CN105887911B - 深水大沉井钢‑混凝土组合传力结构的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深水大沉井钢‑混凝土组合传力结构的施工方法，先假定封底混凝土厚度值H以及内侧井壁差E值，计算弯矩设计值M；根据设计矩形井孔确定跨度大小，按双向支撑的简支板计算跨中纵、横向弯矩。根据假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料强度确定抗弯承载能力Mu；检算封底混凝土与沉井井壁结合处抗剪强度β。根据传力结构受力大小确定、并施工传力结构，传力结构与主体沉井井壁连接；吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。本发明在钢沉井底节的上部设计了一传力结构，有效提高了沉井基础的抗剪承载能力及结构稳定性。本发明结构受力可靠、施工方便、操作简单，稳定、高效，经济效益显著。

Description

深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法
技术领域
本发明涉及一种深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法。
背景技术
近几年来，随着我国社会经济的发展，水上运输量大幅增加，一批超大跨桥梁应运而生，然而，这些桥梁多位于沉积覆盖土层中；此土层一般沉积时间较短、承载力小、易沉降变形等是其主要特征。为满足上部桥跨结构巨大荷载的作用和沉降变形的要求，沉井基础在超大跨桥梁中得以应用。然而，传统的封底混凝土和沉井的抗剪计算方法单纯依靠粘结力来传递内力，有时结构的抗剪控制封底混凝土的厚度。参照图6，传统的计算公式如下:
β＝Aq/(L*(L1+L2))
式中：A-根据设计井孔尺寸计算的井孔面积(见图2)；
q-底板单位面积承受的压力；
L沉井井孔周长(见图2中阴影部分外轮廓)；
L1+L2-封底混凝土厚度值H；
底板单位面积承受的压力q的计算公式为：q≈Hwrw-(L1+L2)rc；
式中：Hw--水位至封底混凝土底的高度；rw--水的容重；
rc--封底混凝土的容重
按此计算公式，它只单纯依靠封底混凝土与沉井井壁间的粘结力来传递内力，这就需要很厚的封底厚度才能满足结构的需要。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，旨在提供一种稳定、高效，能大大提高基础的抗剪承载能力及结构稳定性的深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法。
本发明目的的实现方式为，深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法，具体步骤是：
1)确定设计弯矩M，检算结构抗弯承载能力Mu和抗剪强度β
(1)先假定封底混凝土厚度值H以及内侧井壁差E值，根据假定的值计算弯矩设计值M；
根据设计的矩形井孔确定k1、k2跨度大小，假定封底混凝土厚度值H＝L1+L2，按双向支撑的简支板计算跨中纵、横向弯矩M1和M2，计算公式如下：
M1＝a1qk1 2；M2＝a2qk2 2
式中：a1、a2--弯矩系数，可由简支板相关表格查询；
k1、k2--井孔纵、横向计算跨度；
q-底板单位面积承受的压力，
q的计算公式:q≈Hwrw-(L1+L2)rc
式中：Hw--水位至封底混凝土底的高度；rw--水的容重；
L1+L2--封底混凝土厚度H；rc--封底混凝土的容重；
最终设计弯矩M＝Max(M1，M2)，即取M1，M2二者中的大值；
(2)检算结构抗弯承载能力Mu进行，
根据假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料强度确定抗弯承载能力Mu:
Mu＝rmfctbH2/6
式中：rm-截面抵抗矩塑性系数；
fct-封底混凝土抗拉强度设计值；
b-单位板宽取1m；
H-板截面高度即封底混凝土厚度H；
最终须满足Mu≥M；
(3)检算封底混凝土与沉井井壁结合处抗剪强度β，抗剪强度计算公式如下：
β＝Aq/(L*(L1+L2)+fcS)
式中：A-井孔计算面积；
q--底板单位面积承受的压力，
L—沉井井孔周长，
fc-封底混凝土抗压强度设计值；
S-假定内侧井壁差E引起的水平投影面积S；
q-底板单位面积承受的压力；
2)根据传力结构受力大小通过ansys或其它有限元软件分析计算确定剪力键封板、加劲板一、水平连杆、竖板；由竖板和两端的剪力键封板形成的封闭结构通过水平连杆与主体沉井井壁连接，形成传力结构；剪力键封板内有加劲板一，水平连杆与主体沉井井壁内的肋杆搭接；
3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。
本发明在钢沉井底节的上部设计了一传力结构，成功地解决了封底混凝土与沉井井身间单纯依靠粘结力来传递内力的问题，有效提高了沉井基础的抗剪承载能力。本发明结构受力可靠、施工方便、操作简单，经济效益显著。
本发明不仅适用于下段采用钢沉井的水中沉井，也适用于下段采用混凝土沉井的陆地沉井。
附图说明
图1是沉井基础立面示意图，
图2是沉井井孔平面示意图，
图3是剪力键与上、下分节放大示意图，
图4是钢沉井剪力键连接构造局部放大示意图，
图5是本发明封底混凝土受力形式图，
图6是传统的封底混凝土抗剪受力形式图。
具体实施方式
下面参照附图详述本发明。
参照图1、2、3，本发明的具体步骤是：
1)确定封底混凝土厚度值H和传力结构与钢沉井底节2内侧井壁差值E
(1)先假定封底混凝土厚度值H以及内侧井壁差E值，根据假定的值计算弯矩设计值M；由设计的传力结构与钢沉井底节内侧井壁差值E，施工传力结构，有效提高了沉井基础的抗剪承载能力，使结构受力可靠、该设计施工方便、操作简单，经济效益显著。
参照图2，根据设计的矩形井孔确定跨度k1、k2，假定封底混凝土厚度值H＝L1+L2，L1的高度一般取8m，则L2＝H-8m；
按双向支撑的简支板计算跨中纵、横向弯矩M1和M2，计算公式如下：
M1＝a1qk1 2；M2＝a2qk2 2
式中：a1、a2--弯矩系数，可由简支板相关表格查询；
k1、k2--井孔纵、横向计算跨度；
q-底板单位面积承受的压力，q≈Hwrw-(L1+L2)rc
式中：Hw--水位至封底混凝土底的高度；rw--水的容重；
L1+L2--封底混凝土厚度H；rc--封底混凝土的容重；
最终设计弯矩M＝Max(M1，M2)，即取二者中的大值；
一般的L1的高度一般取8m，则L2＝H-8m。
(2)检算结构抗弯承载能力Mu进行，
根据假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料强度确定抗弯承载能力Mu:
Mu＝rmfctbH2/6
式中：rm--截面抵抗矩塑性系数，根据截面形状查询相关规范选用；
fct--封底混凝土抗拉强度设计值；
b—单位板宽取1m；
H—板截面高度即封底混凝土厚度H；
最终须满足Mu≥M；
(3)检算封底混凝土与沉井井壁结合处抗剪强度β，抗剪强度计算公式如下(参照图2、3)：
β＝Aq/(L*(L1+L2)+fcS)
式中：
A-井孔计算面积(图2中钢沉井底节2的斜线部分)；
q-底板单位面积承受的压力，
L-沉井井孔周长(图2中钢沉井底节2的外轮廓)，
L1+L2-封底混凝土厚度值H；
fc-封底混凝土抗压强度设计值；
S—假定内侧井壁差E引起的水平投影面积S(图2突出于钢沉井底节2部分的面积)；
q-底板单位面积承受的压力，q≈Hwrw-(L1+L2)rc；
此计算公式对传统的计算公式进行了修正，修正后内力通过封底混凝土与沉井井壁间的粘结力和内侧井壁差E受力范围内水平投影面积受压传递内力，提高了结构的抗剪承载能力,抗剪强度计算结果须满足β≥1。
2)参照图4、5，根据传力装置受力大小通过ansys或其它有限元软件分析计算确定剪力键封板4、加劲板一5、水平连杆6、竖板7；在剪力键位置1由竖板7和两端的剪力键封板4形成的封闭结构通过水平连杆6与主体沉井井壁连接，形成牢靠的传力结构；剪力键封板4内有加劲板一5，水平连杆6与主体沉井井壁内的肋杆搭接。剪力键封板4向沉井井壁斜向布置。
与传力结构相连的肋杆外的水平面板9下有加劲板8，起加固的作用。
3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土3。封底混凝土的剪力通过传力结构传递至沉井井身。
传力结构可采用全混凝土结构，也可采用钢-混凝土组合结构(钢-混凝土共同受力)。
本发明有效地把基础反力传递到传力结构上，解决了基础传力不牢靠的问题，有效提高了沉井基础的承载。

Claims (4)

1.深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)假定封底混凝土厚度值H和内侧井壁差E，确定设计弯矩M
(1)先假定封底混凝土厚度值H以及内侧井壁差E值，根据假定的值计算弯矩设计值M；
根据设计的矩形井孔确定k1、k2跨度大小，假定封底混凝土厚度值H＝L1+L2，按双向支撑的简支板计算跨中纵、横向弯矩M1和M2，计算公式如下：
M1＝a1qk1 2；M2＝a2qk2 2；
式中：a1、a2--弯矩系数，可由简支板相关表格查询；
k1、k2--井孔纵、横向计算跨度；
q-底板单位面积承受的压力，
q的计算公式:q≈Hwrw-(L1+L2)rc
式中：Hw--水位至封底混凝土底的高度；rw--水的容重；
L1+L2--封底混凝土厚度H；rc--封底混凝土的容重；
最终设计弯矩M＝Max(M1，M2)，即取M1，M2二者中的大值；
(2)检算结构抗弯承载能力Mu进行，
根据假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料强度确定抗弯承载能力Mu:
Mu＝rmfctbH2/6
式中：rm-截面抵抗矩塑性系数；
fct-封底混凝土抗拉强度设计值；
b-单位板宽取1m；
H-板截面高度即封底混凝土厚度H；
最终须满足Mu≥M；
(3)检算封底混凝土与沉井井壁结合处抗剪强度β，抗剪强度计算公式如下：
β＝Aq/(L*(L1+L2)+fcS)
式中：A-井孔计算面积；
q--底板单位面积承受的压力，
L—沉井井孔周长，
fc-封底混凝土抗压强度设计值；
S-假定内侧井壁差E引起的水平投影面积S；
2)根据传力结构受力大小通过ansys或其它有限元软件分析计算确定剪力键封板、加劲板一、水平连杆、竖板；由竖板和两端的剪力键封板形成的封闭结构通过水平连杆与主体沉井井壁连接，形成传力结构；剪力键封板内有加劲板一，水平连杆与主体沉井井壁内的肋杆搭接；
3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。
2.根据权利要求1所述的深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法，其特征在于：封底混凝土厚度值H＝L1+L2，L1高度取8m，则L2＝H-8m。
3.根据权利要求1所述的深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法，其特征在于：与传力结构相连的肋杆外的水平面板下有加劲板二。
4.根据权利要求1所述的深水大沉井钢-混凝土组合传力结构的施工方法，其特征在于：剪力键封板向沉井井壁斜向布置。
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