[發明專利]圓形雙壁鋼圍堰的參數化設計方法

有效

• 申請號: 201710048318.0
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106884434B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 曠新輝;李志剛;左生榮;謝東升;黃齊龍;尚宏艷;高龍;嚴厚濤;夏威
• 申請（專利權）人: 湖北省路橋集團有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;E02D19/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 鄧佳

本發明涉及一種圓形雙壁鋼圍堰的參數化設計方法，目前設計方法為經驗法，相關構造尺寸擬定過程中參考其他項目類似方案，采用有限元試算然后再修改相關尺寸，不能從整體把握雙壁鋼圍堰設計的要點，導致計算過程復雜，材料浪費大，部分圍堰結構應力偏大，結構安全性低。有必要在考慮整體的情況下，對雙壁鋼圍堰的設計計算過程進行梳理，通過參數化計算方式，統一考慮圍堰的合理結構，給出圓形雙壁鋼圍堰設計的合理構造和相關計算公式，方便圍堰設計人員初步擬定圍堰結構尺寸；利用參數化設計的圓形雙壁鋼圍堰對比其他項目經驗法設計的雙壁鋼圍堰，節約材料用量20％～35％，具有重大推廣意義。

技術領域

本發明涉及雙壁鋼圍堰的結構設計。

背景技術

雙壁鋼圍堰是深水基礎施工常用結構，一般來說雙壁鋼圍堰體量大，安全風險高，確保雙壁鋼圍堰結構安全的同時進行結構優化設計是圍堰設計人員必須要考慮的問題。雙壁鋼圍堰的基本受力狀況以抵抗靜水壓力為主，動水壓力和波浪力對圍堰整體結構的影響相對較小，各類圍堰結構荷載簡單明確，具有統一性。本申請在總結以往其他項目的基礎上，提出了參數化設計的思路，并構造了評價函數進行圍堰構造優化。

發明內容

本發明參數化設計的思路：針對具體結構中的同類問題，當結構荷載形式固定，結構尺寸大小變化，可以進行分離變量法的類分析，將帶量綱的參數分離出來，結構優化只考慮構型和比例關系(無量綱常數)，通過構造評價函數來確定結構的最優化設計目標，從而得出某類結構的最優設計。

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：

圓形雙壁鋼圍堰整體結構如圖1和2所示。圓形雙壁鋼圍堰的整體受力特點：圍堰內外壁板、斜撐均受壓；水平范圍內，圍堰的水壓力自平衡；圍堰內外壁板的厚度與水深成正比，與圍堰直徑成正比；圍堰整體穩定性與圍堰厚度相關，圍堰壁板和環撐的局部穩定性和豎向隔艙板間距相關。

一種圓形雙壁鋼圍堰的參數化設計方法，包括

(1)圍堰內外壁板加勁肋

圍堰內外壁板豎向加勁肋一般采用的三種材料：角鐵、鋼帶、球扁鋼；從同等重量材料加勁效果來看，截面慣性矩更大的球扁鋼加勁效果最好。

彎壓構件翼緣板有效寬度和跨度之比為b＝18％*l(鐵摩辛柯《彈性理論》第三版，P244)；

加勁肋高寬比的比例極限為h/t’≤21(鐵摩辛柯《彈性穩定理論》第二版，P458)；所有的軋制角鐵和球扁鋼都符合比例極限。

彎壓構件翼緣板有效寬度b與翼緣板厚度t之間滿足：(GB50017-2003《鋼結構設計規范》，P57)；

加勁肋的間距一般按照(參考《鋼制海船入級規范第2篇船體2014》P2-254)；

環板和加勁肋高度的比值不小于2.5倍(參考《鋼制海船入級規范第2篇船體2014》P2-112)；

根據《熱軋球扁鋼》(GB/T 9945-2012)規范，球扁鋼有普通碳素結構鋼和高強鋼，設計時可以根據應力情況來選用不同等級的鋼材，一般來說，加勁肋的應力較大，面板的應力相對較小，加勁肋材料強度等級選取時可比面板高一個規格。

表1、圍堰內外壁加勁結構優化尺寸表