杆端轴力:N=-1765.72kN (2)截面参数计算:
面积:A=3.14*(1022-1002)/4=317.3 cm2 惯性矩:I=3.14*(1024-1004)/64=404638 cm4 惯性半径:i=√(I/A)= √(404638/317.3)=35.7cm 抗弯截面模量:W=I/(D/2)=7934 cm3 (3)强度验算
?=N/A+M/γxW=116.23 MPa<145Mpa 故安全。 γx—截面塑性发展系数,查表γx=1.15 (4)整体稳定验算
?=N/φxA+βmxM/γxW(1-0.8N/NEx)=133.29 MPa<145Mpa 安全。 φx—压杆稳定系数。λx=l/i=57.7,属b类,查表得φx=0.819 βmx—等效弯矩系数,杆件受匀布荷载,取βmx=1 NEx—欧拉临界力。NEx=π2EA/λx2=19377kN 4.1.3钢围堰制造
为保证质量及加快施工进度,双壁钢围堰在工厂分块加工制做。结合吊装设备能力及船运要求确定板件尺寸大小,不宜过大过重(15~20t),太小则影响吊装进度。具体分块尺寸为:壁板高度方向分为四节,节高分别为5.5m、4.5m、5.0m、2.5m。每层分为18块,其中圆端形方向分3块,直线段方向分6块,共计72块。为保证现场拼装吻合,每节直线段及圆弧段分别整体制做,质量检测合格后,再分割成块,按每层一批运至现场进行拼装。 4.2钢浮筒平台设计 4.2.1钢浮筒平台结构
钢浮筒平台主要由钢浮筒、贝雷梁拼装而成。钢浮筒采用直径2.8m的钻孔桩钢护筒两端封堵后制成,长度分为9m、13m两种规格。在钢围
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堰两侧直线壁板下分别垂直布设5根9m长浮筒,浮筒位于围堰竖向箱柱下(块件拼缝处),间距6.75m。在钢围堰两圆弧端下顺桥向各设2根31m长浮筒,间距6m,每根由3节浮筒按照9+13+9m形式拼接而成。在钢围堰直线壁板两侧各设一组贝雷梁(每组2片),将所有浮筒联结成整体,形成钢围堰拼装浮动平台。
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5.2.2钢浮筒平台结构验算 4.2.2.1浮力验算
钢护筒φ2800×16mm: (9×18+13×4)×1.104=236.26 t 封端钢板: 22×2×6.158×0.01×7.85=21.27 t 贝雷梁: (54×4+42×4)×0.1=38.4 t 拼装垫梁I32b: (54×8+9×18)×0.05774=32.3 t 底节围堰: 320 t 其它: 30 t 合计: G=678 t 总浮力: Fmax=(9×18+13×4)×6.158=1318 t Fmax/G=1318/678=1.94>K=1.5,故满足要求。
拼装前每米浮筒排水量:V0=358/(9×18+13×4)= 1.673 m3 拼装后每米浮筒排水量:Vmax=678/(9×18+13×4)=3.168 m3 根据弓形面积与弓高关系式计算钢浮筒平台吃水深度:
S=(πR2/180)arcCOS(R-h)/R-(R-h)√2Rh-h2 拼装前吃水深度:h0=0.89 m,
拼装后吃水深度:hmax=1.43 m,干弦高度为H=1.37m,满足要求。 4.2.2.2贝雷梁验算
A.拼装两块壁板时检算
围堰壁板按照先直线段后圆弧段及直线段按照由中间向两端对称的顺序进行分块拼装。在拼装中部两块壁板时,5号浮筒承受重力W,4号浮筒承受重力W/2,为保持平衡分别向4号筒内注W/2水量。由于贝雷梁的分配作用,壁板重量由9个浮筒分担。两块壁板焊连前,5号筒吃水深度略大,将两块壁板垫平焊连后,将5号筒上垫板抽出,在浮力作用下,5#筒相应上浮, 4、5号浮筒吃水深度接近。
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在荷载和浮力的共同作用下,贝雷梁中部向下弯曲,1号筒与4号筒间产生吃水深度差为f,为保证安全必须满足fmax≤[f],因本结构为临时结构,贝雷梁允许挠度[f]=L/250计。
(1)贝雷梁挠度验算
假定两块壁板下的4、5号3个浮筒加载后下沉量相同,1~4号浮筒间贝雷梁按悬臂梁考虑,且在浮力作用下产生向上弯曲,因此各浮筒所产生浮力由4号筒支点开始向两端递减,即分配的荷载递减。在计算挠度时按平均分配荷载验算挠度相对安全。具体计算如下:
壁板每米重:320/130=2.46 t/m=24.6kN/m
壁板及平衡水重:G1=2W+W=6.75*24.6*3=498.15 kN 平均每个浮筒增加浮力:F=498.15/9=55.35 kN
在各浮筒浮力作用下贝雷梁各点产生的挠度按公式f=P*x∧
2*(3a-x)/3EI或f=P*a∧2*(3x-a)/3E计算, 贝雷梁参数:I=250497cm 4,I=2×105MPa,计算结果见下表。
拼装两块壁板1~3号浮筒处挠度
各浮筒浮力 F1 F2 F3 55.35kN 55.35kN 55.35kN (f)合计: 各浮筒距4号浮筒位臵及挠度(mm) ①19.5m 68.27 37.75 10.85 117 ②13.5m 37.75 22.65 7.08 67 ③6.75m 10.85 7.08 2.83 21 底节围堰直线段拼装示意图(一) 贝雷梁端部最大挠度: fmax=117mm≤[f]=2L/250=156mm,满足要求。
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(2)贝雷梁强度验算
根据按各浮筒平均分配浮力计算贝雷梁的挠度可知,各点的挠度不同,即各浮筒的浮力或分担的荷载不同,因此需重新进行分配。
平均每米浮筒排水量:V1=V0+△V= 1.673+49.815/(9×9)=2.288 m3 根据弓形面积与弓高关系式计算平均吃水深度:h1=1.12m 浮筒的水线宽度:B0=2*√2Rh-h2 =2.74 m
由计算可得平均分配浮力时,水线的宽度基本接近浮筒直径。为简化计算,在分配浮力时采用平均水线宽度,对浮力分配影响不大。
设1号浮筒加载后的下沉量为△h,则: F1=B0L△hγ=2.74*9.0*△hγ=24.66△hγ
F2=F1+B0L(f1-f2)γ=F1+2.74*9.0*(0.117-0.067)γ=F1+1.23γ F3= F1+ B0L(f1-f3)γ=F1+2.74*9.0*(0.117-0.021)γ=F1+2.37γ F4= F1+B0Lf1γ=F1+2.74*9.0*0.117γ=F1+2.89γ 根据计算假定4、5号3个浮筒浮力相等,因此可得: F=2F1+2F2+2F3+3F4=9F1+15.87γ=9*24.66△hγ+15.87γ △h =(498.15-158.7)/9*246.6=0.153 m
则可得:F1=37.73 kN,F2=50.03 kN,F3=61.43 kN,F4=66.63 kN,力计算简图如下:
贝雷梁参数:I=250497cm4,W=3579cm3,[M]=788.2kn-m,[Q]=245.2kn,采用4片贝雷梁,拼装两块壁板时内力结果计算如下:
Mmax=1825.8kn-m<4[M]=4*788.2=3152.8kn-m
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