桥梁基础钢围堰施工阶段验算

陈建枫

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川 成都 610041）

1 钢围堰简介

某大桥主墩基础钢围堰采用正方形双壁壳体结构，钢围堰外边长18m，内边长16m，围堰双壁厚1.0m；钢围堰总高13m。

正方形围堰设计高度为H=13.0m，沿高度方向分成了2 个节段，即：6.0m（刃脚段）+7.0m（标准段）；每一边分为两个隔仓。围堰制作材料均采用Q235B 钢材，外壁板6.0m（刃脚段）采用16mm 厚钢板，7.0m（标准段）采用12mm 厚钢板，内壁板采用6mm 钢板，壁板竖肋为L75×6 角钢，内外壁板上的间距为36cm，钢箱处竖向间距为50cm，横向为40cm；钢围堰底部9m 范围水平托架竖向间距值为1.0m，顶部间距采用2×1.25m 和1.5m，其水平斜撑杆采用L80×6 角钢。

2 钢围堰有限元模型

2.1 钢围堰主要计算荷载

（1）钢围堰自重

钢材容重按78.5kN/m3计算，C25 砼容重按24 kN/m3计算。

（2）静水压力荷载

在CS1 阶段静水压力荷载分别作用于外壁板的内外侧、内壁板的内外侧。静水压力根据P=ρgh 计算，水容重按10 kN/m3计算。

（3）钢围堰计算工况

围堰自重根据钢材密度由程序自动计算；静水压力根据P=ρgh 计算。

荷载组合：1.0×自重荷载+1.0×静水压力。

2.2 钢围堰模型

施工阶段的第一阶段，在钢围堰的内外壁之间灌注9m 深的水，以平衡内外的静水压力。钢围堰模型如图1所示。

图1 钢围堰模型三维图

建模高度13m，底部边界条件考虑固结，钢围堰壁板及隔仓板采用板单元建模，根据竖肋和环板划分单元；钢围堰竖肋采用梁单元建模，与壁板单元共用节点，面板竖向加劲肋在高度方向通长布置；钢围堰环板及加劲板采用梁单元建模，与壁板单元共用节点。水平环板宽20cm，均为16mm 钢板；加劲板为12mm 厚的钢板，宽分别为160mm 和180mm；钢围堰水平斜撑采用梁单元建模，与环板连接并分割环板单元。

2.3 施加荷载

在围堰的内壁、外壁的内外侧都施加静水荷载，如图3、图4所示。

图3 外壁静水压力荷载（kN/m3）

图4 内壁静水压力荷载（kN/m3）

3 计算结果

3.1 CS1 阶段

（1）应力计算结果

据规范规定，临时结构容许应力可提高1.3 倍，即[σ]=140×1.3=182MPa，上述计算结果均满足该规范求，CS1 阶段应力均小于容许应力。

（2）变形计算结果

经计算，CS1 阶段最大位移为3.4mm，出现在钢围堰加劲板的底部偏上的位置。上述变形相对于围堰结构尺寸相差甚远，因此该变形值不会影响围堰结构安全。

（3）稳定性计算结果

竖肋角钢及环板均与壁板单元采用连续焊缝，故不计算其稳定性，只计算水平斜撑及平撑钢管的稳定性。根据工况计算，提取钢围堰最不利的水平斜撑及平撑钢管内力，杆件的轴力较第三阶段的轴力小，CS1 阶段不用进行稳定性验算。

3.2 CS2 阶段

（1）应力计算结果

C25 混凝土的轴心抗压强度fck=16.7MPa，CS2 阶段混凝土没有出现拉应力。在上述结果中，内壁板是不符合要求的，但由于在钢围堰的下部分8m 填满混凝土，所以此时对整体结构没有影响。

（2）变形计算结果

经计算，CS2 阶段最大位移为3.4mm，出现在钢围堰内壁板的底部偏上的位置。该变形值不会影响围堰结构安全。

（3）稳定性计算结果

根据CS2 阶段计算，钢围堰最不利的水平斜撑及平撑钢管内力。水平斜撑和钢管的轴力较第三阶段的水平斜撑和钢管的轴力小，第二阶段可以不用进行稳定性验算。

3.3 CS3 阶段

（1）应力计算结果

C25 混凝土的轴心抗压强度fck=16.7MPa，轴心抗拉强度ftk=1.78MPa，CS3 阶段混凝土出现拉应力1.35MPa，满足轴心抗拉强度。

（2）变形计算结果

经计算，CS3 阶段最大位移为5.2mm，出现在钢围堰水平环板加劲板的局部节点上，整体变形较小，表明钢围堰刚度极大。

（3）稳定性计算结果

根据CS3 阶段计算，提取钢围堰最不利的水平斜撑及平撑钢管内力，计算得到杆件稳定性满足规范要求。

4 结论

经过验算，CS1、CS2、CS3 阶段下的整体强度、刚度均在规范允许范围内，满足施工要求。