广珠铁路跨西江大桥新方案资料Word格式.docx
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21.5m(高度)
●舱壁间距1.40m。
●钢吊箱的材料包含Q235和Q345两种钢材。
●钢吊箱封底混凝土标号为C25,砼的重度取=23kN/m3。
●钻孔桩:
,钢护铜外径3.1m。
3.参考资料
●《公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)》
●《钢结构设计规范(GB50017-2003)》
●王国正,翟履谦:
《钢结构原理与设计》,清华大学出版社,1993
●魏钟明:
《钢结构》。
武汉理工大学出版社,2002
4.钢吊箱主要构件简述
钢吊箱各种主要构件如下:
●底板和壁板
壁厚6mm,钢材类型为Q345
●底板龙骨
大龙骨:
焊接工字钢600(560×
16+500×
20)mm;
小龙骨:
焊接工字钢400(360×
16+300×
加劲角钢:
L100×
63×
8mm;
加劲肋:
工12.6
●隔舱板
板厚分12、10和8三种;
内外壳板处设-10×
300的加强垫板;
水平筋-10×
150。
●水平角钢
壁板水平加劲角钢为L100×
10mm和L90×
56×
8mm两种。
●内部水平支撑
设置2道水平内支撑,为φ720×
12mm,其中心线距箱底的高度分别为10.2m和15.0m(处吊箱底)。
●抗浮支柱
采用2[36a拼成的箱形截面。
支在底板纵横龙骨的交叉点处。
5.计算模型
5.1计算工况
钢吊箱分节、分块焊接拼装,在此过程中,尚未完全就位的钢吊箱处于漂浮状态,内外水压力相互抵消,所以不会产生较大的应力和变形。
根据分析的结果,考虑最不利载荷作用影响,主要分两种工况进行计算:
●工况一、吊箱到达设计标高漂浮,浇注3.4m厚的封底混凝土(未固结)的情况;
工况一为底板最不利工况。
此时由于封底混凝土未固结,没有刚度,但其重量要作用在钢吊箱的底板上,使吊箱结构产生变形。
计算中取吊箱内部(内壳板以内)和外部(外壳板以外)的水位均为设计水位。
为了保证浇注封底混凝土之前钢吊箱漂浮在水上,在1.4m舱内中的水位计算如下。
钢吊箱结构重量(包括内支撑和抗浮支柱)约708t,
舱内的水位距江水水面的高度为:
708÷
(454.04-344.96)=6.5m
舱内水位到箱底的高度为:
21.274-6.5=14.774m。
3.4m混凝土(重度23kN/m3)考虑浮容重,换算成面压力为0.0442N/mm2。
●工况二、封底混凝土固结完毕,抽干吊箱内部的水的情况;
工况二为壁板最不利工况。
为了使得上浮力较小,在吊箱1.4m舱内的水位注到与江水平齐,此时只有吊箱内壁受水压力作用;
封底混凝土固结,与底板结合成整体,整体上浮力靠封底混凝土与钢护铜之间的粘结力和拉压杆一起承受。
5.2有限元模型
在有限元计算模型中,所采用的单元包括:
板壳单元离散和模拟内、外壳板、隔舱板、底板大小龙骨、拉压杆以及套箱支撑结构。
单元大小以壳板垂向加劲肋间距为依据,形状尽量接近正方形。
梁单元离散和模拟底板和壁舱底加劲肋。
按照实际情况考虑梁的偏心。
实体单元离散和模拟钢吊箱中的填充混凝土。
整体结构计算采用有限元计算软件MSC/NASTRAN进行,根据结构对称性,取四分之一结构进行分析。
材料参数如下:
SteelQ235
C20
5.3工况一结构计算
Ø
模型:
浇注3.4m厚的封底混凝土,壁板双侧都受水压力,壁舱间注有6m高的水位,吊箱内支撑受力很小,底板承受混凝土的竖向压力,此工况为底板最不利工况,计算模型如图
(1)和图
(2)。
载荷:
底板封底混凝土压力0.0442Mpa;
吊箱内外承受净水压力最大为0.21274Mpa;
壁舱间承受净水压力最大为0.14774Mpa;
壁舱底板承受0.065Mpa水压力;
载荷示意如图(3)
约束:
由于为对称结构,约束也采用对称约束,
垂直x轴的面;
垂直y周的面;
拉压杆顶部固结
图
(1)工况一四分之一整体模型
图
(2)细部结构图
图(3)工况一载荷示意图
工况一应力分布:
图(4)底板应力
图(5)龙骨应力
图(6)壁板应力
图(7)隔舱板应力
图(8)水平角钢应力
图(9)围檩应力
图(10)支撑应力
表
(1)工况一构件应力最大值分布表
项目
壁板
隔舱板
水平角钢
围檩
底板
等效应力(Mpa)
65.8
44.2
93.7
24.6
172
龙骨
底板加筋肋
内支撑
底板变形
134
165
14.9
10.8mm
工况一计算结果显示:
所有应力均在180Mpa以内,整体变形较小,说明结构是安全可靠的。
5.4工况二结构计算
封底混凝土固结,壁舱间注水与江水相平,吊箱内抽水,吊箱内支撑承受较大轴向载荷,底板与封底混凝土以及拉压杆一起承受竖向水压力压力,内壁板承受15.274m高的静水压力,此工况为底板最不利工况,计算模型如图(11)和图(12)。
与工况一计算模型相比只是多出了固结后3.4m的封底封底混凝土,用实体单元模拟,见图(12)。
吊箱内壁板承受净水压力最大为0.21274Mp;
吊箱底板受均布水压力为0.21274Mp;
载荷示意如图(13)
图(11)工况二四分之一计算模型
图(12)封底混凝土
图(13)工况二载荷示意图
工况二vonmises应力分布:
图(14)壁板应力
图(15)隔舱板应力
图(16)水平角钢应力
图(17)底板应力
图(18)底板龙骨应力
图(19)内支撑应力
图(20)围檩应力
图(21)整体变形
表
(2)工况二构件应力最大值分布表
153
166
155
30.9
整体变形
22.9
22.1
149
12.5mm
工况二计算结果显示:
6.计算结果分析:
●工况一情况下内外都有水,应力结果都比较小。
内壳和外壳板单元上的等效应力都不大于65MPa。
底板承3.4m受封底混凝土的压力,封底混凝土凝固前一直为底板最不利情况。
由于舱间水位低与江水水位相差只有6m,隔舱板、围檩以及内支撑系统的应力水平都比较低,不超过45Mpa,水平角钢应力相对较大,接近94Mpa。
在底板位置,底板承3.4m受封底混凝土的压力,封底混凝土凝固前一直为底板最不利情况。
底板龙骨与底板相交处应力较大。
不考虑由于单元局部应力集中的影响,龙骨最大等效应力接近134Mpa,底板最大等效应力接近172Mpa。
相比而言,此时底板加劲肋的应力也比较大,接近165Mpa。
整体结构变形最大为底板,接近10.8mm,变形很小。
计算结果见图(4-10)和表
(1)。
●工况二,即钢吊箱内部抽干水之后,按设计施工水位(+7.5m)计算,由于壁舱间注水与江水相平,此时只有内壁板承受21.273m高的静水压力较大,为壁板最不利情况。
而底板已与封底混凝土固结成整体承受水压力,此时底板绝对安全。
内壁板和外壁板的应力比第一种情况大的多,内壁板应力最大值接近153Mpa,相比而言,内壁板应力比外壁板要大。
由于水位差很高,水平角钢、隔舱板、围檩以及内支撑系统应力都很大。
此工况为施工作业工况,也是最不利工况。
不考虑应力集中影响,水平角钢最大应力接近166Mpa,隔舱最大应力接近172Mpa,围檩应力最大值接近155Mpa,内支撑系统应力最大值接近149Mpa.
此时底板、龙骨由于和封底混凝土一起受力,应力水平都很低,都不超过50Mpa。
整体结构变形最大为壁板,接近12.5mm,变形很小。
计算结果见图(14-21)和表
(2)。
●稳定性验证
从整个计算过程可以看到,只有内支撑系统为主要受压构件,需要验证支撑系统的稳定性。
Ф720钢管水平直撑,
计算得=250mm;
计算长度取6000mm,
则长细比=6100/250=24.4;
由按b类截面查表知:
稳定性系数=0.957。
于是该截面构件可以承受的压应力为:
=0.957×
180MPa=172MPa>
149Mpa
因此稳定性也满足要求。
从双壁钢吊箱下水以及抽水整个过程,分工况一和工况二两种情况计算,从等效应力分布图(4-10)和图(14-21)和表格(1-2)得到结果可以看到,整个过程中结构的承载应力都在材料的允许应力范围以内,整体结构变形比较小,因此说明结构是安全的。
广珠铁路西江大桥142#桥墩双壁钢吊箱拼组下沉方案
一、吊箱拼组顺序
钢吊箱高21.5m,分为3节,第一节高6.0m,第二节高7.5m,第三节高8.0m。
钢吊箱总重量约708吨,第一节重量(含底板、抗压柱、定位轮)为304吨,第二节重量(含内支撑)为205吨,第三节重量(含内支撑、定位轮)为199吨。
首先根据吊箱底板分快情况,把每一块分别安装在钢护筒上面的牛腿上,并且用吊架(见吊箱吊架结构图)分别吊住每一块,吊放设备用20吨手拉葫芦,吊放时注意保持所有手拉葫芦同步下放,以便使手拉均匀受力,防止吊架因手拉葫芦受力不均产生扭矩失稳,造成吊箱掉入水中的重大安全事故。
用手拉葫芦吊好底板后,对其进行焊接、水密性检查(用煤油),确保水密。
接着安装第一节(含抗压柱),第一节安装后,进行水密性检查,详细检查各拼接处(用煤油),确保水密。
水密检查合格后,把第一节吊放到水中,在其上继续拼组第二节和第三节。
二、吊架和导向
1、吊架结构
根据底板分块情况在钢护筒上设置吊架,每套吊架由一榀吊架横梁(2[36a槽钢)组成并配有两根垫梁(2[28a槽钢)和两根扁担梁(2[28a槽钢)。
每个吊架上通过卸扣悬挂四付20t手拉葫芦,手拉葫芦通过卸扣吊住穿过抗压柱的扁担梁,根据吊箱底板的分块,共需9套吊架横梁,36个吊点,36付手拉葫芦,18根垫梁,18根扁担梁,72套20t卸扣。
2、导向
为控制钢吊箱下沉位置,在钢吊箱的壁板上设置三层定位轮,每层10个(直径400mm)。
共
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