【正文】 強(qiáng)度的 70%以后即可抽水。在抽水過(guò)程中要隨時(shí)觀察圍堰的變形及漏水情況，防止水壓力過(guò)大造成圍堰變形。如果有漏水或者變形的地方，應(yīng)注意暫停抽水，待處理完畢并觀察不再變形及漏水以 后再繼續(xù)抽水。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。 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?lái)越多地應(yīng)用有限元仿真的方法代替模型試驗(yàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真分析產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 有限元法是用于求解工程中各類問(wèn)題的數(shù)值方法。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(wèn)題分解成節(jié)點(diǎn)和單元。每一個(gè)單元代表這個(gè)實(shí)際結(jié)構(gòu)的一個(gè)離散部分，這些單元通過(guò)節(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，不存在線或面的連接。節(jié)點(diǎn)和單元的集合成為網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成有限元模型。 ② 假設(shè)代表單元物理行為的形函數(shù)，即假設(shè)代表單元解得近似連續(xù)函數(shù)。 ③ 對(duì)單元建立方程。 ④ 構(gòu)造總體剛度矩陣。 ⑤ 應(yīng)用邊界條件、初值條件和負(fù)荷。 (2)求解階段 求解線性或非線性微分方程組，以得到節(jié)點(diǎn)的值，例如得到不同節(jié)點(diǎn)的位移。在應(yīng)力分析中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移是計(jì)算的基本變量，一旦解出節(jié)點(diǎn)的位移，每個(gè)單 元的應(yīng)力和應(yīng)變很容易被導(dǎo)出。這部分內(nèi)容會(huì)有許多的求解選擇，一種不恰當(dāng)選擇會(huì)導(dǎo)致不正確的結(jié)果。 (3)后處理階段 得到其他重要的信息，比如應(yīng)力、內(nèi)力、支反力。 結(jié)構(gòu)分析的最終目的是使用最簡(jiǎn)單的方法得到最精確的結(jié)果，因此分析者就要預(yù)見和評(píng)價(jià)簡(jiǎn)化后的結(jié)果。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)。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。有時(shí)簡(jiǎn)化方法并不一定正確，由于有限元的理論比較復(fù)雜，而且有限元理論和工程結(jié)構(gòu)都是不斷發(fā)展和變化的，所以許多結(jié)構(gòu)行為和模擬方法要不斷去認(rèn)識(shí)和提高 。 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(wèn)題，還是對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的行為認(rèn)識(shí)還不夠。 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(guò)程。在模型建立的初期，模型的單元?jiǎng)澐挚赡艽嬖诓缓侠碇?，甚至出現(xiàn)大量的畸形單元 。單元的數(shù)量過(guò)于龐大計(jì)算的周期過(guò)長(zhǎng)。這就需要在分析計(jì)算過(guò)程中，不斷地修改優(yōu)化模型，并且要在不失精度的前提下，減少單元的數(shù)量。模型的優(yōu)化是組合有限單元計(jì)算分析中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其對(duì)最初的計(jì)算工況，顯得的更為重要，因 為這一工況是以后各分析工況的基礎(chǔ)。 圍堰有限元模型 本文對(duì)雙壁鋼圍堰進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的具體設(shè)計(jì) ,在橋梁結(jié)構(gòu)有限單元計(jì)算分析的模型化原則基礎(chǔ)上 ,詳細(xì)闡明了圍堰結(jié)構(gòu)有限單元計(jì)算分析數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程。圍堰全結(jié)構(gòu)有限單元計(jì)算分析模型建立的好壞會(huì)直接影響以后的分析計(jì)算，因此，在模型中必須完全反映結(jié)構(gòu)形狀、材料特性、荷載狀況、邊界條件等因素，單元的劃分要過(guò)渡平滑，避免病態(tài)問(wèn)題的出現(xiàn)。此外，在分析計(jì)算過(guò)程中，將進(jìn)一步優(yōu)化模型，這是組合有限單元計(jì)算分析中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 單元類型 模型中面板采用板單元 ，豎肋采用三維梁兩單元，水平桁架采用桿單元，水平環(huán)板采用梁?jiǎn)卧瑑?nèi)支撐采用梁?jiǎn)卧? 鋼圍堰整體模型三維視圖見圖 41，面板模型三維視圖見 42。 鋼圍堰豎肋模型三維視圖見圖 43，豎肋細(xì)部三維視圖見圖 44。 水平環(huán)板三維視圖見圖 45，水平環(huán)板平面圖見圖 46。 水平桁架三維視圖見圖 47，水平桁架平面圖見圖 48。 內(nèi)支撐三維視圖見圖 49，內(nèi)支撐平面圖見圖 410。 圖 41 鋼圍堰整體模型三維視圖 圖 42 面板模型三維視圖 圖 43 鋼圍堰豎肋三維視圖 圖 44 豎肋細(xì)部三維視圖 圖 45 水平環(huán)板三維視圖 圖 46 水平環(huán)板平面圖 圖 47 水平桁架三維視圖 圖 48 水平桁架平面圖 圖 49 內(nèi)支撐三維視圖 圖 410 內(nèi)支撐平面圖 約束類型 圍堰底由于受到土體各個(gè)方向的約束，故圍堰底建立各個(gè)方向均約束的固結(jié)模型，圍堰固結(jié)模型見圖 411。 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。 外壁豎肋線荷載見圖 412。 內(nèi)壁豎肋線荷載見圖 413。 圖 412 外壁豎肋線荷載 (水壓力 +土壓力 )(單位： kPa) 圖 413 內(nèi)壁豎肋線荷載 (土壓力 )(單位： kPa) 計(jì)算結(jié)果 面板 應(yīng)力 外壁面板應(yīng)力分析結(jié)果見圖 414，內(nèi)壁面板應(yīng)力分析結(jié)果見圖 415。 圖 414 外壁面板應(yīng)力分析結(jié)果 圖 415 內(nèi)壁面板應(yīng)力分 析結(jié)果 手算面板 ，符合要求。 有限元軟件計(jì)算結(jié)果在大部分處于 71～ 之間，個(gè)別小單元應(yīng)力很大達(dá)到 500 多MPa，說(shuō)明圍堰計(jì)算應(yīng)力基本符合要求，對(duì)于個(gè)別應(yīng)力很大的情況則由于與環(huán)板連接處應(yīng)力集中造成。 變形 外壁面板位移分析結(jié)果見圖 416，內(nèi)壁面板位移分析結(jié)果見圖 417。 圖 416 外壁面板位移分析結(jié)果 圖 417 內(nèi)壁面板位移分析結(jié)果 外壁面板最大位移為 ，內(nèi)壁面板最大位移 ，其位移基本符合要求，不會(huì)發(fā)生變形破壞，故面板安全。 豎肋 應(yīng)力 外壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果見圖 418，內(nèi)壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果見圖 419。 圖 418 外壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果 圖 419 內(nèi)壁豎肋應(yīng)力分析結(jié)果 變形 外壁豎肋位移分析結(jié)果見圖 420，內(nèi)壁豎肋位移分析結(jié)果見圖 421。 圖 420 外壁豎肋位移分析結(jié)果 圖 421 內(nèi)壁豎肋位移分析結(jié)果 內(nèi)外壁豎肋與面板共同受力，故其位移基本相同，所以豎肋位移也是基本符合要求了。 水平環(huán)板 外壁環(huán)板位移應(yīng)力結(jié)果見圖 422，內(nèi)壁位移分析結(jié)果見 圖 423。 圖 422 外壁環(huán)板應(yīng)力分析結(jié)果 圖 423 內(nèi)壁環(huán)板應(yīng)力分析結(jié)果 水平環(huán)板計(jì)算結(jié)果 。 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(guò)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(lái)源于建模的誤差。同時(shí)環(huán)板折角處應(yīng)力集中時(shí)大應(yīng)力的主要來(lái)源。 水平桁架 水平桁架應(yīng)力分析結(jié)果見圖 424。 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。 內(nèi)支撐 內(nèi)支撐應(yīng)力分析結(jié)果見圖 425。 圖 425 內(nèi)支撐應(yīng)力分析結(jié)果 滿足要求。 有限元分析結(jié)果最大為 111MPa，與手算結(jié)果相差不大。 結(jié)果比較與分析 手算的方法是簡(jiǎn)化受力模式，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算，其優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)便，但僅僅將某一構(gòu)件單獨(dú)隔離出來(lái)計(jì)算，不考慮與其余構(gòu)件的關(guān)系，更不考慮整體的影響。 有限元軟件的優(yōu)勢(shì)不僅僅在于其計(jì)算速度，而且是對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算，但建模的方式對(duì)結(jié)果影響很大甚至 是錯(cuò)誤的。從前面的各構(gòu)件應(yīng)力及變形分析說(shuō)明，本設(shè)計(jì)中圍堰時(shí)安全的，強(qiáng)度和穩(wěn)定性均符合要求。 第 5 章 結(jié)論 綜上所述，就橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)得出如下一些結(jié)論： (1)雙壁鋼圍堰適合于橋梁深水基礎(chǔ)施工，我國(guó)已具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在圍堰構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，要與基礎(chǔ)承臺(tái)的構(gòu)造相協(xié)調(diào)，避免尺寸過(guò)大。應(yīng)與其他結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，在設(shè)計(jì)中做到形式靈活多變、結(jié)構(gòu)受力合理并最大限度地降低工程造價(jià)。 (2)在考慮自重、水流力，風(fēng)荷載及漂浮物對(duì)圍堰的撞擊力等外力的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)圍堰的抗滑移、抗傾覆和抗浮穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算 。在圍堰錨碇系統(tǒng)布置時(shí)，要考慮流速和流向的變化，采用定位船、導(dǎo)向船等設(shè)備，不僅在圍堰結(jié)構(gòu)的上下游，也在兩側(cè)設(shè)置錨纜，同時(shí)要有錨纜受力調(diào)節(jié)裝置，確保圍堰的平衡和穩(wěn)定。 (3)在確定圍堰封底混凝土厚度時(shí)，既要考慮強(qiáng)度要求，也要滿足抗浮穩(wěn)定性。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。 (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。有限元軟件可以方便的對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立模型并快速得出結(jié)果， 但是應(yīng)用有限元軟件必須理解有限元分析的基本概念，否則有限元只是一個(gè)提供仿真的黑匣子，若不理解軟件所包含的內(nèi)容和一些程序中提供的選項(xiàng)內(nèi)涵，分析者將十分被動(dòng)。也就是說(shuō)，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。 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。當(dāng)然設(shè)計(jì)的完成與指導(dǎo)老師的辛勤工作以及同學(xué)們的熱心幫助是分不開的。 本論文的順利完成首先要感謝張慶芳老師，張老師對(duì)論文工作給予了全力支持，并以多年的經(jīng)驗(yàn)與學(xué)識(shí)精心指導(dǎo)我們。三個(gè)多月來(lái)，張老師不僅在設(shè)計(jì)工作上對(duì)我大力幫助，生活上也非常關(guān)心、照顧。張老師正直熱情、樂(lè)于助人的處世態(tài)度，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的治學(xué)精神深深地影響著我，將使我終生受益。在此，謹(jǐn)向張老師致以最衷心的感謝 ! 另外，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，牛潤(rùn)明老師教我們學(xué)會(huì)了 軟件的使用，不僅加快了畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度，更重要的是學(xué)會(huì)以中軟件將對(duì)我們未來(lái)無(wú)論是工作和學(xué)習(xí)將大有裨益。 同組同學(xué)在資料的搜集和查尋上對(duì)論文工作給予了熱情幫助，在此，也向他們表示感謝。 最后，向所有在學(xué)習(xí)、生活上給予我關(guān)心和幫助的各位老師和同學(xué)表示深深的謝意。 附錄 附錄 A 外文翻譯 附錄 B 設(shè)計(jì)圖紙 附錄 A 外文翻譯 東海大橋 ——中國(guó)第一座特長(zhǎng)跨海大橋 摘要 東海大橋是上海到洋山深水港的重要配套工程，東海大橋總長(zhǎng) 公里，是中國(guó)第一座特長(zhǎng)跨海大橋。東海大橋起于上海蘆潮港跨越大海與洋山港連接，工程規(guī)模決定了東海大橋有以下特點(diǎn)：施工環(huán)境惡劣，技術(shù)難度高，工期緊。因此，該橋的設(shè)計(jì)遇到從來(lái)沒(méi)有遇到過(guò)的一系列問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題，必須經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析和研究。設(shè)計(jì)者們制定了保證海上安全有效施工方案和技術(shù)。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。 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(guò) 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 。橋址處受海洋氣候和條件影響巨大，象風(fēng)、浪、水流、暴風(fēng)、霧和雨等，因此，施工時(shí)間 240 天用于下部結(jié)