关于圆形钢板桩围堰的有限元计算方法研究

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1、工程试验与研究广东建材2013年第10期关于圆形钢板桩围堰的有限元计算方法研究黄海云(广州大学土木工程学院)摘要：针对某大跨度桥梁承台施工中采用的圆形钢板桩围堰临时结构，运用简化分析的弹性支点法，考虑圆形钢板桩的环向效应，建立平面杆系有限元结构模型，利用有限元软件进行了模拟施工过程的仿真分析，理论计算结果与实测结果较为相符，说明该方法能够较好地模拟圆形钢板桩围堰结构的受力行为。关键词：钢板桩；围堰；空间弹性支法；有限元法圆形钢板桩围堰因受力均匀、整体性能好的优点，渐渐地应用于大跨度桥梁的承台基础围堰施工中。当围堰开挖深度较大时，通常需要增设钢或混

2、凝土的内撑梁或圈梁来保持结构的稳定性。该类型的支护结构的受力性能比较复杂，主要表现为：如何考虑圆形钢板桩和圈梁的环向效应、支护结构内外的土压力如何模拟、钢板桩在土压力作用下容易产生挠曲变形，如何考虑支护结构与土体的相互作用、填土的开挖、内撑的设置都是逐步进行的，如何考虑施工过程的初始位移及内力效应等等。目前，国内外对板桩支护结构的计算方法已积累了一些研究成果‘M]，然而，对于加内撑的圆形钢板桩围堰的简化计算，国内相关规范中并未有说明。本文以某工程实例为背景，基于杆系有限元法，结合文献‘踟所推荐的弹性支点法，加以考虑圆形板桩的环向效应以及施工过程外

3、荷载的变化影响，对加内撑的圆形钢板桩围堰进行简化分析计算。1工程实例某大桥全长440m，主桥为预应力混凝土斜拉桥，主桥两主塔的主墩位于水中或浅滩上，各主墩共设2个承台，每个承台设置9根桩基，每个承台结构尺寸为2结论(佣于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB／T1596—2005、《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52—2006中的石子和《混凝土J'I'DN剂》GB8076—2008等标准修订时要增加氯离子含量的控制指标。《预拌混凝土》GB14902—2003、《混凝土质量控制标准》GB50164—2011、《混凝土耐久性设计规范》GB5047

4、6—2008、《混凝土结构设计规范》GB50010—2010和《普通混凝土配合比设计规程}JGJ55—2011等修订时标准中的环境作用类别和具体指标值要统一。《预拌混凝土》GB14902—2003、《混凝土质量控制标准》GB50164-201l、《混凝土耐久性设计规范》GB50476-2008、《混凝土结构设计规范》GB50010—2010和《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—201l等标准规范中采用氯离子含量占胶凝材料总量的百分比不合理，应改为“混凝土中的氯离子含量不超过多少千克”，或采——48——用“氯离子含量占混凝土总重量的百分数”，以

5、便和《建筑结构检测技术标准》GB／T50344—2004标准统一。●【参考文献】[1]《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准))JGJ52—2006．[2]《：i每砂混凝土应用技术规范))JGJ206-2010．[3]《混凝土用水标准))JGJ63—2006．[4](佣于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB／T1596—2005．[5]《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉))GB／T18046—2008．[6]《混凝土外加剂》GB8076-2008．[7]《预拌混凝土》GB14902—2003．[8]《混凝土质量控制标准》GB50164-2011．[9]

6、《混凝土结构设计标准》GB50010—2010．[10]《混凝土结构耐久性设计标准》GB50476—2008．[11]《建筑结构检测技术标准》GB／T50344—2004．广东建材2013年第10期工程试验与研究14．2m(长)X15．7m(宽)X5．5m(高)，净距12．8m，如图1。承台均采用圆形钢板桩和混凝土圈梁组合结构进行围堰施工。L——————型L—————J单位：m图1某墩台圆形钢板桩围堰剖面图该围堰结构为半径10．6m的圆形闭合型式，如图2。钢板桩采用日本制IV型拉森钢板桩，单片钢板桩宽O．4m，截面模量为299．4cm3，每沿米截

7、面积为236cmz，钢板桩围堰内按一定间距设置4道C50混凝土浇筑的圆形圈梁，圈梁采用高40cm、长50cm的矩形横截面。!!：!J!!：!I———』生L—l图2钢板桩围堰平面图2计算模型的简化按轴线对称结构取单位宽度(或弧长)的圆形钢板桩围堰组合结构作为关键截段，简化为竖向弹性地基梁，开挖面以上的土体视为主动土压力，围堰结构的支撑与开挖面以下的被动土体视为弹簧，竖向弹性地基梁受力简图如图3，所建立平面杆系有限元模型如图4。钢板桩所承受的外荷载通常包括：静水压力、内外侧土压力、结构自重、流水压力、破浪力等，据实际情况进行荷载效应的组合计算。该模型

8、中，基坑t,l,N水、土压力等水平荷载按文献[s]进行计算，且按文献[81推荐的“矩形分布法”等效布置。钢板桩最底部的约束条件，根据钢板