水下承台套箱结构设计及验算(3)

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　P=800+260+4991=6051KN

　　工况三：封底混凝土浇筑完成后，抽水施工承台钢筋阶段。此阶段验算抗浮的最不利水位为+99.5m，整个钢套箱的浮力为8×138.64=1109.12T

　　浮力-侧模自重-底板自重-封底砼自重(施工荷载较小可忽略不计)<封底砼对护筒黏结力(方向向下)

　　P=11091.2-800-260-4991=5040.2KN<10857.6KN

　　即：套箱底板不承受压力，抗浮满足要求，底板验算时不考虑该工况;

　　工况四：浇筑承台混凝土阶段。

　　承台浇筑工况分一次性浇筑和分层浇筑两种情况分别计算，此时验算中浮力考虑施工期的最不利(最低)水位+97m，钢套箱的浮力为5.5×138.64=762.52T

　　侧模自重+底板自重+封底砼自重+承台砼自重(桩头砼除外)-浮力(施工荷载较小可忽略不计)<封底砼对护筒黏结力(方向向上)

　　P1=800+260+4991+(21350-4021.2)-7625.2=15754.6KN>10857.6KN

　　P2=800+260+4991+(21350/2-4021.2/2)-7625.2=7090.2KN<10857.6KN

　　即：一次性浇筑承台砼不可行，采用分层浇筑承台砼的施工方案。分层浇筑承台砼时，套箱底板不承受压力，抗浮满足要求，底板验算时不考虑该工况;

　　因此：按最不利荷载工况二对底板进行计算：其中内侧双拼H50钢梁最不利，按左图阴影部分计算其分布荷载

　　荷载计算：

　　单边侧模自重：p=*3.5=56.71KN

　　底板自重：p=*(3.5*13.2-3.14*1.62)=71.57KN

　　封底砼自重：p=38.16*1.5*24=1373.76KN

　　除侧模荷载按集中荷载计外，余按均布荷载计算：

　　q==109.49KN/m

　　计算简图：

　　查型钢特性表:2H50截面系数

　　A=228.4cm2,I=95600cm4,W=3824cm3。

　　计算结构如下：

　　支点反力：R1=R2==779.34KN

　　支点弯矩：M=56.71*3.1+=701.9KN.m

　　跨中弯矩：M=-56.71*6.6-+779.34*3.5=-31.29KN.m

　　支点处有最大应力：σ==183.55MPa<215MPa

　　跨中扰度计算：

　　fmax=*(5-)-=1-5.36=-4.4mm<=5.3mm

　　悬壁端扰度：

　　f=*(6*()2+3*()3-1)+*(3100+)=10.5+12.3=22.8mm

　　由以上结果可知，支点处应力及悬臂端挠度稍大，在2H50型钢支点处侧面加焊钢板，截面系数增大为A′=228.4cm2,I′=245828cm4,W′=9833cm3。

　　支点处应力σ=71.3MPa<215MPa悬壁端扰度f=4.1+4.8=8.8mm

　　所以：局部加强后的底梁强度及刚度均满足钢结构设计规范要求。

　　a、18#工字钢二次分布梁验算

　　由上封底砼计算得知，18#工字钢按承受封底砼自重和侧模自重计算

　　计算简图如下：

　　I18截面特性：A=30.6cm2,I=1660cm4,W=184.4cm3

　　分配梁按最大1.5m悬臂梁计算为最不利：

　　分布荷载q=1.5*0.5*1.5*24/1.5=18N/mm

　　集中荷载P=*0.5=8.1KN

　　Mmax=0.5ql2+Pl=0.5*18*15002+8100*1500=32.4*106N•mm

　　σ===175.7Mpa<215Mpa

　　f=+=+=5.9mm

　　强度及刚度均满足要求。

　　b、底模钢模板计算

　　根据底模分配梁及底模面板布置，底板最不利荷载分布为三等跨(50cm)连续梁，取1mm条进行近似计算(路桥施工计算手册P763)。

　　查表：Ix=18mm4，Wx=6mm3

　　q=0.001*0.5*1.5*24/0.5=0.036KN.m

　　Mmax=0.1*ql2=0.1*0.036*0.52=0.0009KN.m

　　σ==150Mpa<215Mpa

　　f=0.677×=0.677×=4mm

　　由于计算未考虑工字钢翼缘的宽度，计算结果安全系数偏大，因此，钢板强度及抗弯均满足模板设计规范要求。

　　(2)、封底砼厚度验算

　　封底砼的作用主要为：①作平衡重主体;②防水渗漏;③抵抗水浮力。根据以上工况分析，抗浮验算时水位按+99.5m计算，整个钢套箱的浮力为8×138.64=1109.12T，封底混凝土自重+钢套箱自重+封底对护筒黏结力=499.1+106+1085.76=1690.86T=1.52×1109.12T，安全系数k=1.52。因此

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