橋梁基礎(chǔ)鋼圍堰施工階段驗(yàn)算

陳建楓

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041）

1 鋼圍堰簡介

某大橋主墩基礎(chǔ)鋼圍堰采用正方形雙壁殼體結(jié)構(gòu)，鋼圍堰外邊長18m，內(nèi)邊長16m，圍堰雙壁厚1.0m；鋼圍堰總高13m。

正方形圍堰設(shè)計(jì)高度為H=13.0m，沿高度方向分成了2 個節(jié)段，即：6.0m（刃腳段）+7.0m（標(biāo)準(zhǔn)段）；每一邊分為兩個隔倉。圍堰制作材料均采用Q235B 鋼材，外壁板6.0m（刃腳段）采用16mm 厚鋼板，7.0m（標(biāo)準(zhǔn)段）采用12mm 厚鋼板，內(nèi)壁板采用6mm 鋼板，壁板豎肋為L75×6 角鋼，內(nèi)外壁板上的間距為36cm，鋼箱處豎向間距為50cm，橫向?yàn)?0cm；鋼圍堰底部9m 范圍水平托架豎向間距值為1.0m，頂部間距采用2×1.25m 和1.5m，其水平斜撐桿采用L80×6 角鋼。

2 鋼圍堰有限元模型

2.1 鋼圍堰主要計(jì)算荷載

（1）鋼圍堰自重

鋼材容重按78.5kN/m3計(jì)算，C25 砼容重按24 kN/m3計(jì)算。

（2）靜水壓力荷載

在CS1 階段靜水壓力荷載分別作用于外壁板的內(nèi)外側(cè)、內(nèi)壁板的內(nèi)外側(cè)。靜水壓力根據(jù)P=ρgh 計(jì)算，水容重按10 kN/m3計(jì)算。

（3）鋼圍堰計(jì)算工況

圍堰自重根據(jù)鋼材密度由程序自動計(jì)算；靜水壓力根據(jù)P=ρgh 計(jì)算。

荷載組合：1.0×自重荷載+1.0×靜水壓力。

2.2 鋼圍堰模型

施工階段的第一階段，在鋼圍堰的內(nèi)外壁之間灌注9m 深的水，以平衡內(nèi)外的靜水壓力。鋼圍堰模型如圖1所示。

圖1 鋼圍堰模型三維圖

建模高度13m，底部邊界條件考慮固結(jié)，鋼圍堰壁板及隔倉板采用板單元建模，根據(jù)豎肋和環(huán)板劃分單元；鋼圍堰豎肋采用梁單元建模，與壁板單元共用節(jié)點(diǎn)，面板豎向加勁肋在高度方向通長布置；鋼圍堰環(huán)板及加勁板采用梁單元建模，與壁板單元共用節(jié)點(diǎn)。水平環(huán)板寬20cm，均為16mm 鋼板；加勁板為12mm 厚的鋼板，寬分別為160mm 和180mm；鋼圍堰水平斜撐采用梁單元建模，與環(huán)板連接并分割環(huán)板單元。

2.3 施加荷載

在圍堰的內(nèi)壁、外壁的內(nèi)外側(cè)都施加靜水荷載，如圖3、圖4所示。

圖3 外壁靜水壓力荷載（kN/m3）

圖4 內(nèi)壁靜水壓力荷載（kN/m3）

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 CS1 階段

（1）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

據(jù)規(guī)范規(guī)定，臨時結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力可提高1.3 倍，即[σ]=140×1.3=182MPa，上述計(jì)算結(jié)果均滿足該規(guī)范求，CS1 階段應(yīng)力均小于容許應(yīng)力。

（2）變形計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，CS1 階段最大位移為3.4mm，出現(xiàn)在鋼圍堰加勁板的底部偏上的位置。上述變形相對于圍堰結(jié)構(gòu)尺寸相差甚遠(yuǎn)，因此該變形值不會影響圍堰結(jié)構(gòu)安全。

（3）穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

豎肋角鋼及環(huán)板均與壁板單元采用連續(xù)焊縫，故不計(jì)算其穩(wěn)定性，只計(jì)算水平斜撐及平撐鋼管的穩(wěn)定性。根據(jù)工況計(jì)算，提取鋼圍堰最不利的水平斜撐及平撐鋼管內(nèi)力，桿件的軸力較第三階段的軸力小，CS1 階段不用進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3.2 CS2 階段

（1）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

C25 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度fck=16.7MPa，CS2 階段混凝土沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力。在上述結(jié)果中，內(nèi)壁板是不符合要求的，但由于在鋼圍堰的下部分8m 填滿混凝土，所以此時對整體結(jié)構(gòu)沒有影響。

（2）變形計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，CS2 階段最大位移為3.4mm，出現(xiàn)在鋼圍堰內(nèi)壁板的底部偏上的位置。該變形值不會影響圍堰結(jié)構(gòu)安全。

（3）穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)CS2 階段計(jì)算，鋼圍堰最不利的水平斜撐及平撐鋼管內(nèi)力。水平斜撐和鋼管的軸力較第三階段的水平斜撐和鋼管的軸力小，第二階段可以不用進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3.3 CS3 階段

（1）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

C25 混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度fck=16.7MPa，軸心抗拉強(qiáng)度ftk=1.78MPa，CS3 階段混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力1.35MPa，滿足軸心抗拉強(qiáng)度。

（2）變形計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，CS3 階段最大位移為5.2mm，出現(xiàn)在鋼圍堰水平環(huán)板加勁板的局部節(jié)點(diǎn)上，整體變形較小，表明鋼圍堰剛度極大。

（3）穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)CS3 階段計(jì)算，提取鋼圍堰最不利的水平斜撐及平撐鋼管內(nèi)力，計(jì)算得到桿件穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過驗(yàn)算，CS1、CS2、CS3 階段下的整體強(qiáng)度、剛度均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，滿足施工要求。