泵車輸送進(jìn)人導(dǎo)管漏斗的施工方法。武漢軍山長(zhǎng)江公路大橋 6 號(hào)主墩 “鋼堰 ”施工就是這一情況的實(shí)例。如果在 “鋼堰 ”兩側(cè)設(shè)導(dǎo)向船組，其船長(zhǎng)應(yīng)在 70m以上，按此船長(zhǎng)，其船寬均大于 15m，則導(dǎo)向船組的外側(cè)寬度將達(dá) 60m，不僅增大了主錨纜阻力，更主要的是影響了施工期航道的暢通。這種錨安放與起錨必須用起重船完成，其重量隨起吊沉放能力而定。定位船的作用是抵抗圍堰所承受的水流力，導(dǎo)向船的作用則是用來穩(wěn)定和調(diào)整鋼圍堰。 本設(shè)計(jì)鋼圍堰的制作流程如下： (1)胎架設(shè)置。 (由于本結(jié)構(gòu)為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，故混凝土容許彎拉應(yīng)力應(yīng)取 的安全系數(shù) )。 圍堰整體抗浮驗(yàn)算 圍堰下沉系數(shù)計(jì)算 計(jì)算圍堰自重 鋼材容重 ，圍堰高 。 水平桁架桿件本身無受力問題。 yy 軸方向由于有兩點(diǎn)支撐， ， 查得 ， 則 可。 圖 28 工況 2 荷載圖示 (單位： mm) 隔艙板受力檢算 工況 2 隔艙板受力檢算即雙壁鋼圍堰壁腔在水下封底混凝土灌注完畢后澆筑承臺(tái)前驗(yàn)算此種情況下豎向隔艙工字鋼組合梁上下翼緣應(yīng)力 (風(fēng)荷載與波浪力不同時(shí)考慮 )。 平面分塊：平面上由 隔艙板分為 8 塊，圍堰平面分塊見圖 25。 圖 22 靜水壓力示意圖 (單位： m) 波浪力 波浪力作用高度取 ，波浪力為作用于高出水面圍堰壁板的均布荷載，其大小為 ，波浪力見圖 23。 鋼圍堰高度的設(shè)計(jì)主要決定于施工區(qū)域的水深和圍堰嵌入土層的厚度。當(dāng)驗(yàn)算圍堰的穩(wěn)定性時(shí)，如果底面位于水中或透水性地基上，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)水位的浮力。從施工方面看，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的施工有分為先下鋼圍堰后成樁和先成樁后下鋼圍堰兩種施工方案。封底厚度設(shè)計(jì)為 7m，為了使圍堰在無嵌巖樁的情況下安全渡洪，實(shí)際封底厚度為 。該橋 原方案鋼圍堰需下沉人土 6m，圍堰下沉占用工期時(shí)間 90d，再水中混凝土封底、鉆孔樁施工，接著干法施工承臺(tái)。同時(shí)，雙壁鋼圍堰的使用方法有了新的變化，已不局限于先將雙壁鋼圍堰下沉就位封底混凝土，接著施工鉆孔樁，最后再抽水施工樁基承臺(tái)這一傳統(tǒng)施工工藝了。 橋梁基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工技術(shù) 就是深水施工中的一種新技術(shù)。該雙壁鋼圍堰就是上述的第一種類型。