大桥项目深水高桩承台双壁钢吊围堰项目施工技术研究报告.doc

天兴洲长江大桥项目天兴洲长江大桥项目 深水高桩承台双壁钢吊围堰深水高桩承台双壁钢吊围堰 施施 工工 技技 术术 研研 究究 报报 告告 天兴洲大桥项目部 二零零七年四月 目目 录录 第一章第一章 前前 言言- 1 - 1.1 工程概述- 1 - 1.1.1 结构形式- 1 - 1.1.2 地形、地貌- 1 - 1.1.3 工程地质- 2 - 1.1.4 气象- 2 - 1.1.5 桥渡水文- 2 - 1.1.6 航道及航运- 3 - 1.1.7 地震- 3 - 1.1.8 主要技术标准- 3 - 1.2 本课题研究的主要内容- 4 - 第二章第二章 双壁钢吊箱围堰设计双壁钢吊箱围堰设计- 5 - 2.1 基本设计情况- 5 - 2.2 设计依据- 5 - 2.3 设计参数- 5 - 2.4 钢吊箱主要构件简述- 6 - 2.5 确定计算模型- 7 - 2.5.1 坐标系选择- 7 - 2.5.2 计算工况- 7 - 2.5.3 有限元模型- 8 - 2.5.4 边界条件- 14 - 2.6 材料- 16 - 2.7 载荷- 16 - 2.7.1 外部水压力- 16 - 2.7.2 内部水压力- 16 - 2.7.3 水流压力- 17 - 2.7.4 风载荷- 19 - 2.7.5 重力- 20 - 2.7.6 各工况的载荷组合- 20 - 2.8 计算结果与分析- 22 - 2.8.1 计算结果汇总- 22 - 2.8.2 强度- 22 - 2.8.3 刚度- 25 - 2.8.4 稳定性- 26 - 2.8.5 混凝土的强度- 27 - 2.9 结论- 37 - 第三章第三章 双壁钢吊箱施工双壁钢吊箱施工- 38 - 3.1 钢吊箱制作及运输- 38 - 3.1.1 钢吊箱分块- 38 - 3.1.2 放样并制作胎架- 38 - 3.2 吊箱定位及组装 - 41 - 3.2.1 测量放样- 41 - 3.2.2 底板拼装- 41 - 3.2.3 悬吊系统- 42 - 3.2.4 侧板、导向装置安装- 43 - 3.2.5 钢吊箱下沉- 44 - 3.3 封底混凝土施工- 45 - 3.3.1 施工工艺- 46 - 3.3.2 封底混凝土浇筑前准备工作- 46 - 3.3.3 封底混凝土搅拌与浇筑- 48 - 3.3.4 围堰内抽水- 50 - 3.3.5 操作要点：- 50 - 3.3.6 双壁钢围堰在施工过程中易出现的事故及应对措施（见下表）- 51 - 3.4 结论- 52 - 第一章第一章 前前 言言 1.11.1 工程概述工程概述 新建武汉天兴洲公铁两用长江大桥是国家“十五”重点项目之一。该桥位于既有武 汉长江二桥下游 9.8km 处天兴洲江段。大桥正桥从北岸谌家矶长江大堤堤脚 dk7+449.4 向南跨长江北汊上天兴洲，越长江南汊至青山 dk12+106.5 止，全长 4657.1m。公路桥在 南汊正桥主孔和两端与铁路桥共桥，上下层布置，北端从 027#墩往北公路从平面上脱离 铁路中心线，平行于铁路桥中线跨越北汊，两桥中心线相距 40m，公路桥位于铁路上游。 我部施工的铁路桥主桥跨越长江北汊，全部位于直线上。大桥是连接长江南北交通的主 要过江通道，为即将建设的京广客运专线及武汉铁路枢纽服务。同时也是武汉市规划中 的中环线的过江通道。 1.1.11.1.1 结构形式结构形式 大桥按正线四线设计，客运专线与级线间距 8.6m，客运专线与级铁路线分别独 立成桥，采用基础共用，墩身、梁体分离的形式。长江北汊中连续梁主桥 062#066#墩 采用 12 根 2.5m 钻孔桩，行列式布置，最大桩长 85m；承台尺寸为 23.116.85m。 结构形式见图 1.1。 图 1.1 主桥基础结构形式图 1.1.21.1.2 地形、地貌地形、地貌 大桥桥位位于天兴洲微弯分汊型河段，天兴洲将长江分为南、北两个河道。长江两 岸设有防洪干堤，堤顶高程+29.2m（北岸） 。堤内地形平坦，为长江一级阶地，地面高 程多为+21.0+25.5m。汉口岸上主要为耕种区，分布较多鱼塘。 1.1.31.1.3 工程地质工程地质 本段覆盖层主要为第四系全新统及中、下更新统地层。桥址北岸以粘性土为主，厚 35m 左右；北汊以粉细砂为主，厚 1535m；基岩主要由成岩程度较差的疏松砂岩、泥 质粉砂岩、砂岩组成。 1.1.41.1.4 气象气象 桥渡区处于亚热带湿润区，夏季高温闷热，历史上最高气温 41.3，最低气温- 18.1，年平均气温 16.8。有霜冻和降雪发生，雨量充沛。历史上全月降雨量最大在 六月，为 820.1mm，日最大降雨量最大为 317.4mm，年平均降雨量 12141448mm，降雨 多集中在 47 月，约占全年降雨量的 60以上。 风向在六、七、八三个月以东南风为主，间有东北风及西南风，最大风力为 78 级。其余各月多为北风及北东风，最大风力可达 9 级，多发生在 9 月份。最大风速达 27.9m/，8 级和 8 级以上大风年平均 8.2 天，最多 16 天。 1.1.51.1.5 桥渡水文桥渡水文 南北大堤间宽 4.2km。河道由于沿江两岸受节点控制及护岸工程的兴建，自 20 世纪 30 年代至今河道外型基本稳定，岸线变化相对较小，河床演变主要表现在河床冲淤、洲 滩消长和汊道的兴衰变化。桥址河段在今后较长时期内仍将维持枯水单一，中、高水位 双汊过流，主流在南汊的河势，但洲滩和汊道的局部冲淤变化仍将发生。三峡枢纽运用 后对建桥河段河势的主要影响表现为河床有所冲刷下切，深槽也将有所冲刷扩大，预计 桥址河段不会发生大的调整。 桥址计划分洪情况下百年一遇洪水位为+27.38m；三百年一遇洪水位北汊为 +28.16m。百年一遇洪峰流量北汊 22100m3/s。二十年一遇最高通航水位+25.68m，最低 通航水位+9.62m。 桥址位于汉口水文站下游约 10km，其水文情况可反映桥址河段基本水文特征（根据 实际统计汉口站水位与桥位处水位相差 0.32m。经长江委研究统计历年水位如下表 1- 1。 表 1-1 历年日平均最高水位统计情况表（黄海高程） 0.5%1%2%5%10%20% 115.75215.00214.30213.26212.47211.622 2 月 16.47215.72214.92213.77212.88211.942 3 月 19.32218.39217.47216.14215.11213.992 4 月 20.58219.94219.25218.34217.56216.692 5 月 22.36221.75221.19220.39219.66218.862 6 月 24.34224.32223.66222.73221.89220.962 10 月 23.57223.57222.80221.76220.87219.842 11 月 20.64220.64219.92218.96218.14217.232 12 月 17.67217.67216.91215.87215.04214.112 105 月 23.18223.18222.63221.82221.06220.252 114 月 21.43220.79220.16219.31218.57217.732 123 月 19.04218.37217.63216.63215.81214.902 610 月 27.02226.52225.99225.23224.57223.812 1.1.61.1.6 航道及航运航道及航运 武汉河段自长江大桥以下为一级航道。天兴洲南汊为青山夹水道，为目前的主航道。 北汊为沙口水道，只能通行小型船舶（级航道） ，在枯水期施工时可申请封航。 1.1.71.1.7 地震地震 大桥场址的地震基本烈度为度。 1.1.81.1.8 主要技术标准主要技术标准 铁路线路等级：客运专线，级；铁路正线数目：四线；铁路正线间距：客运专线 5m，级线 4.2m，客运专线与级线间距 8.6m；旅客列车设计行车速度：200km/h；通 航净空尺度：最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m；北汊通航孔通航净空尺度： 频 率 月 份 航道等级为（） ，净宽不小于 60m；净高在最高通航水位以上不小于 10m。 1.21.2 本课题研究的主要内容本课题研究的主要内容 目前，对桥梁深水基础而言，钢吊箱围堰的应用越来越广泛，但吊箱结构的受力分 析、拼装、下沉定位、抗浮、抗沉等施工技术问题，需进一步进行研究，使吊箱围堰结 构合理，重量轻，制造、安装、下沉简便，施工安全。 1）以双壁钢吊箱为整体研究对象，提出了将三维整体非线性仿真模分析引入钢吊 箱的设计过程中，以在安全性和经济性之间寻找合适的平衡点为目标的设计新思路。 2）在双壁钢吊箱围堰施工中，创造了利用钢护筒拼组下沉钢吊箱，同时采用定位 轮导向进行钢吊箱下沉定位的新方法。 第二章第二章 双壁钢吊箱围堰设计双壁钢吊箱围堰设计 2.12.1 基本设计情况基本设计情况 武汉天兴洲公铁两用长江大桥深水高桩承台钢吊箱结构是一个双层板梁组合结构， 由底板、侧板、内支撑系统、吊挂系统（抗拉、浮支柱）系统组成。 主要针对三种工况进行计算： 1） 钢吊箱就位漂浮，浇注 1.2 m 封底混凝土（未固结） ； 2） 封底混凝土固结，舱间注水并抽干钢吊箱内部的水； 3） 承台浇注（固结）完毕，拆除抗浮支柱及内部水平支撑。 2.22.2 设计依据设计依据 1)公路桥涵地基与基础设计规范（jtj 024-85） 2)钢结构设计规范（gb50017-2003） 3)王国正，翟履谦：钢结构原理与设计 ，清华大学出版社，1993 4)魏明钟：钢结构 。武汉理工大学出版社，2002 5)武汉天兴洲公铁两用长江大桥相关结构物图纸 2.32.3 设计参数设计参数 1)钢吊箱设计施工水位为+20.252 m（黄海高程） ，吊箱顶面标高+21.000 m，底面 标高+5.000 m； 平面尺寸 26.00 m19.70 m16.00 m（高度）1.40 m（舱厚） ，如图 5.1、5.2。 2)钢吊箱的材料为 a3 钢。 3） 承台顶面标高+11.500 m，底面标高+6.500 m，承台尺寸为 23.10 m（水流方向） 16.80 m（线路方向）5.00 m（高度） 。 4） 钢吊箱封底混凝土标号为 c25，砼的重度取=23 kn/m3。封底厚度 1.5m，先封 c 1.2m，剩余 30cm 做抽完水后找平处理。 5） 水流速度 1.75 m/s，基本风压 0.1 kn/m2， （公路桥涵设计通用规范全国基本 风压分布图） 。 6） 波浪压力按照 1.5 m 波高计算（相当于 6 级风的情况） 。 2.42.4 钢吊箱主要构件简述钢吊箱主要构件简述 箱各种主要构件如下： 内外壳板板厚6mm；隔舱板板厚 10mm；内外壳板处设10430 的加强垫板； 底板板厚 6mm；肋骨 h20300/10558/16300；龙骨为 h（2040016350） /101000/20500。内部水平支撑均采用 240a 拼成的箱形截面，与内壳板连接处设置 10500 的加强垫板。经过分析和比较，确定设置 2 道水平支撑。抗浮支柱（吊挂系 统）也采用 240a 拼成的箱形截面。支在底板纵横龙骨的交叉点处。 图 2.1 钢吊箱平面图 1600 314003120031000 38001200 壳板壳板 隔舱板隔舱板 图 2.2 内、外壳板和隔舱板的水平加劲肋及水平支撑桁架垂向布置 2.52.5 确定计算模型确定计算模型 2.5.12.5.1 坐标系选择坐标系选择 取右手直角坐标系：沿高度方向为 z 轴，向上为正；沿平面长边方向为 x 轴，顺水 流方向为正；沿短边方向为 y 轴，如图 2.3。 2.5.22.5.2 计算工况计算工况 钢吊箱分节、分块焊接拼装，在此过程中，尚未完全就位的钢吊箱处于漂浮状态， 内外水压力相互抵消，所以不会产生较大的应力和变形。 根据分析的结果，本次分析计算了以下 3 种工况： 1)工况一、吊箱到达设计标高漂浮，浇注工况一、吊箱到达设计标高漂浮，浇注 1.2 m 厚的封底混凝土（未固结）的情厚的封底混凝土（未固结）的情 况；况； 此时由于封底混凝土未固结，没有刚度，但其重量要作用在钢吊箱的底板上， 使吊箱结构产生变形。计算中取吊箱内部（内壳板以内）和外部（外壳板以外）的 水位均为设计水位。为了保证浇注封底混凝土之前钢吊箱漂浮在水上，在 1.4 m 舱 内中的水位计算如下： 钢吊箱结构重量（包括内支撑和抗浮支柱）约 591 t， 舱内的水位距江水水面的高度为 591.026.019.7（26.02.8）（19.72.8） 591（512.2392.08）4.92 m 舱内水位到箱底的高度为 15.2524.92010.332 m。 1.2 m 混凝土（重度 23 kn/m3）换算成面压力为 27.6 kn/m2 0.0276 n/mm2。 2)工况二、封底混凝土固结完毕，抽干吊箱内部的水的情况；工况二、封底混凝土固结完毕，抽干吊箱内部的水的情况； 为了使得上浮力较小，在吊箱 1.4 m 舱内的水位注到与江水平齐。此时钢护筒 与封底混凝土之间的粘结力可以抵抗一部分上浮力。为了偏于安全地设计抗浮支柱， 假设上浮力完全由抗浮支柱承受。 3)工况三、承台混凝土施工（固结）完毕，拆除抗浮支柱及内支撑的情况；工况三、承台混凝土施工（固结）完毕，拆除抗浮支柱及内支撑的情况； 此时认为混凝土(封底及承台)与钢护筒之间牢固连接。 2.5.32.5.3 有限元模型有限元模型 钢吊箱结构具有对称性。 所受的载荷中，水压力（静水压力和波浪压力）以及重力都具有两个方向的对称性。 水流压力与桥轴线垂直，作用在吊箱上游短边上，关于 xz 平面对称；风载荷比水流压 力小一个量级，所以只考虑与水流压力作用方向相同的风载荷。因此，所有载荷均关于 xz 平面对称。所以沿宽度方向可以只取一半的钢吊箱建立有限元计算模型。对应于上述 3 种计算工况，计算模型如图 2.3、2.4、2.5。 在有限元计算模型中，所采用的单元包括： 板壳单元板壳单元离散和模拟内、外壳板、隔舱板、底板等板壳结构。单元大小以壳板垂 向加劲肋间距为依据，形状尽量接近正方形。 梁单元梁单元离散和模拟上述板壳结构上的各种加筋或扶强材、内外壳板间的水平支 撑桁架、内支撑、抗浮支柱等。按照实际情况考虑梁的偏心。 块单元块单元离散和模拟钢吊箱中的封底砼和承台砼。 有限元模型中考虑的主要构件参见图 2.6、2.7、2.8、2.9、2.10、2.11。包括： 外壳板（如图 2.6） ；内壳板、隔舱板和内支撑（如图 2.7） ；底板、抗浮支柱和内部水平 支撑（如图 2.8） ；水平支撑桁架（如图 2.9） ；封底混凝土（如图 2.10） ；封底和承台混 凝土（如图 2.11） ； 计算模型的规模： 工况一的模型，共有 16129 个节点，43336 个单元，95739 个自由度。工况二的模 型共有 21202 个节点，48250 个单元，109545 个自由度。工况三的模型共有 41120 个节 点，67866 个单元，162060 个自由度。 图 2.3 工况一的计算模型 图 2.4 工况二的计算模型 图 2.5 工况三的计算模型 图 2.6 外壳板 图 2.7 内壳板、隔舱板及内部水平支撑 图 2.8 底板、抗浮支柱和内部水平支撑 图 2.9 水平支撑桁架 图 2.10 封底混凝土 图 2.11 内壳板及封底和承台混凝土 2.5.42.5.4 边界条件边界条件 1)工况一工况一 此时钢吊箱漂浮在水上，由“扁担梁”及支柱定位，同时钢护筒限制吊箱水平面内的 位移。计算采用的边界条件如图 2.12： （1）在对称面上，施加对称边界条件，即 tyrxrz0； （2）抗浮支柱顶端（“扁担梁”处）刚性固定； （3）底板开孔边缘（钢护筒）约束水平面内的线位移，即 txty0。 2)工况二工况二 不考虑封底混凝土与钢护筒之间的粘结力，假设钢吊箱仍漂浮在水上，净浮力完全由 “扁担梁”及支柱承受，钢护筒限制吊箱水平面内的位移。计算采用的边界条件如图 2.13： （1）在对称面上，施加对称边界条件； （2）抗浮支柱顶端（“扁担梁”处）刚性固定； （3）底板及封底混凝土与钢护筒接触的节点约束水平面内的线位移。 3)工况三工况三 此时承台已施工完毕，混凝土使得钢吊箱与钢护筒牢固连接，拆除抗浮支柱以及内部 水平支撑。计算采用的边界条件如图 2.14： （1）在对称面上，施加对称边界条件，即 tyrxrz0； （2）底板及封底混凝土与钢护筒接触的节点刚性固定。 图 2.12 工况一的边界条件 图 2.13 工况二的边界条件 图 2.14 工况三的边界条件 2.62.6 材料材料 1)钢吊箱材料 a3： 杨氏模量 =2.1105 n/mm2；泊松比 =0.3； 质量密度=7.85 10-6kg/mm3e 2)封底及承台砼 c25： 杨氏模量 =3.0104 n/mm2；泊松比 =0.15； 质量密度=2.30 10-6kg/mm3e 2.72.7 载荷载荷 2.7.12.7.1 外部水压力外部水压力 1)1) 静水压力静水压力 = 1.010=10 kn/m2；p w gzzz 式中：为从水面向下的距离，m。z 2)2) 波浪压力波浪压力 按 1.5 m 的波高（近似相当于 6 级风的情况）计算。 在水面处，近似附加 1.5m 的水头；在箱底处，认为波浪压力等于 0；其间按照线性 分布。 于是总的外部水压力见表 2.1。图 2.15 为外部水压力示意。 表表 2.1 作用在外壁上的外部水压力计算表作用在外壁上的外部水压力计算表 水面距箱底的高度（m）15.252 外部水压力外部水压力kn/m2n/mm2 水面处水压力(标高+20.252 m) 150.015 箱底处水压力(标高+5.00 m)152.520.15252 2.7.22.7.2 内部水压力内部水压力 吊箱内部（内壳板以内）以及 1.4 m 舱间的水压力按静水压力计算。内部水压力计 算见表 2.2。 工况一时舱间的内部水压力如图 2.16，工况一箱内水压力如图 2.17。 表表 2.2 内部水压力计算表内部水压力计算表 工况一、舱间其他 水面距箱底的高度 （m） 10.33215.252 内部水压力内部水压力kn/m2n/mm2kn/m2n/mm2 水面处水压力0.00.00.00.0 箱底处水压力103.320.10332152.520.15252 2.7.32.7.3 水流压力水流压力 = 1 p 2 1 d c w 2 v 式中：为作用在钢吊箱外壁上的水流压力，作用范围从箱底到水面，假设均匀分布 1 p （偏于安全） 。 为曳力系数，取=2.0 （按正方形取值，偏大） 。 d c d c 为水流速度按照设计文件，按 = 1.75 m/s 计算。vv 所以=0.52.01.01.752 = 3.0625 kn/m2 = 0.00306 n/mm2，如图 2.18 示意。 1 p 图 2.15 外部水压力示意图 图 2.16 工况一时舱内水压力示意图 图 2.17 工况一时箱内水压力示意图 图 2.18 水流压力示意图 2.7.42.7.4 风载荷风载荷 = 4 p h c s c 0 p 式中：为作用在钢吊箱外壁顶部水面以上部分的风压力，均匀分布，考虑危险的情况， 4 p 计算中取风力与水流方向一致。 为高度系数，取=1.0 （高度在水平面 15.3 m 以内） ； h c h c 为形状系数，取=1.0 （平滑表面） ； s c s c 为基本风压，按=0.1 kn/m2计算（根据公路桥涵设计通用规范全国基本 0 p 0 p 风压分布图） 所以：= 1.01.00.1 = 0.1 kn/m2 = 0.0001 n/mm2，如图 2.19 示意。 4 p 图 2.19 风载荷示意图 2.7.52.7.5 重力重力 用惯性载荷考虑结构本身的自重以及混凝土的重力，取=9.81 m/s2。g 但工况一（1.2 m 封底混凝土未固结之前）混凝土的重量换算成如下的面压力施加到 钢吊箱的底板上。 231.2 27.6 kn/m2 0.0276 n/mm2。qh a ah c c 2.7.62.7.6 各工况的载荷组合各工况的载荷组合 3 种工况下所受到的载荷见图 2.20、2.21、2.22。 为了分析钢吊箱抗浮支柱和内部支撑的拆除条件，对工况三，计算了江水水位标高 分别为+20.252 m、+20.000 m、+19.500 m 和+19.000 m 四种状态（舱内水位假设与江水 持平） 。 图 2.20 工况一的载荷 图 2.21 工况二的载荷 图 2.22 工况三的载荷 2.82.8 计算结果与分析计算结果与分析 2.8.12.8.1 计算结果汇总计算结果汇总 表 2.3 列出了工况一、工况二以及工况三对应于+20.252 m、+20.000 m、+19.500 m 和+19.000 m 水位的四种状态下钢吊箱各主要构件以及混凝土的位移和应力计算结果。 2.8.22.8.2 强度强度 按照 a3 钢设计强度215mpa（ 16，第一组）进行校核：ft 1） 工况一工况一 内外都有水，应力结果都比较小。由于钢吊箱的底板结构有很强的扶强材，所以 1.2 m 厚封底混凝土的重量作用所产生的应力很小；相对而言，倒是因为舱间水位低于 江水引起的应力大一些，因此在舱间水位以上的水平支撑桁架中产生了较大应力，结果 表明强度是足够的。 2） 工况二工况二 即钢吊箱内部抽干水之后，按设计施工水位（+20.252 m）计算，应力较大，属于 比较危险的情况。这种情况下，板单元的应力在隔舱板与内部水平支撑连接处附近以及 封底混凝土顶面处附近较大，其中以 7.8 m 水平支撑处最大（191 mpa） ；梁单元的最大 应力发生在上述位置的隔舱板加强角钢上（组合应力-206 mpa） ，但没有超过 a3 钢材强 度的设计值（215 mpa） ，满足强度要求。 3） 工况三工况三 即承台施工完毕后完全拆除抗浮支柱以及吊箱内部的支撑，以方便墩身施工的正常 进行。此时，抗浮支柱和 7.8 m 处的内支撑肯定是可以拆除的。若箱顶的内支撑也拆掉， 则钢吊箱结构可能会产生较大的变形和应力。为了分析和确定全部拆除内支撑的条件， 选取了 4 种江水水位对没有内支撑的钢吊箱进行了计算。结果表明：按设计施工水位 （+20.252 m）计算，钢吊箱结构中的最大应力几乎达到了 a3 钢材强度的设计值（板单 元 214 mpa、梁单元组合应力-209 mpa） ，保险系数不大。随着江水水位的下降，应力 水平下降速度较快。当水位为+19.500 m 时，应力水平与工况一相当，这可以作为完全 拆除内支撑的条件。 表表 2.3 各种工况下位移、应力计算结果汇总（位移单位各种工况下位移、应力计算结果汇总（位移单位 mm，应力单位，应力单位 mpa） 工况三 项目构 件工况一 工况二 +20.252 m +20.000 m +19.500 m+19.000 m 板壳结构3.52 9.05 20.50 19.30 17.20 15.30 内支撑及支 柱 1.59 5.65 最大位 移 混凝土1.72 0.28 0.27 0.25 0.22 外壳板29.80 88.60 105.00 99.50 89.80 81.00 内壳板26.30 159.00 138.00 131.00 119.00 107.00 底板15.00 54.00 26.00 24.50 21.90 19.50 板单元 最大 相当应 力隔舱板38.00 191.00 214.00 204.00 186.00 168.00 梁单元 轴心应 内外壳 板 最 大 24.40 33.70 79.80 75.40 67.50 60.40 加劲肋 最 小 -38.10 - 104.00 -103.00 -98.30 -89.00 -80.50 最 大 7.30 13.20 3.78 3.54 3.12 2.74 底板 扶强材 最 小 -38.10 -8.29 -9.41 -8.97 -8.15 -7.42 最 大 12.10 41.00 14.30 13.90 13.00 12.00 隔舱板 加劲肋 最 小 -30.40 - 146.00 -103.00 -98.30 -89.00 -80.50 最 大 7.21 33.70 79.80 75.40 67.50 60.40 舱间 水平支 撑 最 小 -15.00 -92.10 -154.00 -146.00 -133.00 -120.00 最 大 3.80 0.00 内支撑 最 小 -24.40 - 165.00 最 大 18.60 -2.61 力 抗浮支 柱最 小 -5.33 -66.80 最 大 89.10 140.00 125.00 118.00 105.00 94.90 内外壳 板 加劲肋 最 小 - 119.00 - 144.00 -136.00 -128.00 -114.00 -103.00 最 大 89.10 43.90 15.50 14.70 13.20 11.90 梁单元 组合应 力 底板 扶强材 最-73.80 -38.20 -20.20 -19.30 -17.60 -16.00 小 最 大 59.60 126.00 125.00 118.00 105.00 94.90 隔舱板 加劲肋 最 小 -91.50 - 206.00 -136.00 -128.00 -114.00 -102.00 最 大 64.40 116.00 95.00 91.80 85.40 78.90 舱间 水平支 撑 最 小 -78.40 - 139.00 -209.00 -198.00 -187.00 -173.00 最 大 14.60 170.00 内支撑 最 小 -30.30 - 172.00 最 大 19.00 2.95 抗浮支 柱最 小 -8.87 -83.30 砼单元最大相当应力21.40 17.40 16.50 15.00 13.60 图 2.23图 2.28 分别给出了工况一的位移、主要应力计算结果的图形显示。 图 2.29图 2.35 分别给出了工况二的位移、主要应力计算结果的图形显示。 图 2.36图 2.40 分别给出了工况三对应+20.252 m 水位的位移、主要应力计算结果 的图形显示。 2.8.32.8.3 刚度刚度 各种工况中，工况三对应+20.252 m 水位的变形最大。数值为 20.5 mm，位置在钢吊 箱顶端长直边中点。按悬伸高度（16.06.5）9.5 m 计算， 9500 5 . 20 460 1 400 1 所以刚度满足要求。 2.8.42.8.4 稳定性稳定性 钢吊箱的杆件构件中，各种板壳结构的加劲肋、加劲角钢、加强材等都是紧密连接 （焊接）在相应的板上的，稳定性问题不大。只有舱内水平支撑桁架的腹杆和斜杆、内 水平支撑以及抗浮支柱需要校核稳定性。 按轴心受力构件校核这些构件的稳定性。 1 1） 舱内水平支撑桁架的稳定性舱内水平支撑桁架的稳定性 各种工况中，工况三对应+20.252 m 水位的情况下，舱内水平支撑杆件的轴心压应 力最大（-154 mpa） 。 腹杆 l758： =22.8 mm；计算长度取舱厚 =1400 mm； x i x l 长细比 = 1400/22.8 = 59.11， 按 b 类截面查表知：稳定性系数=0.800。 x x 于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.800215 mpa = 172.00 mpa154 mpa。 x f 斜杆 l12510： =38.5 mm；计算长度取 =2000 mm； x i x l 长细比 = 2000/38.5 = 51.94， 按 b 类截面查表知：稳定性系数=0.847。 x x 于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.847215 mpa = 182.11 mpa154 mpa。 x f 所以满足稳定要求。 2 2） 内水平支撑杆件的稳定性内水平支撑杆件的稳定性 工况二时，内支撑杆件的压应力最大（-165.0 mpa） 。 杆件为 240a 组成的箱形截面： =3.604108 mm4 ；=1.039108 mm4 ；=15204 mm2 ， x i y ia = 153.96 mm；= 82.67 mm， x i a ix 15204 10604 . 3 8 y i a iy 15204 10039 . 1 8 计算长度取=3780 mm，则长细比 = 3780/153.96 = 24.55；= 3780/82.97 = l x y 45.55； 由按 b 类截面查表知：稳定性系数=0.876。 y 于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.876215 mpa = 188.34 mpa -165.0 mpa。f 所以其稳定性满足要求。 3 3） 抗浮支柱的稳定性抗浮支柱的稳定性 工况二时，抗浮支柱的压应力最大（-66.80 mpa） 。 杆件截面与内支撑一样： min(,) = 82.67 mm，i x i y i 最大轴应力的杆件计算长度为=（16.07.8）8.2 m8200 mm，l 长细比 = 8200/82.97 = 98.83； 按 b 类截面查表知：稳定性系数=0.565。 于是该截面构件可以承受的压应力为： =0.565215 mpa = 121.48 mpa 66.80 mpa。f 所以其稳定性满足要求。 2.8.52.8.5 混凝土的强度混凝土的强度 工况二中封底混凝土与隔舱板接触的局部压应力较大（21.4 mpa） ，不超过 c25 混 凝土抗压强度的设计值。 图 2.23 工况一、位移结果（mm） 图 2.24 工况一、内壳板、底板板单元 von mises 应力结果（mpa） 图 2.25 工况一、内外壳板和底板加劲肋梁单元轴心应力结果（mpa） 图 2.26 工况一、内支撑、抗浮支柱梁单元轴心应力结果（mpa） 图 2.27 工况一、内外壳板和底板加劲肋梁单元弯曲应力结果（mpa） 图 2.28 工况一、内支撑、抗浮支柱梁单元弯曲应力结果（mpa） 图 2.29 工况二、位移结果（m