广珠铁路跨西江大桥142号桥墩双壁钢吊箱结构强度计算书文档.doc

广珠铁路跨西江大桥 142号桥墩双壁钢吊箱 结构强度计算书 中铁第五勘察设计院 2008年12月 广珠铁路跨西江大桥142号墩钢吊箱结构强度计算 前言 跨西江大桥142号墩钢吊箱结构是一个双壁板梁组合结构，底板开孔，有纵横两个方向的加强筋。 钢吊箱沉至设计标高（底标高-13.774m）后，浇筑厚度为3.4 m的封底砼；抽干钢吊箱内的水，进行承台以及墩身的施工。在整个施工过程中，钢吊箱主要要受到水压力作用。 由于钢吊箱尺寸较大，容易产生较大的变形和应力，通过在水平方向加上水平加劲角钢，竖向设立隔舱板，吊箱内部设置支撑系统来控制结构变形。 在内部抽干水的情况下，钢吊箱受到很大的浮力。为了防止因为钢护筒与封底混凝土之间的粘结力不足而使得钢吊箱上浮的不利后果，设置抗压（拉）柱，以抵抗上述浮力。 为了保证钢吊箱结构的安全，对钢吊箱结构的强度、刚度和稳定性进行了计算和分析。 计算参数 钢吊箱设计施工水位为+7.5 m。 吊箱底面标高-13.774 m，吊箱顶面标高+7.726 m。 平面尺寸24.5 m×18.9 m（水流方向）×21.5 m（高度） 舱壁间距1.40 m。 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=23 kN/m3。 钻孔桩：，钢护铜外径3.1m。 参考资料 《公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）》 《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 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+300×20）mm；加劲角钢：L100×63×8 mm；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L100×63×10 mm和L90×56×8 mm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10.2 m和15.0 m（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。 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3.4 m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1.4 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708t， 舱内的水位距江水水面的高度为：708÷(454.04－344.96）＝6.5 m 舱内水位到箱底的高度为：21.274－6.5＝14.774 m。 3.4 m混凝土（重度23 kN/m3）考虑浮容重，换算成面压力为0.0442 N/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1.4 m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： Steel Q235 C20 5.3 工况一结构计算 模型：浇注3.4 m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0.0442 Mpa； 吊箱内外承受净水压力最大为0.21274 Mpa； 壁舱间承受净水