主墩钢套箱计算书参考.doc

附件3 主墩钢套箱计算书 1工程概况 柬埔寨洞里萨大桥主墩为梭形，平面尺寸11.3m×10.3m，承台高3.5m，底标高为15.3m。承台施工拟采用钢套箱方案，钢套箱外围尺度为11.3m×10.3m×6m。 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 23.5m 施工水位 18.5m 最大流速 150m 2.2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、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进行模拟，弹性本构模型的材料参数为： 弹性模量E=2.0×1011Pa 泊松比μ=0.3 质量密度ρ=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。 式中，i 为1，2，3方向； ——初始水流速度修正系数，取值为1； ——初始水流速度（m/s）； ——与结构物碰撞后水流速度修正系数，取值为1； ——与结构物碰撞后水流速度（m/s）。 ——水的密度（kg/m3）； ，面积A上单位时间通过的水流量（m3/s）。 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） 2、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11.3m×10.3m×6m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。 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 Ⅰ56a [ 16 梁 2 套箱侧板 钢材 厚6mm 板壳 3 吊架 钢材 口600×400 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800mm 板壳 7 下层砼 砼C25 厚3500mm 8 钢管桩 钢材 直径2700mm，厚100mm 梁 9 内部桁架梁主梁 钢材 φ299@8 梁 10 内部桁架梁联系 钢材 φ299@8 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2.0×105MPa，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。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 图5.1.3竖向位移云图 图5.1