大遼河特大橋橋位處平潮時水面凈寬280m,受渤海潮汐影響,漲落潮差2.5m,水最深處達12.0m。大遼河特大橋橋梁全長1688.39m,水中墩共計9個,其中深水墩3個,為47號~49號墩,49號墩位于河床最低處,是控制全橋工期的關鍵工程,也是技術和施工的難點.橋位處枯水期常水位為0.5m。
本研究根據(jù)工程實際情況設計了吊箱圍堰,建立了吊箱圍堰全結構的有限元分析模型,分析了各部分的受力、變形、穩(wěn)定性等情況,并以此進行優(yōu)化。
吊箱設計主要考慮在箱內無水的情況下修筑承臺,且滿足吊箱受力需要。吊箱受到的最大側壓力為680kPa,考慮承臺及破冰體的幾何尺寸及施工工作面要求,吊箱的設計尺寸為:長×寬×高=14.78m×6.85m×6.9m,受上游田莊臺大橋凈空的限制,打樁船及大型浮吊不能進入施工現(xiàn)場,同時,由于吊箱體積大,利用大型水上吊裝設備吊裝,吊箱容易變形。因此,考慮將吊箱分塊、分片制作,最后在橋位處平臺上組裝成型,利用下沉系統(tǒng)下沉就位。
吊箱圍堰的板面、內支撐、懸吊結構以及施工平臺的鋼管樁、鋼護筒等共同構成較為復雜的空間體系。
本研究建立了吊箱圍堰的全結構模型,采用實體、板殼、梁、桿等多種單元組成有限元空間模型。
有限元模型相對準確地模擬了構件吊箱圍堰的空間位置、連接形式、荷載作用等,由此得到結構總體分析結果和局部分析結果。
對大遼河特大橋高樁承臺吊箱圍堰施工全過程進行分析,得出吊箱圍堰施工承臺全過程中最不利荷載組合,確定計算模型需要進行3個階段荷載工況的驗算,即灌注封底混凝土(Ⅰ)工況、抽除吊箱內河水(Ⅱ)工況、承臺破冰體施工(Ⅲ)工況。
由表可以看出,最不利變形情況發(fā)生在第Ⅲ工況,其中,X方向最大變形為19.5cm,發(fā)生在第Ⅱ,Ⅲ工況。Y方向最大變形為23.8cm,發(fā)生在第Ⅱ,Ⅲ工況,Z方向最大變形為2.25cm,發(fā)生在第Ⅲ工況。最不利應力情況發(fā)生在第Ⅱ,Ⅲ工況。其中,X方向最大應力為316MPa,發(fā)生在第Ⅱ,Ⅲ工況,Y方向最大應力為314MPa,發(fā)生在第Ⅲ工況,Z方向最大應力為316MPa,發(fā)生在第Ⅱ,Ⅲ工況。
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