橋梁基礎鋼圍堰施工階段驗算

陳建楓

（四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都 610041）

1 鋼圍堰簡介

某大橋主墩基礎鋼圍堰采用正方形雙壁殼體結構，鋼圍堰外邊長18m，內邊長16m，圍堰雙壁厚1.0m；鋼圍堰總高13m。

正方形圍堰設計高度為H=13.0m，沿高度方向分成了2 個節段，即：6.0m（刃腳段）+7.0m（標準段）；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（標準段）采用12mm 厚鋼板，內壁板采用6mm 鋼板，壁板豎肋為L75×6 角鋼，內外壁板上的間距為36cm，鋼箱處豎向間距為50cm，橫向為40cm；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 鋼圍堰主要計算荷載

（1）鋼圍堰自重

鋼材容重按78.5kN/m3計算，C25 砼容重按24 kN/m3計算。

（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外側、內壁板的內外側。靜水壓力根據P=ρgh 計算，水容重按10 kN/m3計算。

（3）鋼圍堰計算工況

圍堰自重根據鋼材密度由程序自動計算；靜水壓力根據P=ρgh 計算。

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，在鋼圍堰的內外壁之間灌注9m 深的水，以平衡內外的靜水壓力。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，鋼圍堰壁板及隔倉板采用板單元建模，根據豎肋和環板劃分單元；鋼圍堰豎肋采用梁單元建模，與壁板單元共用節點，面板豎向加勁肋在高度方向通長布置；鋼圍堰環板及加勁板采用梁單元建模，與壁板單元共用節點。水平環板寬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，與環板連接并分割環板單元。

2.3 施加荷載

在圍堰的內壁、外壁的內外側都施加靜水荷載，如圖3、圖4所示。

圖3 外壁靜水壓力荷載（kN/m3）

圖4 內壁靜水壓力荷載（kN/m3）

3 計算結果

3.1 CS1 階段

（1）應力計算結果

據規范規定，臨時結構容許應力可提高1.3 倍，即[σ]=140×1.3=182MPa，上述計算結果均滿足該規范求，CS1 階段應力均小于容許應力。

（2）變形計算結果

經計算，CS1 階段最大位移為3.4mm，出現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構尺寸相差甚遠，因此該變形值不會影響圍堰結構安全。

（3）穩定性計算結果

豎肋角鋼及環板均與壁板單元采用連續焊縫，故不計算其穩定性，只計算水平斜撐及平撐鋼管的穩定性。根據工況計算，提取鋼圍堰最不利的水平斜撐及平撐鋼管內力，桿件的軸力較第三階段的軸力小，CS1 階段不用進行穩定性驗算。

3.2 CS2 階段

（1）應力計算結果

C25 混凝土的軸心抗壓強度fck=16.7MPa，CS2 階段混凝土沒有出現拉應力。在上述結果中，內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，所以此時對整體結構沒有影響。

（2）變形計算結果

經計算，CS2 階段最大位移為3.4mm，出現在鋼圍堰內壁板的底部偏上的位置。該變形值不會影響圍堰結構安全。

（3）穩定性計算結果

根據CS2 階段計算，鋼圍堰最不利的水平斜撐及平撐鋼管內力。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行穩定性驗算。

3.3 CS3 階段

（1）應力計算結果

C25 混凝土的軸心抗壓強度fck=16.7MPa，軸心抗拉強度ftk=1.78MPa，CS3 階段混凝土出現拉應力1.35MPa，滿足軸心抗拉強度。

（2）變形計算結果

經計算，CS3 階段最大位移為5.2mm，出現在鋼圍堰水平環板加勁板的局部節點上，整體變形較小，表明鋼圍堰剛度極大。

（3）穩定性計算結果

根據CS3 階段計算，提取鋼圍堰最不利的水平斜撐及平撐鋼管內力，計算得到桿件穩定性滿足規范要求。

4 結論

經過驗算，CS1、CS2、CS3 階段下的整體強度、剛度均在規范允許范圍內，滿足施工要求。