便桥-栈桥-平台-吊箱计算说明(9-15).doc

1、附件一：柬埔寨洞里萨河大桥 8#墩承台钢套箱施工过程结构分析委托单位：杭交工集团柬埔寨大桥工程项目部承担单位：浙江大学结构研究所编 写：王金昌审 核：汪建竹11 工程概况柬埔寨洞里萨大桥主墩为梭形，平面尺寸 11.3m10.3m，承台高 6m，底标高为-5.3m。承台施工拟采用钢套箱方案，钢套箱外围尺度为 11.3m10.3m6m。2 工况描述2.1 水文条件（1）水位和流速该桥所处河流的水位及流速见 2.1 所示。表 2.1 潮位特征值项目 特征值最高水位 10.5m设计水位 6.5m最大流速 0.70m2.2 计算工况根据钢套箱的施工方案，在实际施工过程中遇到的各种荷载组合，总结了以下四种

2、不利荷载工况：1、阶段一、套箱起吊结构组成：底板及底板主次梁、吊架、内部桁架梁。作用荷载：结构自重。2、阶段二、套箱安装结束尚未浇封底砼（加固已结束）结构组成：底板及底板主次梁、内部桁架梁、吊架、桩。作用荷载：结构自重、波流力。3、阶段三、浇注封底砼，但砼尚未有强度结构组成：底板及底板主次梁、内部桁架梁、吊架、桩。作用荷载：结构自重、封底砼自重、封底砼侧压力、波流力、静水浮力。4、阶段四、浇注下层砼，但砼尚未有强度结构组成：封底砼、内部桁架梁、吊架、桩。作用荷载：结构自重、封底砼自重、下层砼自重、下层砼侧压力、波流力、静水浮力、2静水侧压力。3 计算参数钢套箱钢结构，描述其本构行为采用弹性模型

3、进行模拟，弹性本构模型的材料参数为：弹性模量 E=2.01011Pa泊松比 =0.3质量密度 =7850kg/m3混凝土材料作为荷载施加于钢套箱上，混凝土材料的质量密度取为 2500kg/m3。4 计算模型4.1 计算方法1、承台套箱、桩基的波流力计算根据水力学动量计算公式，流体与固体边界的相互作用力可以按下式计算。 )(12iii VQF式中，i 为 1，2，3 方向；初始水流速度修正系数，取值为 1；i初始水流速度（m/s） ；iV2与结构物碰撞后水流速度修正系数，取值为 1；i与结构物碰撞后水流速度（m/s） 。i1水的密度（kg/m 3） ；，面积 A 上单位时间通过的水流量（ m3/

4、s） 。VQ计算时，取最不利情况，即假定水流与套箱接触后速度为 0，从而有（N）2AVFi2、计算模型的尺寸根据设计资料可得数模分析的钢套箱外围尺度为 11.3m10.3m6m 的钢套箱。分析方法为三维有限单元法，具体分析时采用空间梁单元和壳单元对物理模型进行离散。4.2 模型参数主要构件模型类型及参数详见表 4.1。3表 4.1 主要构件模型参数表序号 构件名称 材料 构件尺寸 单元类型1 底板主、次梁 钢材 56a 16 梁2 套箱侧板 钢材 厚 6mm 板壳3 吊架 钢材 口 600400 梁板壳4 套箱竖向肋梁 钢材 16 梁5 水平肋 钢材 16 梁6 封底砼 砼 C25 厚 800

5、mm 板壳7 下层砼 砼 C25 厚 3500mm8 钢管桩 钢材 直径 2700mm，厚 100mm 梁9 内部桁架梁主梁 钢材 2998 梁10 内部桁架梁联系 钢材 2998 梁钢套箱的材料遵循弹性变形规律，弹性本构模型基本力学参数为弹性模量和泊松比，钢的弹性模量取为 2.0105MPa，泊松比为 0.3。完成钢套箱各个阶段的计算后，要判断钢材是否达到屈服应力，钢的屈服应力为 195MPa。5 钢套箱计算结果现将钢套箱结构的主要构件在各个阶段计算荷载作用下的内力结果及位移结果汇总整理如下。内容包括每一阶段中，钢套箱各构件的具体内力数值及内力分布情况。5.1 阶段一：起吊阶段起吊阶段，钢套

6、箱和钢内支撑的有限元模型见图 5.1.1 所示，其中钢套箱侧板采用四结点缩减积分壳单元进行网格划分，其余的加劲肋和底部纵横向梁采用空间两结点梁单元进行网格划分。起吊阶段受到的荷载为结构自重，通过定义质量密度和激活竖向重力加速度即可。根据试算，在八根 I56a 纵梁端部设置铰结约束外，在外侧两根 I56a 工字钢中部设置吊点，提供竖向约束条件。图 5.1.2 给出了在自重荷载作用下的 Mises 等效应力分布，钢套箱底部靠近中间位置应力较大，Mises 等效应力达 69.23MPa，这是由于在此处施加吊点约束的缘故，最小 Mises 等效应力为 19.59kPa，但是这些值都还在工字钢极限应力范

7、围之内。在起吊阶段，结构虽然在工字钢和套箱侧壁的一些部位产生应力集中现象，但是集中的应力值都不是很大。图 5.1.3 为整个结构竖向最大位移分布图，由图可知，钢套箱的最大竖向位移为 7.63mm。4图 5.1.4 为水流方向（2 方向）位移分布，位移较小。图 5.1.1 起吊阶段钢套模型图 5.1.2 Mises 应力云图5图 5.1.3 竖向位移云图图 5.1.4 水流方向（2 方向）水平位移云图5.2 阶段二：套箱安装结束尚未浇封底砼 起吊安装好，但未浇注混凝土时结构计算结果。受到的荷载有：结构自重，波流力。在这些荷载作用下，套箱受到重力方向与水平荷载作用下的应力及位移分布如图 5.2.1

8、图 5.2.3 所示，与图 5.1.2图 5.1.4 对比可知，考虑波流力作用后，套箱应力有所增加，集中力的位置基本上没有变化，波流力影响有限。6图 5.2.1 Mises 应力分布图 5.2.2 竖向位移方分布7图 5.2.3 水流方向（2 方向）水平位移云图5.3 阶段三：浇注封底砼，但砼尚未有强度浇注下层混凝土，但此时还未有强度达到 70%。受到的荷载有：结构自重，波流力，未达到 70%的平台混凝土自重，浮力。因设计时在每根工程桩顶部设置套箍，从而底部纵横向梁受到竖向约束作用，采用有限元进行分析时，将该约束简化为弹簧，弹簧刚度取为 2.0109N/m，见图 5.3.1 所示。激活这些弹簧

9、约束后，施加浇注的下层混凝土形成的荷载。图 5.3.1 设置竖向弹簧示意计算得到的 Mises 等效应力见图 5.3.2 所示，最大 Mises 等效应力达 147.7MPa，有典型的应8力集中现象，但钢材尚未达到屈服应力。竖向位移分布见图 5.1.3 所示，最大竖向位移为1.25cm。图 5.3.2 Mises 应力云图图 5.3.3 竖向位移方分布95.4 阶段四：浇注下层砼，但砼尚未有强度平台混凝土浇注完成，同时浇注上层混凝土，受到的荷载有：结构自重，波流力，套箱静水压力，浮力，平台混凝土自重，强度未达到 70%的上层混凝土自重。在平台混凝土强度达到 70%以后，可以在上部浇注厚度为 3.5m 为上层混凝土。在浇注上层混凝土之前，需要将套箱内部的水排出。在上层混凝土强度未达到 70%时，混凝土对套箱侧壁还有侧向压力作用。同时，由于套箱内部水排出，套箱侧壁内外受到静水压力也不一样。下部平台混凝土起作用后，下部相当于密闭，套箱还受到水的浮力作用。此时 80cm 下层混凝土已达到设计强度，形成板体，此有限元分析步中激活底板壳，整体受力好。计算得到的 Mises 等效应力见图 5.4.1，最大等效应力为 153.0MPa，最大竖向位移为1.269cm。图 5.4.1 Mises 等效应力分布