1、說明
臨時墩總高40m,支承結構採用8根φ1420×14mm鋼管樁,材質為q345b,聯結系採用φ630×10mm鋼管,材質為q235b,管底設定φ50(psb830)精軋螺紋鋼錨桿。
圖1 臨時墩結構圖
岸上臨時墩支承結構採用8根φ1020×10mm鋼管樁,結構型式與水中臨時墩相同,聯結系採用φ377×8mm鋼管,材質均為q235b。臨時墩基礎採用擴大基礎,尺寸為10m×8m×1.5m承臺,臨時墩鋼筋砼基礎埋深為2m。
圖2 岸上臨時墩結構圖
2、臨時墩強度校核
2.1、有限元模型
根據圖紙對臨時墩建模,模型如圖3:
圖3 臨時墩模型圖
2.2、座標系
計算中有限元模型的座標系統取右手座標系統,且:
x方向為臨時墩的橫向;
y方向為臨時墩的順向;
z方向為臨時墩的垂向,以向上為正方向。
2.3、單元與網格
模型中主要採用梁(beam)單元:模擬各種桁架等。
2.4、材料引數如下
鋼材:楊氏模量 =2.1×1011 pa; poisson比 =0.3;
密度 =7850 kg/m3。
2.5、計算工況
1、空載船舶橫橋向撞擊,臨時墩承受荷載有:臨時墩自重,大風風載,最高通航水位水流力,船舶橫橋向撞擊;
2、滿載未頂推船舶橫橋向撞擊,臨時墩承受荷載有:臨時墩支承力,臨時墩自重,大風風載,最高通航水位水流力,船舶橫橋向撞擊;
3、滿載頂推船舶橫橋向撞擊,臨時墩承受荷載有:臨時墩支承力,頂推力,臨時墩自重,平均風速風載,最高通航水位水流力,船舶橫橋向撞擊;
2.6、計算載荷
1、臨時墩支承力:根據鋼梁計算結果,臨時墩最大支承力為n=710.5-(-874.
72)=1585.22t。作用位置:
平均載入於鋼管樁頂,則單根鋼管樁受力為1585.22/8=198t。
圖4 支撐力示意圖
2、臨時墩自重:臨時墩自重225t/個,分配梁12t/根,則有臨時墩單根鋼管自重加分配梁自重得:225/8+12=40t。
圖5 臨時墩自重示意圖
3、臨時墩頂推力計算:頂推暫按外力計算,鋼—鋼摩擦係數取0.1,則有單個臨時墩最大頂推力為1585×0.1=158.5,作用位置:平均載入於鋼梁底。
頂推力施加於臨時墩鋼管樁頂部,產生水平力和彎矩,f頂推力=158.5t,m頂推力 =158.5×5=通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂,共有8個樁頂。
圖6 臨時墩頂推力示意圖
4、風載荷
貴港平均風壓為300pa,歷年極大風速為28.6m/s
根據荷載規範,貴港風壓平均為0.3kn/m2,河床標高為+20.7m,水面標高為47.
55m,梁底標高約為60.7m,則有受風載臨時墩高度為13.2m,高度係數取1.
14。(1)臨時墩平均風速風載計算
則有臨時墩單根鋼管承受風力為:
pw1=μsμzw0a =1×1.14×0.3×13.2×1.42=6.5 kn=0.7t
作用位置:風載作用於臨時墩水面以上高度的2/3處。
圖7 臨時墩平均風速載荷示意圖
(2)臨時墩極大風速風載計算
極大風速為v=28m/s,空氣密度取1.25kn/m3,
pw2=μsμzw0a =1×1.14×0.49×13.2×1.42=10.62 kn=1.1t
作用位置:風載作用於臨時墩水面以上高度的2/3處。
圖8 臨時墩極大風速載荷示意圖
(3)鋼梁及導梁平均風速風載計算
5#臨時墩上承受鋼梁受風長度為85+85/2=127.5m,高度為樑高3.1m,風壓高度為17m,風壓高度係數取1.2。
1 導梁風載
鋼導梁55m,為4榀型鋼桁架式結構,擋風係數暫定為φ=0.3m,型鋼焊接而成的導梁風荷體型係數μs=1.3,單榀桁架的體型係數μst=φ·μs =0.
3×1.3=0.39,桁片間距b=6.
2m,高度h=3.1m,四榀桁架的體型係數:
導梁風力為:
pw3= μsμzw0=μzw=1.066×1.2×300 =384pa,
fw3= pw2a=0.384×55×3.1=65.47kn=6.5t
②鋼梁風荷載,單個臨時墩受(30+85/2)m長鋼梁的風載為fw3=μsμzw0a=1×1.2×0.300×72.5×3.1=80.9kn=8.1t
合計鋼梁受風力為(6.5+8.1)=14.6t
作用位置:風載作用於臨時(+60.7+3.1/2)=+62.25m處。
對臨時墩進行結構研究,滿載時,鋼梁風荷載通過分配梁將風載傳至臨時墩墩頂,產生風載水平力和彎矩,f箱風=14.6t,m箱風=14.6×(41.
55-35)=通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂,共有8個樁頂。
圖9 臨時墩鋼箱梁平均風速載荷示意圖
(4)鋼梁及導梁極大風速風載計算
5#臨時墩上承受鋼梁受風長度為85+85/2=127.5m,高度為樑高3.1m,風壓高度為17m左右,風壓高度係數取1.2。
①鋼導梁風載
鋼導梁55m,為4榀型鋼桁架式結構,擋風係數暫定為φ=0.3m,型鋼焊接而成的導梁風荷體型係數μs=1.3,單榀桁架的體型係數μst=φ·μs =0.
3×1.3=0.39,桁片間距b=6.
2m,高度h=3.1m,四榀桁架的體型係數:
導梁風力為:
pw3= μsμzw0=μzw=1.066×1.2×490 =627.2pa,
fw3= pw2a=0.6272×55×3.1=106.9kn=10.7t
②鋼梁風荷載,單個臨時墩受(30+85/2)m長鋼梁的風載為fw3=μsμzw0a=1×1.2×0.511×72.5×3.1=137.8kn=13.8t
合計鋼梁受風力為(10.7+13.8)=24.5t
作用位置:風載作用於臨時(+60.7+3.1/2)=+62.25m處。
對臨時墩進行結構研究,滿載時,鋼梁風荷載通過分配梁將風載傳至臨時墩墩頂,產生風載水平力和彎矩,f箱風=24.5t,m箱風=24.5×(41.
55-35)=通過分配梁平均分配至各鋼管樁頂,共有8個樁頂。
圖10 臨時墩鋼箱梁極大風速載荷示意圖
5、臨時墩水流力
最大洪水時的水流力計算:同濟大橋橋址流速取3m/s;橋址最高水位47.55m(1997~2023年),常水位30.23m,最大水深按24.5m計算。
查《公路橋涵設計規範》(1989)《公路橋涵設計通用規範》(jtj021-89)(2.3.10)公式:
(kn)
式中:γ—水的容重,γ=10 kn/m3
v—設計流速,v=3m/s
a—橋墩阻水面積,一般算至一般沖刷線處
g-重力加速度9.81(m/s2)
k—橋墩形狀係數,對圓形鋼管樁取0.8。
水面最大水流力為:
則有單根鋼管樁水流力p=ph/2=5.2×24.5/2/10=6.4t,流水壓力作用點位於水位線以下1/3水深處。
圖11 臨時墩水流力示意圖
6、船舶撞擊力
船舶撞擊力,根據設計提供資料,橫橋向撞擊力為140t。
臨時墩船舶橫橋向撞擊力140t,由臨時墩整體承受,最不利作用位置為最高通航水位以上2m處,即+49.55m。
圖12 臨時墩船舶橫向撞擊載荷示意圖
2.7、邊界條件
依據實際情況對臨時墩底部約束。
圖13 臨時墩約束示意圖
3、岸上臨時墩強度校核
3.1、有限元模型
根據圖紙對岸上臨時墩建模,模型如圖14:
圖14 岸上臨時墩模型圖
3.2、座標系
計算中有限元模型的座標系統取右手座標系統,且:
x方向為岸上臨時墩的橫向;
y方向為岸上臨時墩的順向;
z方向為岸上臨時墩的垂向,以向上為正方向。
3.3、單元與網格
模型中主要採用梁(beam)單元:模擬各種桁架等。
3.4、材料引數如下
鋼材:楊氏模量 =2.1×1011 pa; poisson比 =0.3;
密度 =7850 kg/m3。
3.5、計算工況
1、滿載未頂推,臨時墩承受荷載有:臨時墩支承力,臨時墩自重,大風風載;
2、滿載頂推,臨時墩承受荷載有:臨時墩支承力,頂推力,臨時墩自重,平均風速風載;
3.6、計算載荷
1、臨時墩支承力:根據鋼梁計算結果,臨時墩最大支承力為n=212-(-463.12)=675 t。作用位置:平均載入於鋼管樁頂,則單根鋼管樁受力為675/8=85t。
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