大桥项目深水高桩承台双壁钢吊围堰项目施工技术研究报告.doc

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1、天兴洲长江大桥项目深水高桩承台双壁钢吊围堰施 工 技 术研究报告天兴洲大桥项目部二零零七年四月目 录第一章 前 言- 1 -1.1 工程概述- 1 -1.1.1 结构形式- 1 -1.1.2 地形、地貌- 1 -1.1.3 工程地质- 2 -1.1.4 气象- 2 -1.1.5 桥渡水文- 2 -1.1.6 航道及航运- 3 -1.1.7 地震- 3 -1.1.8 主要技术标准- 3 -1.2本课题研究的主要内容- 4 -第二章 双壁钢吊箱围堰设计- 5 -2.1 基本设计情况- 5 -2.2 设计依据- 5 -2.3 设计参数- 5 -2.4 钢吊箱主要构件简述- 6 -2.5 确定计算模型

2、- 7 -2.5.1 坐标系选择- 7 -2.5.2 计算工况- 7 -2.5.3 有限元模型- 8 -2.5.4 边界条件- 14 -2.6 材料- 16 -2.7 载荷- 16 -2.7.1 外部水压力- 16 -2.7.2 内部水压力- 16 -2.7.3 水流压力- 17 -2.7.4 风载荷- 19 -2.7.5 重力- 20 -2.7.6 各工况的载荷组合- 20 -2.8 计算结果与分析- 22 -2.8.1 计算结果汇总- 22 -2.8.2 强度- 22 -2.8.3 刚度- 25 -2.8.4 稳定性- 26 -2.8.5 混凝土的强度- 27 -2.9 结论- 37 -第

3、三章 双壁钢吊箱施工- 38 -3.1 钢吊箱制作及运输- 38 -3.1.1 钢吊箱分块- 38 -3.1.2 放样并制作胎架- 38 -3.2 吊箱定位及组装- 41 -3.2.1 测量放样- 41 -3.2.2 底板拼装- 41 -3.2.3 悬吊系统- 42 -3.2.4 侧板、导向装置安装- 43 -3.2.5 钢吊箱下沉- 44 -3.3 封底混凝土施工- 45 -3.3.1 施工工艺- 46 -3.3.2 封底混凝土浇筑前准备工作- 46 -3.3.3 封底混凝土搅拌与浇筑- 48 -3.3.4 围堰内抽水- 50 -3.3.5 操作要点：- 50 -3.3.6 双壁钢围堰在施工

4、过程中易出现的事故及应对措施（见下表）- 51 -3.4 结论- 52 -第一章 前 言1.1 工程概述新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥是国家“十五”重点项目之一。该桥位于既有武汉长江二桥下游9.8Km处天兴洲江段。大桥正桥从北岸谌家矶长江大堤堤脚DK7+449.4向南跨长江北汊上天兴洲，越长江南汊至青山DK12+106.5止，全长4657.1m。公路桥在南汊正桥主孔和两端与铁路桥共桥，上下层布置，北端从027#墩往北公路从平面上脱离铁路中心线，平行于铁路桥中线跨越北汊，两桥中心线相距40m，公路桥位于铁路上游。我部施工的铁路桥主桥跨越长江北汊，全部位于直线上。大桥是连接长江南北交通的主要过江通

5、道，为即将建设的京广客运专线及武汉铁路枢纽服务。同时也是武汉市规划中的中环线的过江通道。1.1.1 结构形式大桥按正线四线设计，客运专线与级线间距8.6m，客运专线与级铁路线分别独立成桥，采用基础共用，墩身、梁体分离的形式。长江北汊中连续梁主桥062#066#墩采用12根2.5m钻孔桩，行列式布置，最大桩长85m；承台尺寸为23.116.85m。结构形式见图1.1。 图1.1 主桥基础结构形式图1.1.2 地形、地貌大桥桥位位于天兴洲微弯分汊型河段，天兴洲将长江分为南、北两个河道。长江两岸设有防洪干堤，堤顶高程+29.2m（北岸）。堤内地形平坦，为长江一级阶地，地面高程多为+21.0+25.5

6、m。汉口岸上主要为耕种区，分布较多鱼塘。1.1.3 工程地质本段覆盖层主要为第四系全新统及中、下更新统地层。桥址北岸以粘性土为主，厚35m左右；北汊以粉细砂为主，厚1535m；基岩主要由成岩程度较差的疏松砂岩、泥质粉砂岩、砂岩组成。1.1.4 气象桥渡区处于亚热带湿润区，夏季高温闷热，历史上最高气温41.3，最低气温-18.1，年平均气温16.8。有霜冻和降雪发生，雨量充沛。历史上全月降雨量最大在六月，为820.1mm，日最大降雨量最大为317.4mm，年平均降雨量12141448mm，降雨多集中在47月，约占全年降雨量的60以上。风向在六、七、八三个月以东南风为主，间有东北风及西南风，最大风

7、力为78级。其余各月多为北风及北东风，最大风力可达9级，多发生在9月份。最大风速达27.9m/，8级和8级以上大风年平均8.2天，最多16天。1.1.5 桥渡水文南北大堤间宽4.2Km。河道由于沿江两岸受节点控制及护岸工程的兴建，自20世纪30年代至今河道外型基本稳定，岸线变化相对较小，河床演变主要表现在河床冲淤、洲滩消长和汊道的兴衰变化。桥址河段在今后较长时期内仍将维持枯水单一，中、高水位双汊过流，主流在南汊的河势，但洲滩和汊道的局部冲淤变化仍将发生。三峡枢纽运用后对建桥河段河势的主要影响表现为河床有所冲刷下切，深槽也将有所冲刷扩大，预计桥址河段不会发生大的调整。桥址计划分洪情况下百年一遇洪

8、水位为+27.38m；三百年一遇洪水位北汊为+28.16m。百年一遇洪峰流量北汊22100m3/s。二十年一遇最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m。桥址位于汉口水文站下游约10Km，其水文情况可反映桥址河段基本水文特征（根据实际统计汉口站水位与桥位处水位相差0.32m。经长江委研究统计历年水位如下表1-1。表1-1 历年日平均最高水位统计情况表（黄海高程）频率月份10.5%1%2%5%10%20%15.75215.00214.30213.26212.47211.6222月16.47215.72214.92213.77212.88211.9423月19.32218.39217.4

9、7216.14215.11213.9924月20.58219.94219.25218.34217.56216.6925月22.36221.75221.19220.39219.66218.8626月24.34224.32223.66222.73221.89220.96210月23.57223.57222.80221.76220.87219.84211月20.64220.64219.92218.96218.14217.23212月17.67217.67216.91215.87215.04214.112105月23.18223.18222.63221.82221.06220.252114月21.43

10、220.79220.16219.31218.57217.732123月19.04218.37217.63216.63215.81214.902610月27.02226.52225.99225.23224.57223.8121.1.6 航道及航运武汉河段自长江大桥以下为一级航道。天兴洲南汊为青山夹水道，为目前的主航道。北汊为沙口水道，只能通行小型船舶（级航道），在枯水期施工时可申请封航。1.1.7 地震大桥场址的地震基本烈度为度。1.1.8 主要技术标准铁路线路等级：客运专线，级；铁路正线数目：四线；铁路正线间距：客运专线5m，级线4.2m，客运专线与级线间距8.6m；旅客列车设计行车速度：20

11、0Km/h；通航净空尺度：最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m；北汊通航孔通航净空尺度：航道等级为（），净宽不小于60m；净高在最高通航水位以上不小于10m。1.2本课题研究的主要内容目前，对桥梁深水基础而言，钢吊箱围堰的应用越来越广泛，但吊箱结构的受力分析、拼装、下沉定位、抗浮、抗沉等施工技术问题，需进一步进行研究，使吊箱围堰结构合理，重量轻，制造、安装、下沉简便，施工安全。1）以双壁钢吊箱为整体研究对象，提出了将三维整体非线性仿真模分析引入钢吊箱的设计过程中，以在安全性和经济性之间寻找合适的平衡点为目标的设计新思路。2）在双壁钢吊箱围堰施工中，创造了利用钢护筒拼组下沉钢吊箱

12、，同时采用定位轮导向进行钢吊箱下沉定位的新方法。第二章 双壁钢吊箱围堰设计2.1 基本设计情况武汉天兴洲公铁两用长江大桥深水高桩承台钢吊箱结构是一个双层板梁组合结构，由底板、侧板、内支撑系统、吊挂系统（抗拉、浮支柱）系统组成。 主要针对三种工况进行计算：1） 钢吊箱就位漂浮，浇注1.2 m封底混凝土（未固结）；2） 封底混凝土固结，舱间注水并抽干钢吊箱内部的水；3） 承台浇注（固结）完毕，拆除抗浮支柱及内部水平支撑。2.2 设计依据1) 公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）2) 钢结构设计规范（GB50017-2003）3) 王国正，翟履谦：钢结构原理与设计，清华大学出版社，19

13、934) 魏明钟：钢结构。武汉理工大学出版社，20025) 武汉天兴洲公铁两用长江大桥相关结构物图纸2.3 设计参数1) 钢吊箱设计施工水位为+20.252 m（黄海高程），吊箱顶面标高+21.000 m，底面标高+5.000 m；平面尺寸26.00 m19.70 m16.00 m（高度）1.40 m（舱厚），如图5.1、5.2。2) 钢吊箱的材料为A3钢。3） 承台顶面标高+11.500 m，底面标高+6.500 m，承台尺寸为23.10 m（水流方向）16.80 m（线路方向）5.00 m（高度）。4） 钢吊箱封底混凝土标号为C25，砼的重度取=23 kN/m3。封底厚度1.5m，先封1.

14、2m，剩余30cm做抽完水后找平处理。 5） 水流速度1.75 m/s，基本风压0.1 kN/m2，（公路桥涵设计通用规范全国基本风压分布图）。6） 波浪压力按照1.5 m波高计算（相当于6级风的情况）。2.4 钢吊箱主要构件简述箱各种主要构件如下：内外壳板板厚6mm；隔舱板板厚10mm；内外壳板处设10430的加强垫板； 底板板厚6mm；肋骨H20300/10558/16300；龙骨为H（2040016350）/101000/20500。内部水平支撑均采用240a拼成的箱形截面，与内壳板连接处设置10500的加强垫板。经过分析和比较，确定设置2道水平支撑。抗浮支柱（吊挂系统）也采用240a拼

15、成的箱形截面。支在底板纵横龙骨的交叉点处。图2.1 钢吊箱平面图160031400312003100038001200壳板 隔舱板图2.2 内、外壳板和隔舱板的水平加劲肋及水平支撑桁架垂向布置2.5 确定计算模型2.5.1 坐标系选择取右手直角坐标系：沿高度方向为z轴，向上为正；沿平面长边方向为x轴，顺水流方向为正；沿短边方向为y轴，如图2.3。2.5.2 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，本次分析计算了以下3种工况：1) 工况一、吊箱到达设计标高漂浮，浇注1.2 m厚的封底混凝土（

16、未固结）的情况；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1.4 m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591 t，舱内的水位距江水水面的高度为591.026.019.7（26.02.8）（19.72.8）591（512.2392.08）4.92 m舱内水位到箱底的高度为15.2524.92010.332 m。1.2 m混凝土（重度23 kN/m3）换算成面压力为27.6 kN/m2 0.0276 N/mm2

17、。2) 工况二、封底混凝土固结完毕，抽干吊箱内部的水的情况；为了使得上浮力较小，在吊箱1.4 m舱内的水位注到与江水平齐。此时钢护筒与封底混凝土之间的粘结力可以抵抗一部分上浮力。为了偏于安全地设计抗浮支柱，假设上浮力完全由抗浮支柱承受。3) 工况三、承台混凝土施工（固结）完毕，拆除抗浮支柱及内支撑的情况；此时认为混凝土(封底及承台)与钢护筒之间牢固连接。2.5.3 有限元模型钢吊箱结构具有对称性。所受的载荷中，水压力（静水压力和波浪压力）以及重力都具有两个方向的对称性。水流压力与桥轴线垂直，作用在吊箱上游短边上，关于xz平面对称；风载荷比水流压力小一个量级，所以只考虑与水流压力作用方向相同的风

18、载荷。因此，所有载荷均关于xz平面对称。所以沿宽度方向可以只取一半的钢吊箱建立有限元计算模型。对应于上述3种计算工况，计算模型如图2.3、2.4、2.5。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、底板等板壳结构。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。梁单元离散和模拟上述板壳结构上的各种加筋或扶强材、内外壳板间的水平支撑桁架、内支撑、抗浮支柱等。按照实际情况考虑梁的偏心。块单元离散和模拟钢吊箱中的封底砼和承台砼。有限元模型中考虑的主要构件参见图2.6、2.7、2.8、2.9、2.10、2.11。包括：外壳板（如图2.6）；内壳板、隔舱板和内支撑

19、（如图2.7）；底板、抗浮支柱和内部水平支撑（如图2.8）；水平支撑桁架（如图2.9）；封底混凝土（如图2.10）；封底和承台混凝土（如图2.11）；计算模型的规模：工况一的模型，共有16129个节点，43336个单元，95739个自由度。工况二的模型共有21202个节点，48250个单元，109545个自由度。工况三的模型共有41120个节点，67866个单元，162060个自由度。图2.3 工况一的计算模型图2.4 工况二的计算模型图2.5 工况三的计算模型图2.6 外壳板图2.7 内壳板、隔舱板及内部水平支撑图2.8 底板、抗浮支柱和内部水平支撑图2.9 水平支撑桁架图2.10 封底混凝

20、土图2.11 内壳板及封底和承台混凝土2.5.4 边界条件1) 工况一此时钢吊箱漂浮在水上，由“扁担梁”及支柱定位，同时钢护筒限制吊箱水平面内的位移。计算采用的边界条件如图2.12：（1） 在对称面上，施加对称边界条件，即TyRxRz0；（2） 抗浮支柱顶端（“扁担梁”处）刚性固定；（3） 底板开孔边缘（钢护筒）约束水平面内的线位移，即TxTy0。2) 工况二不考虑封底混凝土与钢护筒之间的粘结力，假设钢吊箱仍漂浮在水上，净浮力完全由“扁担梁”及支柱承受，钢护筒限制吊箱水平面内的位移。计算采用的边界条件如图2.13：（1） 在对称面上，施加对称边界条件；（2） 抗浮支柱顶端（“扁担梁”处）刚性固

21、定；（3） 底板及封底混凝土与钢护筒接触的节点约束水平面内的线位移。3) 工况三此时承台已施工完毕，混凝土使得钢吊箱与钢护筒牢固连接，拆除抗浮支柱以及内部水平支撑。计算采用的边界条件如图2.14：（1） 在对称面上，施加对称边界条件，即TyRxRz0；（2） 底板及封底混凝土与钢护筒接触的节点刚性固定。图2.12 工况一的边界条件图2.13 工况二的边界条件图2.14 工况三的边界条件2.6 材料1) 钢吊箱材料A3：杨氏模量 =2.1105 N/mm2；泊松比 =0.3； 质量密度=7.85 10-6kg/mm32) 封底及承台砼C25：杨氏模量 =3.0104 N/mm2；泊松比 =0.1

22、5； 质量密度=2.30 10-6kg/mm32.7 载荷2.7.1 外部水压力1) 静水压力= 1.010=10 kN/m2；式中：为从水面向下的距离，m。2) 波浪压力按1.5 m的波高（近似相当于6级风的情况）计算。在水面处，近似附加1.5m的水头；在箱底处，认为波浪压力等于0；其间按照线性分布。于是总的外部水压力见表2.1。图2.15为外部水压力示意。表2.1 作用在外壁上的外部水压力计算表水面距箱底的高度（m）15.252外部水压力kN/m2N/mm2水面处水压力(标高+20.252 m)150.015箱底处水压力(标高+5.00 m)152.520.152522.7.2 内部水压力

23、吊箱内部（内壳板以内）以及1.4 m舱间的水压力按静水压力计算。内部水压力计算见表2.2。工况一时舱间的内部水压力如图2.16，工况一箱内水压力如图2.17。表2.2 内部水压力计算表工况一、舱间其他水面距箱底的高度（m）10.33215.252内部水压力kN/m2N/mm2kN/m2N/mm2水面处水压力0.00.00.00.0箱底处水压力103.320.10332152.520.152522.7.3 水流压力=式中：为作用在钢吊箱外壁上的水流压力，作用范围从箱底到水面，假设均匀分布（偏于安全）。 为曳力系数，取=2.0 （按正方形取值，偏大）。 为水流速度按照设计文件，按 = 1.75 m

24、/s 计算。所以=0.52.01.01.752 = 3.0625 kN/m2 = 0.00306 N/mm2，如图2.18示意。图2.15 外部水压力示意图图2.16 工况一时舱内水压力示意图图2.17 工况一时箱内水压力示意图图2.18 水流压力示意图2.7.4 风载荷=式中：为作用在钢吊箱外壁顶部水面以上部分的风压力，均匀分布，考虑危险的情况，计算中取风力与水流方向一致。为高度系数，取=1.0 （高度在水平面15.3 m以内）； 为形状系数，取=1.0 （平滑表面）； 为基本风压，按=0.1 kN/m2计算（根据公路桥涵设计通用规范全国基本风压分布图）所以：= 1.01.00.1 = 0.

25、1 kN/m2 = 0.0001 N/mm2，如图2.19示意。图2.19 风载荷示意图2.7.5 重力用惯性载荷考虑结构本身的自重以及混凝土的重力，取=9.81 m/s2。但工况一（1.2 m封底混凝土未固结之前）混凝土的重量换算成如下的面压力施加到钢吊箱的底板上。 231.2 27.6 kN/m2 0.0276 N/mm2。2.7.6 各工况的载荷组合3种工况下所受到的载荷见图2.20、2.21、2.22。为了分析钢吊箱抗浮支柱和内部支撑的拆除条件，对工况三，计算了江水水位标高分别为+20.252 m、+20.000 m、+19.500 m和+19.000 m四种状态（舱内水位假设与江水持

26、平）。图2.20 工况一的载荷图2.21 工况二的载荷图2.22 工况三的载荷2.8 计算结果与分析2.8.1 计算结果汇总表2.3列出了工况一、工况二以及工况三对应于+20.252 m、+20.000 m、+19.500 m和+19.000 m水位的四种状态下钢吊箱各主要构件以及混凝土的位移和应力计算结果。2.8.2 强度按照A3钢设计强度215MPa（16，第一组）进行校核：1） 工况一内外都有水，应力结果都比较小。由于钢吊箱的底板结构有很强的扶强材，所以1.2 m厚封底混凝土的重量作用所产生的应力很小；相对而言，倒是因为舱间水位低于江水引起的应力大一些，因此在舱间水位以上的水平支撑桁架中

27、产生了较大应力，结果表明强度是足够的。2） 工况二即钢吊箱内部抽干水之后，按设计施工水位（+20.252 m）计算，应力较大，属于比较危险的情况。这种情况下，板单元的应力在隔舱板与内部水平支撑连接处附近以及封底混凝土顶面处附近较大，其中以7.8 m水平支撑处最大（191 MPa）；梁单元的最大应力发生在上述位置的隔舱板加强角钢上（组合应力-206 Mpa），但没有超过A3钢材强度的设计值（215 MPa），满足强度要求。3） 工况三即承台施工完毕后完全拆除抗浮支柱以及吊箱内部的支撑，以方便墩身施工的正常进行。此时，抗浮支柱和7.8 m处的内支撑肯定是可以拆除的。若箱顶的内支撑也拆掉，则钢吊箱结

28、构可能会产生较大的变形和应力。为了分析和确定全部拆除内支撑的条件，选取了4种江水水位对没有内支撑的钢吊箱进行了计算。结果表明：按设计施工水位（+20.252 m）计算，钢吊箱结构中的最大应力几乎达到了A3钢材强度的设计值（板单元214 MPa、梁单元组合应力-209 MPa），保险系数不大。随着江水水位的下降，应力水平下降速度较快。当水位为+19.500 m时，应力水平与工况一相当，这可以作为完全拆除内支撑的条件。表2.3 各种工况下位移、应力计算结果汇总（位移单位mm，应力单位MPa）项目构 件工况一工况二工况三+20.252 m+20.000 m+19.500 m+19.000 m最大位移

29、板壳结构3.52 9.05 20.50 19.30 17.20 15.30 内支撑及支柱1.59 5.65 混凝土1.72 0.28 0.27 0.25 0.22 板单元最大相当应力外壳板29.80 88.60 105.00 99.50 89.80 81.00 内壳板26.30 159.00 138.00 131.00 119.00 107.00 底板15.00 54.00 26.00 24.50 21.90 19.50 隔舱板38.00 191.00 214.00 204.00 186.00 168.00 梁单元轴心应力内外壳板加劲肋最大24.40 33.70 79.80 75.40 67.

30、50 60.40 最小-38.10 -104.00 -103.00 -98.30 -89.00 -80.50 底板扶强材最大7.30 13.20 3.78 3.54 3.12 2.74 最小-38.10 -8.29 -9.41 -8.97 -8.15 -7.42 隔舱板加劲肋最大12.10 41.00 14.30 13.90 13.00 12.00 最小-30.40 -146.00 -103.00 -98.30 -89.00 -80.50 舱间水平支撑最大7.21 33.70 79.80 75.40 67.50 60.40 最小-15.00 -92.10 -154.00 -146.00 -13

31、3.00 -120.00 内支撑最大3.80 0.00 最小-24.40 -165.00 抗浮支柱最大18.60 -2.61 最小-5.33 -66.80 梁单元组合应力内外壳板加劲肋最大89.10 140.00 125.00 118.00 105.00 94.90 最小-119.00 -144.00 -136.00 -128.00 -114.00 -103.00 底板扶强材最大89.10 43.90 15.50 14.70 13.20 11.90 最小-73.80 -38.20 -20.20 -19.30 -17.60 -16.00 隔舱板加劲肋最大59.60 126.00 125.00 1

32、18.00 105.00 94.90 最小-91.50 -206.00 -136.00 -128.00 -114.00 -102.00 舱间水平支撑最大64.40 116.00 95.00 91.80 85.40 78.90 最小-78.40 -139.00 -209.00 -198.00 -187.00 -173.00 内支撑最大14.60 170.00 最小-30.30 -172.00 抗浮支柱最大19.00 2.95 最小-8.87 -83.30 砼单元最大相当应力21.40 17.40 16.50 15.00 13.60 l 图2.23图2.28分别给出了工况一的位移、主要应力计算结果

33、的图形显示。l 图2.29图2.35分别给出了工况二的位移、主要应力计算结果的图形显示。l 图2.36图2.40分别给出了工况三对应+20.252 m水位的位移、主要应力计算结果的图形显示。2.8.3 刚度各种工况中，工况三对应+20.252 m水位的变形最大。数值为20.5 mm，位置在钢吊箱顶端长直边中点。按悬伸高度（16.06.5）9.5 m计算，所以刚度满足要求。2.8.4 稳定性钢吊箱的杆件构件中，各种板壳结构的加劲肋、加劲角钢、加强材等都是紧密连接（焊接）在相应的板上的，稳定性问题不大。只有舱内水平支撑桁架的腹杆和斜杆、内水平支撑以及抗浮支柱需要校核稳定性。按轴心受力构件校核这些构

34、件的稳定性。1） 舱内水平支撑桁架的稳定性各种工况中，工况三对应+20.252 m水位的情况下，舱内水平支撑杆件的轴心压应力最大（-154 MPa）。腹杆L758：=22.8 mm；计算长度取舱厚 =1400 mm；长细比 = 1400/22.8 = 59.11， 按b类截面查表知：稳定性系数=0.800。于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.800215 MPa = 172.00 MPa154 MPa。斜杆L12510：=38.5 mm；计算长度取 =2000 mm；长细比 = 2000/38.5 = 51.94， 按b类截面查表知：稳定性系数=0.847。于是该截面构件可以承受的压应力

35、为： =0.847215 MPa = 182.11 MPa154 MPa。所以满足稳定要求。2） 内水平支撑杆件的稳定性工况二时，内支撑杆件的压应力最大（-165.0 MPa）。杆件为240a组成的箱形截面：=3.604108 mm4 ；=1.039108 mm4 ；=15204 mm2 ，= 153.96 mm；= 82.67 mm，计算长度取=3780 mm，则长细比 = 3780/153.96 = 24.55；= 3780/82.97 = 45.55；由按b类截面查表知：稳定性系数=0.876。于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.876215 MPa = 188.34 MPa -1

36、65.0 MPa。所以其稳定性满足要求。3） 抗浮支柱的稳定性工况二时，抗浮支柱的压应力最大（-66.80 MPa）。杆件截面与内支撑一样： min(,) = 82.67 mm，最大轴应力的杆件计算长度为=（16.07.8）8.2 m8200 mm，长细比 = 8200/82.97 = 98.83；按b类截面查表知：稳定性系数=0.565。于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.565215 MPa = 121.48 MPa 66.80 MPa。所以其稳定性满足要求。2.8.5 混凝土的强度工况二中封底混凝土与隔舱板接触的局部压应力较大（21.4 MPa），不超过C25混凝土抗压强度的设计值

37、。图2.23 工况一、位移结果（mm）图2.24 工况一、内壳板、底板板单元von Mises应力结果（MPa）图2.25 工况一、内外壳板和底板加劲肋梁单元轴心应力结果（MPa）图2.26 工况一、内支撑、抗浮支柱梁单元轴心应力结果（MPa）图2.27 工况一、内外壳板和底板加劲肋梁单元弯曲应力结果（MPa）图2.28 工况一、内支撑、抗浮支柱梁单元弯曲应力结果（MPa）图2.29 工况二、位移结果（mm）图2.30 工况二、内壳板、底板板单元von Mises应力结果（MPa）图2.31 工况二、内外壳板和底板加劲肋梁单元轴心应力结果（MPa）图2.32 工况二、内支撑、抗浮支柱梁单元轴心

38、应力结果（MPa）图2.33 工况二、内外壳板和底板加劲肋梁单元弯曲应力结果（MPa）图2.34 工况二、内支撑、抗浮支柱梁单元弯曲应力结果（MPa）图2.35 工况二、封底混凝土von Mises应力结果（MPa）图2.36 工况三、位移结果（mm）图2.37 工况三、内壳板、底板板单元von Mises应力结果（MPa）图2.38 工况三、内外壳板加劲肋梁单元轴心应力结果（MPa）图2.39 工况三、内外壳板加劲肋梁单元弯曲应力结果（MPa）图2.40 工况三、封底、承台混凝土von Mises应力结果（MPa）2.9 结论钢吊箱围堰以其诸多优点在大型桥梁深水桩基施工中得到了广泛的应用，已

39、成为桥梁深水基础施工的主要施工设施。在以往的钢吊箱围堰设计中均采用经验方法或在假定的基础上，将结构分离为不同构件进行单独分析设计的方式。对于钢吊箱围堰这种构造和受力均较复杂的结构，显然无法通过这种方法达到对结构整体力学性能的全面把握。在这种情况下，为了满足安全性的要求，以往的设计往往取用较大的安全系数，造成材料的浪费。有限元理论和软件的发展为对钢吊箱围堰进行整体仿真分析提供了可能。本课题结合天兴洲长江公路大桥大型双壁钢吊箱的设计，采用大型结构仿真分析软件MSC-PATRAN建立三维仿真模型，进行仿真分析计算。利用板单元、杆单元和实体单元建立非线性三维整体仿真模型，通过模拟静水压力、流水压力、风

40、荷载、波浪荷载、潮汐荷载等实现对江水中的环境模拟，从而使加在钢吊箱上的荷载符合真实环境中的荷载，节约了大量的设计时间和设计工作量，加快了设计进度，优化了设计，提高了设计的质量，收到了良好的效果。Msc.Patran是具有众多功能的仿真分析软件，广泛应用于多个工程领域，但将其运用于大跨径桥梁下部结构围堰施工计算的案例却非常少。本文尝试运用Msc.Patran对天兴洲大桥下部结构的双壁围堰进行了结构计算，获得了比较精确的结果。由于围堰结构的复杂性，以往的围堰仿真计算大部分采用简化结构的方法，难以得到比较准确的结果。而本次计算的双壁围堰的结构更为复杂，但运用Msc.Patran的强大建模功能，基本上

41、建立了与实际结构一致的模型，保证了模型的完整性，使计算更为细致，结果更为准确。本次仿真计算的项目较为全面，考虑了此结构在静水压力、流水压力、风荷载、波浪荷载、潮汐荷载等一系列荷载的作用，使加在钢吊箱上的荷载符合真实环境中的荷载，从而提高了结构内部应力应变场的结算结果的准确性，为设计与施工提供了依据。第三章 双壁钢吊箱施工3.1 钢吊箱制作及运输3.1.1 钢吊箱分块由于钢吊箱加工量大，且加工质量要求较高，为了便于监控，在现场设置钢结构加工厂，选择有技术有经验的专业队伍进行现场加工。根据起吊能力，将吊箱底板分成6块；高度分成4.6m、5.6m、5.8m三节，每节平面分成10块，以便吊箱拼组安装。

42、底板及侧板分块图见图3.1、3.2。图3.1 底板分块及拼装顺序图3.1.2 放样并制作胎架根据设计图纸进行放大样，确定各构件的实际形状尺寸及相互间的相连关系，并依此做依据制作胎架。胎架是为了确保制作的精度及分块表面的平整度而制作的。为了保证分块的正确形状及精度，分块必须在胎架上加工。胎架平台经超平后架设在坚固的基础上，胎架结构形式见下图3.3。图3.2 侧板分块及安装顺序图图3.3 胎架示意图3.1.3 分块加工制作1） 钢材下料：型材采用气割，板材直线采用半自动切割机下料，曲线采用放大样后气割下料。2） 壁板制作：钢吊箱内外壁板由多张钢板组成，需在平台上进行制作。首先进行拼缝，然后利用碳棒打坡口，最后采用CO2 气保护焊焊接。完成壁板加工后进行水平框架的加工。框架包括水平环板、斜撑、连接板等构件，严格按照设计下料组装焊接。每分块的面板在长、宽两个方向上比原设计大3cm，在拼装时调整好后将余量割除。合格合格不合格合格水密性检查，上定位轮安装围堰封底混凝土施工围堰注水下沉吊架系统及抗压柱焊接安装安装第一节侧板、焊接底板隔仓板下定位轮焊接、吊箱下放至自浮临时固定第一节吊箱，第二节侧板焊接水密性试验拼装、焊接吊箱底板测量放样不合格第二节吊箱下放至自浮并临时固定接长抗压柱及内支撑、水密性试验第三节侧板焊接、抗压柱焊接围堰定位后布设导管