深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種深水大沉井鋼?混凝土組合傳力結構的施工方法，先假定封底混凝土厚度值H以及內側井壁差E值，計算彎矩設計值M；根據設計矩形井孔確定跨度大小，按雙向支撐的簡支板計算跨中縱、橫向彎矩。根據假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料強度確定抗彎承載能力Mu；檢算封底混凝土與沉井井壁結合處抗剪強度β。根據傳力結構受力大小確定、并施工傳力結構，傳力結構與主體沉井井壁連接；吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。本發明在鋼沉井底節的上部設計了一傳力結構，有效提高了沉井基礎的抗剪承載能力及結構穩定性。本發明結構受力可靠、施工方便、操作簡單，穩定、高效，經濟效益顯著。
【專利說明】
深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法。
【背景技術】
[0002]近幾年來，隨著我國社會經濟的發展，水上運輸量大幅增加，一批超大跨橋梁應運而生，然而，這些橋梁多位于沉積覆蓋土層中；此土層一般沉積時間較短、承載力小、易沉降變形等是其主要特征。為滿足上部橋跨結構巨大荷載的作用和沉降變形的要求，沉井基礎在超大跨橋梁中得以應用。然而，傳統的封底混凝土和沉井的抗剪計算方法單純依靠粘結力來傳遞內力，有時結構的抗剪控制封底混凝土的厚度。參照圖6，傳統的計算公式如下:
[0003]0=Aq/(L*(Ll+L2))
[0004]式中:A-根據設計井孔尺寸計算的井孔面積(見圖2);
[0005]q_底板單位面積承受的壓力；
[0006]L沉井井孔周長(見圖2中陰影部分外輪廓)；
[0007]L1+L2-封底混凝土厚度值H;
[0008]底板單位面積承受的壓力q的計算公式為:q- Hwrw-(L1+L2)rc；
[0009]式中:HW—水位至封底混凝土底的高度;rw—水的容重；
[0010]rc—封底混凝土的容重
[0011]按此計算公式，它只單純依靠封底混凝土與沉井井壁間的粘結力來傳遞內力，這就需要很厚的封底厚度才能滿足結構的需要。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是針對上述冋題，旨在提供一種穩定、尚效，能大大提尚基礎的抗剪承載能力及結構穩定性的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法。
[0013]本發明目的的實現方式為，深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法，具體步驟是:
[0014]I)確定設計彎矩M，檢算結構抗彎承載能力Mu和抗剪強度β
[0015](I)先假定封底混凝土厚度值H以及內側井壁差E值，根據假定的值計算彎矩設計值Μ;
[0016]根據設計的矩形井孔確定kl、k2跨度大小，假定封底混凝土厚度值H= L1+L2，按雙向支撐的簡支板計算跨中縱、橫向彎矩MjPM2，計算公式如下:
[0017]Mi = aiqki2;M2 = a2qk22
[0018]式中:a1、a2-彎矩系數，可由簡支板相關表格查詢；
[0019]k1、k2—井孔縱、橫向計算跨度；
[0020]q_底板單位面積承受的壓力，
[0021]q的計算公式:q ? Hwrw-(L1+L2)rc
[0022]式中:HW—水位至封底混凝土底的高度;rw—水的容重；
[0023]L1+L2—封底混凝土厚度H;rc--封底混凝土的容重；
[0024]最終設計彎矩M=Max(M^M2),即取M^M2二者中的大值；
[0025](2)檢算結構抗彎承載能力Mu進行，
[0026]根據假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料強度確定抗彎承載能力Mu:
[0027]Mu = rmfctbH2/6
[0028]式中:rm_截面抵抗矩塑性系數；
[0029]fct-封底混凝土抗拉強度設計值；
[0030]b-單位板寬取Im;
[0031]H-板截面高度即封底混凝土厚度H;
[0032]最終須滿足Mu 2 M;
[0033](3)檢算封底混凝土與沉井井壁結合處抗剪強度β，抗剪強度計算公式如下:
[0034]0=Aq/(L*(Ll+L2)+fcS)
[0035]式中:A-井孔計算面積；
[0036]q—底板單位面積承受的壓力，
[0037]L 一沉井井孔周長，
[0038]f C-封底混凝土抗壓強度設計值；
[0039]S-假定內側井壁差E引起的水平投影面積S;
[0040]q_底板單位面積承受的壓力；
[0041]2)根據傳力結構受力大小通過ansys或其它有限元軟件分析計算確定剪力鍵封板、加勁板一、水平連桿、豎板；由豎板和兩端的剪力鍵封板形成的封閉結構通過水平連桿與主體沉井井壁連接，形成傳力結構;剪力鍵封板內有加勁板一，水平連桿與主體沉井井壁內的肋桿搭接；
[0042]3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。
[0043]本發明在鋼沉井底節的上部設計了一傳力結構，成功地解決了封底混凝土與沉井井身間單純依靠粘結力來傳遞內力的問題，有效提高了沉井基礎的抗剪承載能力。本發明結構受力可靠、施工方便、操作簡單，經濟效益顯著。
[0044]本發明不僅適用于下段采用鋼沉井的水中沉井，也適用于下段采用混凝土沉井的陸地沉井。
【附圖說明】
[0045]圖1是沉井基礎立面示意圖，
[0046]圖2是沉井井孔平面示意圖，
[0047]圖3是剪力鍵與上、下分節放大示意圖，
[0048]圖4是鋼沉井剪力鍵連接構造局部放大示意圖，
[0049]圖5是本發明封底混凝土受力形式圖，
[0050]圖6是傳統的封底混凝土抗剪受力形式圖。
【具體實施方式】
[0051]下面參照附圖詳述本發明。[0052 ]參照圖1、2、3，本發明的具體步驟是:
[0053]I)確定封底混凝土厚度值H和傳力結構與鋼沉井底節2內側井壁差值E
[0054](I)先假定封底混凝土厚度值H以及內側井壁差E值，根據假定的值計算彎矩設計值M;由設計的傳力結構與鋼沉井底節內側井壁差值E，施工傳力結構，有效提高了沉井基礎的抗剪承載能力，使結構受力可靠、該設計施工方便、操作簡單，經濟效益顯著。
[0055]參照圖2，根據設計的矩形井孔確定跨度kl、k2，假定封底混凝土厚度值H=L1+L2，LI的高度一般取8m，則L2 = H-8m ；
[0056]按雙向支撐的簡支板計算跨中縱、橫向彎矩MjPM2，計算公式如下:
[0057]Mi = aiqki2;M2 = a2qk22
[0058]式中:a1、a2-彎矩系數，可由簡支板相關表格查詢；
[0059]IuA2-井孔縱、橫向計算跨度；
[0060]q-底板單位面積承受的壓力，q ? Hwrw-(L1+L2)rc[0061 ]式中:HW—水位至封底混凝土底的高度;rw—水的容重；
[0062]L1+L2—封底混凝土厚度H;r。一封底混凝土的容重；
[0063]最終設計彎矩M=Max(M^M2),即取二者中的大值；
[0064]—般的LI的高度一般取8m，則L2 = H_8m。
[0065](2)檢算結構抗彎承載能力Mu進行，
[ΟΟ??]根據假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料強度確定抗彎承載能力Mu:
[0067]Mu = rmfctbH2/6
[0068]式中:rm--截面抵抗矩塑性系數，根據截面形狀查詢相關規范選用；
[0069]fct-封底混凝土抗拉強度設計值；
[0070]b—單位板寬取Im;
[0071]H—板截面高度即封底混凝土厚度H;
[0072]最終須滿足Mu 2 M;
[0073](3)檢算封底混凝土與沉井井壁結合處抗剪強度β，抗剪強度計算公式如下(參照圖2、3):
[0074]0=Aq/(L*(Ll+L2)+fcS)
[0075]式中:
[0076]A-井孔計算面積(圖2中鋼沉井底節2的斜線部分)；
[0077]q-底板單位面積承受的壓力，
[0078]L-沉井井孔周長(圖2中鋼沉井底節2的外輪廓)，
[0079]L1+L2-封底混凝土厚度值H;
[0080]f C-封底混凝土抗壓強度設計值；
[0081]S—假定內側井壁差E引起的水平投影面積S(圖2突出于鋼沉井底節2部分的面積)；
[0082]q-底板單位面積承受的壓力，q ? Hwrw-(L1+L2)rc;
[0083]此計算公式對傳統的計算公式進行了修正，修正后內力通過封底混凝土與沉井井壁間的粘結力和內側井壁差E受力范圍內水平投影面積受壓傳遞內力，提高了結構的抗剪承載能力，抗剪強度計算結果須滿足K
[0084]2)參照圖4、5，根據傳力裝置受力大小通過ansys或其它有限元軟件分析計算確定剪力鍵封板4、加勁板一 5、水平連桿6、豎板7;在剪力鍵位置I由豎板7和兩端的剪力鍵封板4形成的封閉結構通過水平連桿6與主體沉井井壁連接，形成牢靠的傳力結構;剪力鍵封板4內有加勁板一 5，水平連桿6與主體沉井井壁內的肋桿搭接。剪力鍵封板4向沉井井壁斜向布置。
[0085]與傳力結構相連的肋桿外的水平面板9下有加勁板8，起加固的作用。
[0086]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過傳力結構傳遞至沉井井身。
[0087]傳力結構可采用全混凝土結構，也可采用鋼-混凝土組合結構(鋼-混凝土共同受力)。
[0088]本發明有效地把基礎反力傳遞到傳力結構上，解決了基礎傳力不牢靠的問題，有效提尚了沉井基礎的承載。
【主權項】
1.深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法，其特征在于:具體步驟如下: 1)假定封底混凝土厚度值H和內側井壁差E，確定設計彎矩M (1)先假定封底混凝土厚度值H以及內側井壁差E值，根據假定的值計算彎矩設計值M; 根據設計的矩形井孔確定kl、k2跨度大小，假定封底混凝土厚度值H = L1+L2，按雙向支撐的簡支板計算跨中縱、橫向彎矩施和跑，計算公式如下: Mi = aiqki2 ； M2 = a2qk22 ； 式中:a1、a2—彎矩系數，可由簡支板相關表格查詢； k1、k2—井孔縱、橫向計算跨度； q_底板單位面積承受的壓力， q的計算公式:q * Hwrw-(LI+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； 最終設計彎矩M=Max (M1，M2 )，即取M1，M2二者中的大值； (2)檢算結構抗彎承載能力Mu進行， 根據假定封底混凝土厚度值H及封底混凝土材料強度確定抗彎承載能力Mu:Mu = rmfctbH2/6 式中:rf截面抵抗矩塑性系數； 封底混凝土抗拉強度設計值； b_單位板寬取Im; H-板截面高度即封底混凝土厚度H; 最終須滿足Mu > M； (3)檢算封底混凝土與沉井井壁結合處抗剪強度β，抗剪強度計算公式如下: 0=Aq/(L*(Ll+L2)+fcS) 式中:A-井孔計算面積； q-底板單位面積承受的壓力， L 一沉井井孔周長， 封底混凝土抗壓強度設計值； S-假定內側井壁差E引起的水平投影面積S; q_底板單位面積承受的壓力； 2)根據傳力結構受力大小通過ansys或其它有限元軟件分析計算確定剪力鍵封板、加勁板一、水平連桿、豎板；由豎板和兩端的剪力鍵封板形成的封閉結構通過水平連桿與主體沉井井壁連接，形成傳力結構;剪力鍵封板內有加勁板一，水平連桿與主體沉井井壁內的肋桿搭接； 3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。2.根據權利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法，其特征在于:封底混凝土厚度值H=L1+L2，LI高度取8m，則L2 = H_8m。3.根據權利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法，其特征在于:與傳力結構相連的肋桿外的水平面板下有加勁板二。4.根據權利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法，其特征在于:剪力鍵封板向沉井井壁斜向布置。5.根據權利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結構的施工方法，其特征在于:根據結構受力需要傳力結構采用全混凝土結構，或采用鋼-混凝土組合結構。
【文檔編號】E02D27/18GK105887911SQ201610254607
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】高宗余, 張金濤, 徐力, 劉俊峰, 張敏, 梅新詠, 陳維雄, 閆志剛, 肖海珠, 張燕飛, 鄭清剛, 別業山, 譚國宏, 胡文軍, 劉琳杰, 唐斌, 侯健, 龔俊
【申請人】中鐵大橋勘測設計院集團有限公司, 中國鐵路總公司