双壁钢围堰桁架支撑模型试验与适用计算方法研究

摘要

随着我国经济快速发展，双壁钢围堰由于其诸多优点，在桥梁深水基础施工的应用越来越广泛。然而，常规的设计方法通常是对组成围堰的各构件进行力学分析，根据各构件承载力进行设计，最后将其拼装组成整体围堰结构。但是还不能确定《钢结构设计规范》(GB50017-2003)及《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)中关于压弯构件的强度计算公式和压弯构件在平面外、平面内的稳定性计算公式等三个公式在双壁钢围堰设计时的适用程度。在此背景下，本文将根据设计的双壁钢围堰桁架支撑模型试验，对比分析试验测试数据、有限元模型数据和公式计算值三者之间的关系，希望对双壁钢围堰设计和施工有重要的实用意义和指导价值。本文为重庆市交通委员会“双壁钢围堰设计与施工安全技术指南研究”项目、重庆市地方标准《双壁钢围堰设计与施工安全技术规程》的研究子课题之一。具体研究工作如下:
　　(1)本文首先简要介绍应用于我国双壁钢围堰的结构形式和特点，结合相关资料阐述国内外大跨径桥梁深水基础工程施工中双壁钢围堰发展和应用现状，进而分析了双壁钢围堰设计时采用的水平横撑的强度、稳定性验算方法和相关研究。
　　(2)设计双壁钢围堰桁架支撑模型试验方案。试验装置由试验模型、反力梁、传力杆、荷载输出系统和反力地基梁等部分组成，试验主要测试试件的应变与变形。试验荷载加载至试件发生屈曲。
　　(3)运用有限元分析软件Midas FEA建立双壁钢围堰桁架支撑模型，对其进行详细的受力计算，并提取出水平横撑的fyy（注:fyy为轴心应力）应力值和等效应力值。对比研究桁架支撑模型应力测试值和有限元桁架支撑模型水平横撑fyy应力值，以此可推断有限元桁架支撑模型能否正确模拟试验桁架支撑模型。
　　(4)有限元屈曲分析中，水平横撑在屈曲荷载下，提取出轴心压力N、最大弯矩Mx，得出的平面外稳定性计算值与水平横撑的材料屈服强度对比，表明有限元水平横撑屈曲时，平面外稳定性计算值也导致水平横撑屈服，也表明平面外稳定性计算公式适用于桁架支撑模型的水平横撑。
　　(5)总结出双壁钢围堰水平横撑的简化计算方法，取两个水平横撑组成倒V型结构，该结构承受矩形区域的静水压力。通过直角梯形形心公式计算出偏心，并算出轴心力N、弯矩Mx、弯矩My。通过《公路钢结构桥梁设计规范》的压弯杆件强度公式计算出水平横撑应力值。
　　从上述研究可见，《钢结构设计规范》以及《公路钢结构桥梁设计规范》关于压弯杆件强度计算公式和稳定性计算公式是双壁钢围堰水平横撑适用的计算方法。由于水平横撑按照轴心受压设计，结构偏不安全，需要对双壁钢围堰整体有限元模型进行分析。

目录

第一个书签之前