深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種深水大沉井鋼?混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法，先假定封底混凝土厚度值H以及內(nèi)側(cè)井壁差E值，計算彎矩設計值M；根據(jù)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(jù)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(jié)合處抗剪強度β。根據(jù)傳力結(jié)構(gòu)受力大小確定、并施工傳力結(jié)構(gòu)，傳力結(jié)構(gòu)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(fā)明在鋼沉井底節(jié)的上部設計了一傳力結(jié)構(gòu)，有效提高了沉井基礎的抗剪承載能力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)受力可靠、施工方便、操作簡單，穩(wěn)定、高效，經(jīng)濟效益顯著。
【專利說明】
深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法
技術(shù)領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)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(jié)構(gòu)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(tǒng)的封底混凝土和沉井的抗剪計算方法單純依靠粘結(jié)力來傳遞內(nèi)力，有時結(jié)構(gòu)的抗剪控制封底混凝土的厚度。參照圖6，傳統(tǒng)的計算公式如下:
[0003]0=Aq/(L*(Ll+L2))
[0004]式中:A-根據(jù)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(jié)力來傳遞內(nèi)力，這就需要很厚的封底厚度才能滿足結(jié)構(gòu)的需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的目的是針對上述冋題，旨在提供一種穩(wěn)定、尚效，能大大提尚基礎的抗剪承載能力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法。
[0013]本發(fā)明目的的實現(xiàn)方式為，深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法，具體步驟是:
[0014]I)確定設計彎矩M，檢算結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè)井壁差E值，根據(jù)假定的值計算彎矩設計值Μ;
[0016]根據(jù)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(shù)，可由簡支板相關(guān)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(jié)構(gòu)抗彎承載能力Mu進行，
[0026]根據(jù)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(shù)；
[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(jié)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(nèi)側(cè)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(jù)傳力結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)通過水平連桿與主體沉井井壁連接，形成傳力結(jié)構(gòu);剪力鍵封板內(nèi)有加勁板一，水平連桿與主體沉井井壁內(nèi)的肋桿搭接；
[0042]3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。
[0043]本發(fā)明在鋼沉井底節(jié)的上部設計了一傳力結(jié)構(gòu)，成功地解決了封底混凝土與沉井井身間單純依靠粘結(jié)力來傳遞內(nèi)力的問題，有效提高了沉井基礎的抗剪承載能力。本發(fā)明結(jié)構(gòu)受力可靠、施工方便、操作簡單，經(jīng)濟效益顯著。
[0044]本發(fā)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(jié)放大示意圖，
[0048]圖4是鋼沉井剪力鍵連接構(gòu)造局部放大示意圖，
[0049]圖5是本發(fā)明封底混凝土受力形式圖，
[0050]圖6是傳統(tǒng)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(fā)明。[0052 ]參照圖1、2、3，本發(fā)明的具體步驟是:
[0053]I)確定封底混凝土厚度值H和傳力結(jié)構(gòu)與鋼沉井底節(jié)2內(nèi)側(cè)井壁差值E
[0054](I)先假定封底混凝土厚度值H以及內(nèi)側(cè)井壁差E值，根據(jù)假定的值計算彎矩設計值M;由設計的傳力結(jié)構(gòu)與鋼沉井底節(jié)內(nèi)側(cè)井壁差值E，施工傳力結(jié)構(gòu)，有效提高了沉井基礎的抗剪承載能力，使結(jié)構(gòu)受力可靠、該設計施工方便、操作簡單，經(jīng)濟效益顯著。
[0055]參照圖2，根據(jù)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(shù)，可由簡支板相關(guān)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(jié)構(gòu)抗彎承載能力Mu進行，
[ΟΟ??]根據(jù)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(shù)，根據(jù)截面形狀查詢相關(guān)規(guī)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(jié)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(jié)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(jié)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(nèi)側(cè)井壁差E引起的水平投影面積S(圖2突出于鋼沉井底節(jié)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(tǒng)的計算公式進行了修正，修正后內(nèi)力通過封底混凝土與沉井井壁間的粘結(jié)力和內(nèi)側(cè)井壁差E受力范圍內(nèi)水平投影面積受壓傳遞內(nèi)力，提高了結(jié)構(gòu)的抗剪承載能力，抗剪強度計算結(jié)果須滿足K
[0084]2)參照圖4、5，根據(jù)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(jié)構(gòu)通過水平連桿6與主體沉井井壁連接，形成牢靠的傳力結(jié)構(gòu);剪力鍵封板4內(nèi)有加勁板一 5，水平連桿6與主體沉井井壁內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)傳遞至沉井井身。
[0087]傳力結(jié)構(gòu)可采用全混凝土結(jié)構(gòu)，也可采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)(鋼-混凝土共同受力)。
[0088]本發(fā)明有效地把基礎反力傳遞到傳力結(jié)構(gòu)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(quán)項】
1.深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)井壁差E值，根據(jù)假定的值計算彎矩設計值M; 根據(jù)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(shù)，可由簡支板相關(guān)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(jié)構(gòu)抗彎承載能力Mu進行， 根據(jù)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(shù)； 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(jié)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(nèi)側(cè)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(jù)傳力結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)通過水平連桿與主體沉井井壁連接，形成傳力結(jié)構(gòu);剪力鍵封板內(nèi)有加勁板一，水平連桿與主體沉井井壁內(nèi)的肋桿搭接； 3)吸泥下沉到位后，灌注封底混凝土。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于:與傳力結(jié)構(gòu)相連的肋桿外的水平面板下有加勁板二。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的深水大沉井鋼-混凝土組合傳力結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于:根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需要傳力結(jié)構(gòu)采用全混凝土結(jié)構(gòu)，或采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。
【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(fā)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(yè)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