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原文传递深水桩基础施工平台专用钢浮箱设计理论与方法及其工程应用

论文题名：	深水桩基础施工平台专用钢浮箱设计理论与方法及其工程应用
关键词：	深水桩;专用钢浮箱;桥梁施工;承载能力
摘要：	目前，在桥梁施工过程中不可避免的要涉及水上施工的问题。传统的水上施工，一般采取两种方式：一、固定平台施工，如筑岛、修建围堰或锚固钢管桩等。这种工法适用于离岸较近或较浅的河滩，如果应用于较深的湖泊、河流，则技术要求很难达到且工程成本太高。二、采用船舶浮运施工。这种方式用于桥梁深水桩基础施工的成本也较高，且存在工程定位精度不够，且稳定性较差、受风浪影响较大的问题。为解决这些问题，近年来兴起了用钢浮箱拼组水上施工平台来辅助桥梁施工的方式。但是，目前大部分的水上平台采用的是船舶浮运或传统多功能浮箱，其承载力、稳定性不能满足大荷载的深水桩基平台施工要求。因而，迫切需要一种可以适应大型水上施工的专用钢浮箱。本文针对这一现状，提出了一种适合于大型水上施工平台专用浮箱的设计理论—综合设计法。并将其应用于福建樟湖库区大桥的深水桩基础水上平台专用浮箱设计，有效解决了多功能浮箱无法满足深水桩基施工水上平台要求的难题。用专用浮箱搭建的水上作业平台会全面加快工程的施工进度、提高桥梁施工质量。并且在工程完工后专用浮箱模块可以重复应用于其它工程，提高了工程效益。同时，应用新型的浮箱平台施工使得工程对水体环境影响也会降到最低。　　（1）本文首先分析了传统固定式水上平台不足和浮动式水上平台的优势，选择了采用浮动式平台更适合于深水桩基的施工，但是现行的浮动式水上平台大多采用多功能浮箱拼组完成，无法满足高强度的工程施工的要求。本文从整合设计规范依据、直接计算法优化设计、引入可靠性设计理论的角度出发，提出了适用于大型水上施工的专用工程浮箱的设计理论—综合设计法。　　（2）将综合设计法的整合设计规范部分应用于浮箱的整体设计阶段，有效的结合《钢结构设计规范》、《内河小型船舶建造规范》、《钢结构质量验收规范》的设计内容。依据樟湖库区大桥的施工要求，对单个标准尺寸要求是9m×3m×1.5m的专用浮箱进行设计，并得到了最合理的浮箱主体构件尺寸。　　（3）将综合设计法的直接计算法优化设计应用于验证箱体挠度变形。利用有限元分析软件ANSYS对整体浮箱在水中最危险工况下浮箱的侧板、端板、底板主龙骨节点的轴向挠度变化进行了计算、统计、分析。以保证整体浮箱的最大变形小于规范允许值，使得浮箱刚度达到设计要求。　　（4）将综合设计法的直接计算法部分应用于优化接头设计。浮箱的连接接头设计，上部连接采用单-双耳销连接，下部采用丙丁钩连接。本文利用有限元分析软件ANSYS对设计尺寸的连接接头进行了接触分析。通过线性递增施加在连接接头的外部荷载，确定了在连接件发生屈服前能承受的最大荷载。分析计算结果表明接头能承受的最大荷载远大于浮箱平台的最大施工荷载，接头的强度完全可以满足施工需求。　　（5）应用综合设计法的可靠性理论对浮箱结构进行可靠性计算分析。从结构可靠性的角度，对浮箱的钢管支撑截面、非支撑截面、浮箱上部单双耳销连接和下部丙丁钩的连接板焊缝的可靠性进行了分析。并利用一次二阶矩中心点法的可靠指标计算方法，对构件在设计荷载作用下的可靠指标进行了计算。分析计算结果表明整体的结构可靠指标符合设计要求，整体结构抵抗风险能力强。
作者：	高瑞宏
专业：	结构工程
导师：	陈锐林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湘潭大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文