船台合理建设条件下的工程结构受力分析

船台合理建设条件下的工程结构受力分析

芜湖江东造船厂的船台接受道路不良，包括厚厚的粘土层。土层强度低，变形大。整个屋顶的变形直接影响设计结构的安全，影响工程进度。在本文中，我们根据造船的一般过程，模拟分析了造船区和船舶及相关部件的结构值，并在施工前监测可能损坏点。芜湖江东船厂船台滑道工程具有以下特点:船台滑道地基自地表下面土层是7m左右粘土层,至风化岩层之间有厚度达20m左右的淤泥质亚粘土层,其物理力学指标见表1,地质分层情况见图1;船舶荷载较大且岸坡坡度比在1∶2到1∶3之间,对滑道结构不利.本文将讨论2400吨级、5000吨级及7000吨级3种船型的计算,荷载值见表2.1结构分析和结果表明1.1坡脚前岸坡变形工况计算范围边界以不影响岸坡应力为准.单元剖分长度方向取179m,考虑实际变形情况坡脚前取12m,岸坡62m,船台105m;宽度方向是受力范围的2.5倍,28m;计算深度取到基岩顶面.单元的剖分见图2.1.2分级3种船型的计算结果本工程计算1∶12,1∶16及1∶20三种坡度及2400吨级、5000吨级和7000吨级3种船型,计算时分以下4个工况:工况1船体在造船平台上,荷载均布,此工况反映造船时情况.工况2船体在滑道上,荷载均布,此工况反映船体入水前情况.工况3船体于滑道上始艏压,此工况反映船体刚下水,部分浮起时情况.工况4船体于滑道上末艏压,此工况反映船体即将入水时情况.1.3地基土弹性模量计算采用空间八节点等参单元.因为计算中结构材料为钢筋混凝土,相对于土而言,弹性模量大,用线弹性模型;地基土采用邓肯-张模型;土与结构、不同土层之间采用德塞过渡单元拟合不同材料间过渡情况.1.4裂降面为ba点利用有限元计算结果,接合岸坡稳定分析所得滑裂面,破裂面下部A(A′)点在坡脚前约2m,中部接近岩层,上部在造船平台与滑道之间,图3为破裂面示意图,破裂面上部接近水陆分界处的位移较大,将对此处桩基带来不利影响.2低压测试2.1正截面面积的特性低应变法测试速度快、操作简便,现已成为基桩完整性测试的主要手段.基于一维波动理论,线弹性桩(指长度远大于直径的桩)在锤击作用下,应力波以波速C沿桩身向下传播,C是弹性模量E和质量密度ρ的函数(即:E=ρC2);桩身任一点上的受力F和质点速度V是相关的(F=ZV),对面积为A的截面而言,其比例常数Z=EA/C(称为桩的阻抗).假定沿桩身某点的阻抗从Z1变为Z2,当向下的质点速度波Vi传到该点时,一部分波向上反射(Vu),另一部分向下透射(Vd),两者都满足连续和平衡条件,表达式如下:Vd=Vi[2Z2/(Z1+Z2)]Vu=Vi[(Z1−Z2)/(Z1+Z2)]Vd=Vi[2Ζ2/(Ζ1+Ζ2)]Vu=Vi[(Ζ1-Ζ2)/(Ζ1+Ζ2)]对均匀桩(Z2=Z1),既不会产生上行反射波Vu,也不会产生下行透射波Vd,输入波Vi运行不变.在自由桩尖处Z2=0,下行波全部向上反射,结果Vu呈同向符号.此外面积A或弹模E减小也会产生同向反射(反之则产生异向反射).图4中,当下行压缩波遇到截面缩小(CR)时,桩顶测到同向反射波,时间为2倍的距离(桩顶至截面缩小处)除以波速C;图中还显示出异向反射波也可能是土阻力R所产生的,同截面增加情况类似,R在桩顶处产生异向波形.2.2桩顶断裂方案本工程针对前述有限元计算分析,结合现场变形水陆分界处水平位移较大的实测情况,对该处的基桩进行了低应变完整性测试,此处所有基桩在桩顶下约2m处断裂,与有限元计算分析基本一致.图5是造船平台入水处2根桩的实测曲线波形图及分析意见,1#桩在桩顶下1.8m处破裂,2#桩在桩顶下2.2m处破裂.3基桩完整性分析有限元法进行结构分析时可考虑土体的非线性应力-应变关系,同时能计算出符合实际状态的结构及土体内部应力和变形,并且能考虑加荷各阶段应力、应变的改变,因而能得到详细而准确的结果.低应变法测试快速、操作简便,现已成为施工中基桩完整性测试的主要手段在工程中得到广泛应用,且经受了无数工程考验.本文将2种方法结合起来对芜湖江东船厂船台滑道工程分析,结论如下:1)用有限元法分析了2400吨级、5000吨级和7000吨级船型,当造船平台的坡度为1∶12、1∶16及1∶20时,破裂面上部都较接近于水陆分界处,在实际施工中此处水平变形较大,工程桩大部分可能因抵抗岸坡向下滑而动被剪断.2)低应变完整性测试表明:在水陆分界处工程桩在桩顶