钢吊箱围堰的有限元检算分析

图4环向加劲板等效应力图(工况
1)
图3竖向加劲板等效应力图(工况
1)
图1钢吊箱等效应力图(工况
1)
图2外侧板等效应力图(工况1)
摘要:钢吊箱围堰以其诸多优点在大型桥梁施工中得到了广泛
应用，为了研究受力特性确保施工安全，
对某长江大桥钢吊箱围堰进行了有限元分析，得出的结论，可以为同类结构的设计和施工提供参考。

关键词:钢吊箱围堰有限元检算
1概况
钢吊箱围堰是为了在无水环境下，
施工深水高桩承台而设计的临时阻水结构，其优点在于施工简便，
可以避免深水基础施工中沉井、钢套箱围堰下沉困难等问题，
降低施工难度；定位准确且防水性能好，
节约材料；与沉井等方案相比可大大缩短施工工期等。

因此在大型桥梁施工中得到了广泛的应用，有必要对其受力特性进行研究。

[1]
本文对
某长江大桥钢吊箱围堰的受力特性进行有限元分析，
检算其是否符合安全要求。

2计算荷载
2.1设计资料施工时最高水位高程：4.92m；涨潮时最大水流速度为2.54m/s；浪高：0.6m，波取22.41m；风压
的设计标准为30年一遇。

2.2荷载确定钢吊箱计算时主要有以下几种荷载：①流水压力。

作用于水中构筑物的动水侧压力计算结果如下：
p=
kAγv 22g =1.2×5.42×9.8×10.2×2.54
2
2×9.8
=214.00kN 流水压力的分布假定为倒三角形，
其合力的着力点位于水位线1/3以下水深处。

作用在钢吊箱上的单位宽度面积上的水压力计算结果如下：
p=kAγv 2
2g =1.2×5.42×10.2×2.542
2×9.8
=21.84kN/m
②静水压力[2]。

抽水时的最大静水压力计算：q=γh=10.2×5.42=55.28kN/m 2③波浪冲击力。

采用大尺寸墩柱作用力的计算方法[3]，计算结果为：
p max =f
A 2π2γHL 2tanh 2πd L =1.452π2
×10.2×0.6×22.412
×tanh 2π×8.4222.41
=221.48kN
单宽作用的波浪力为p=22.60kN/m 2
合力作用点（距静水面以下的距离）
：z=d-f B L
2πtanh 2πd L
=0.52m ④风力[2]。

风荷载按下式计算：W=K 1K 2K 3K 4W 0(Pa)计算结果：
W=0.85×1.0×1.0×1.4×0.55=0.65kN/m 2
⑤承台砼灌注时侧压力。

侧压力按下式计算：q=γh 计算结果q=25×2.5=62.5kN/m 2
3计算模型的建立及验算
3.1吊箱围堰计算模型的建立吊箱围堰计算时主要考虑两种最不利工况：
工况1：高潮位时，钢吊箱抽水进行承台施工，
考虑流水压力、静水压力、
波浪力。

工况2：退潮后，灌注承台砼时的侧压力。

采用ANSYS 进行计算，
工况1结果如下：钢吊箱围堰的有限元检算分析
李士元
（中铁十二局集团第三工程有限公司）
128
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工程技术
可以看出最大应力为109MPa，最大位移为0.69mm，结构安全。

工况2的ANSYS
计算结果：
图5钢吊箱等效应力图(工况
2)
图6钢吊箱位移图(工况2)
考虑工况2时，最大等效应力为85.9MPa，最大位移为0.75mm，结构安全。

3.2预制混凝土底板计算模型的建立考虑的荷载为承受底节吊箱的重量和现浇封底混凝土板的重量。

采用
MIDAS 进行计算，计算结果如下（图7、8）：
计算出来的最大应力为2.9MPa，最大位移为0.5mm，结构安全。

3.3封底混凝土板计算模型的建立封底混凝土（预
制板和现浇板形成一个整体）
考虑两种工况：工况1：封底混凝土达到设计强度并堵上减压孔后，
在涨潮时承受浮力的作用和承台混凝土共同作用，
计算时偏于安全，仅取浮力，
不计承台重量。

工况2：在退潮后承受现浇封底混凝土和吊箱围堰的自重。

采用MIDAS 进行计算，
工况1计算结果如下（图9、10）：
工况2的ANSYS 计算结果(图11、12)：由图中知最大应力为1.67MPa，最大位移为0.1mm，结构安全。

3.4牛腿计算牛腿计算时考虑两种工况：工况1：放上底节吊箱后，浇注封底混凝土，但封底混凝土还没达到强度，封底混凝土与钢护筒之间的摩擦力不能考虑。

工况2：考虑退潮后承受封底混凝土和吊箱围堰的自重，但此时封底混凝土和钢护筒之间的摩擦力可以考虑。

经计算工况2为最不利情况，剪应力和拉应力均可以
通过。

焊缝应采用双面焊，焊接长度不小于40cm。

[4]
（图13
）
图7
预制混凝土底板等效应力图
图8
预制混凝土底板位移等值线图
图9封底混凝土等效应力图(工况
1)
图10封底混凝土变形图(工况1)
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摘要:水泥混凝土路面是指用水泥混凝土板作面层的路面，
整个工程的品质受水泥混凝土施工质量好坏的直接影响。

因为水泥混凝土
路面具有耐久性好、稳定性好、强度高使用寿命长等特点，
在农村公路中得到广泛的应用，它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，
水泥混凝土路面要保证具有良好的使用性能，不仅要精心设计，还要精心施
工。

现结合本人实践，从水泥混凝土路面材料的选择与控制、
水泥混凝土的摊铺等几方面阐述了如何对水泥混凝土路面施工质量进行控制。

关键词:水泥混凝土路面材料选择摊铺质量控制
0引言
影响水泥混凝土路面施工质量的因素很多，
大体可归纳为原材料、人员素质、施工方法、
施工机械设备、作业环境、工程技术环境、工程管理环境等多方面的因素，
水泥混凝土路面施工质量的好坏是各种因素的综合反映。

依据相
关理论及对施工经验的总结，
对于水泥混凝土路面质量的控制，本文从以下几方面加以介绍。

1水泥混凝土路面施工中的材料选择与控制分析
1.1水泥是混凝土路面施工常用的材料，
除此之外还会用到外加剂、粉煤灰和砂石骨料。

各种材料的管理及其质量的控制对于公路施工来说尤为重要。

施工中的各种原
材料进场前一律进行质量复检，
严禁使用劣质原材料。

在我国，水泥生产商众多，各个生产商的技术水平良莠不齐，
路面施工须选用抗水性好、稳定性好的高强度耐磨的水泥原料，而且施工中必须使用是同一规格的水泥材料。

在细集料质量控制上，需严格控制砂中的含泥量和细
度模数。

在对砂的配料中细度模数需要满足需求，
含砂量不宜超过3%，砂的粒径不超过0.1mm，以确保混凝土具有；良好的和易性。

用于拌和的砂子必须进行筛分，去除砂料中的杂物，同时确保砂料的含泥量不超过设计要求。

另外，还需特别注意外加剂的添量。

粗集料的质量控制，则要重点检查粗集料的硬度和粒径大小。

铺筑公路所用的粗集料必须是质地坚硬的碎石，而且其粒径大小和质量必须达到相关技术标准。

现实中一
般会用质地坚硬的变质岩、火成岩作为粗集料，
以提高混凝土抗弯强度。

对水泥材料进行加工时，
应采用反击式以及冲击式等设备来满足针片状含量的需求。

1.2对于水泥混凝土配合比的控制。

水泥混凝土配合
比设计除应符合国家现行标准
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的规定外，尚应符合下列规定：①应按照设计要求
农村公路水泥混凝土路面施工的质量控制
金燕
白亚峰
（宜君县农村公路管理站）
图11封底混凝土等效应力图(工况
2)
图12封底混凝土位移图(工况
2)
图13牛腿立面图
4结论
基于ANSYS、MIDAS 的有限元分析，对钢吊箱的主
要组成部分完成了全面的验算，
得出以下结论。

①通过ANSYS、MIDAS 的有限元计算，
吊箱围堰、预制混凝土底板及封底混凝土板的应力、
位移及变形均符合规范要求，安全可靠。

②吊箱围堰部位的验算中，发现应力较大值集中在外侧板周围，竖向和环向的加劲板处的应力相对较小。

竖向
加劲肋的高应力区分布在钢吊箱长边下部区域，
局部区域有应力集中现象，但有足够的承载能力储备；
吊箱的最大变形发生在吊箱长边的中央位置，
结构的刚度满足要求。

③对预制混凝土底板进行验算时，
发现应力较大值集中在钢护筒周围，这是该部位的最不利工况，
也是控制设计的工况，这对以后的钢吊箱围堰的验算具有指导意义，可以作为重要的设计和验算依据。

参考文献:
[1]徐爱军.钢吊箱围堰的施工技术及非线性仿真分析[J].[2]JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].[3]JTJ 215-98，港口工程荷载规范[S].[4]GB50205-95，钢结构工程施工及验收规范[S].
（上接第129页）
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