第四章 平台甲板结构及附属设施的设计.ppt

第四章 平台甲板结构及附属设施设计 第四章 平台甲板结构及附属设施设计 第一节 甲板结构的计算模型 甲板结构复杂，为了进行结构内力分析，对实际结构进行简化，用简化的图形代替实际结构进行内力计算，用于内力计算的图形称为计算简图。 计算简图选取的原则： 必须反映实际结构的受力状态 便于计算 一、结点构造、支座及杆件简化 1、结点构造与简化 上部结构的结点主要是指主梁与立柱的连接接头。 刚性连接：简化为刚结点 简支连接：简化为铰结点 2、支座构造与简化 上部结构的支座就是支承结构的桩顶。支座的连接构造主要有插入式连接、螺栓连接、连接板连接。 目前应用广泛的是插入式连接，简化为刚性连接。 3、杆件的简化 计算简图中杆件用其轴线表示，各杆件之间的连接用结点表示，杆长用结点之间轴线的长度表示，荷载作用点也转移到轴线上。 二、荷载简化 甲板结构由板、次梁、主梁组成。 作用在甲板铺板上的荷载传给次梁，再由次梁传给主梁，最后由主梁传给柱或桩顶与基础。 1、作用于梁板结构上的荷载 恒载：不变荷载 活载：可变荷载 作用时间较长的活荷载，按恒载考虑 局部荷载及集中荷载按实际情况考虑 动力荷载按静荷载乘以动力系数计算 设计时采用恒载和有关活载组合成最不利的组合荷载进行计算 2、荷载分配与计算简图 （1）甲板铺板的荷载分配与计算简图 甲板铺板被纵向和横向分布的次梁和主梁分为许多区格，各区格内的板的受力可分为两边支承板和四边支承板 当甲板铺板l2/l12时，假定板两边固定在次梁上，简化为两边支承板，计算简图： 当甲板铺板l2/l12时，简化为四边支承板，必须进行两个方向的内力计算。若在板的两个支承方向取单位宽度板计算，则其中最大弯矩分别为： 当铺板四周与梁格采用连续焊接连接时，四周可视为弹性固定支承，它的弯矩按下式计算： （2）梁上荷载分配与计算简图 次梁 主梁 当主梁为一连续梁，中间直接搁在桩顶上时，按多跨连续梁考虑。（右图） 若主梁在桩顶处断开，按简支梁考虑。 若主梁与柱采用刚性连接，且两者之间线性刚度比小于4，则柱子对主梁内力影响较大，宜按刚架横梁考虑。 三、上部结构计算简图的选取 上部结构是一个多层多跨的复杂空间结构，对实际结构简化，进行内力计算。 通常将平台上部结构与下部结构分开考虑，对上部结构受力分析时，将下部结构的桩顶视为上部结构的支座。 在初步设计阶段，结构进一步简化，通常将上部结构简化为若干平面结构进行受力分析。 图为两层甲板的上部结构，主梁沿横向布置。图（a） 横剖面中，上下层甲板主梁和层间立柱组成一个多跨封 闭的横向框架，图（b）。 纵向框架图（c） 作用在各层甲板上的荷载一般都沿平台纵向均匀分布，因此通过纵向相邻两柱距的中线取出图a中阴影部分作为一个计算单元，按平面框架计算。 平面框架 当上下层主梁和立柱顶端、底端的实际连接构造均可以简化为刚性结点时，则平面框架结构的计算简图可表示为图（a）所示的多跨封闭刚架型式。 当上下层主梁和立柱底端的连接构造可简化为刚性结点，而且上层主梁和立柱顶端设计成铰接点时，则平面框架结构的计算简图可表示为图（b）所示的多跨排架型式。 当上下层主梁和立柱连接构造不能设计为刚性结点时，则多跨矩形框架将成为几何可变体系，必须在杆件布置上增加鞋腹杆，其计算简图按图（c）选取，属超静定桁架。 实际设计中，采用何种计算简图要根据实际结构具体分析，合理选取。 当荷载沿纵向分布不均匀，且相差较大时，应选取若干平面结构作为计算单元。通常在实际工程中，沿纵向取2~3种控制区段的计算简图进行计算。 第二节 甲板结构的设计 甲板结构典型计算单元包括简支梁、多跨连续梁、钢架结构、排架结构、桁架结构。这些计算单元通过力学计算可求得内力（轴力、剪力和弯矩）。 单个构件的设计荷载应按最不利荷载组合来计算截面内力，以此选择截面。 一、平台甲板铺板厚度确定 采用钢板作为铺板，优点：强度高、刚性好、自重轻，能增加结构整体性，缺点：易腐蚀。 板厚取决于甲板上设备重量、尺度、梁格布置等，通常兼顾选择铺板厚度、梁的尺度和间距。 对两边支承板，板厚为： 对四边支承板，板厚为： 尽量选较薄的钢板，但一般不应小于6mm，底层甲板铺板通常12~13mm。 板厚与次梁间距布置配合考虑，使板与梁的总用钢量最小。 二、梁格的布置与连接型式 1、简式梁格 2、普通式梁格 3、复式梁格 梁格布置的目的是合理决定板、次梁、主梁的尺度、跨度和间距，在满足使用要求的前提下，使总用钢量最少。 梁格的连接型式，即主梁与次梁的连接： 层叠连接：次梁直接支承在主梁顶面上 。整体稳定性差，应用较少 。 等高连接：横次梁连接到主梁腹板上，但其上翼缘低于主梁上翼缘，以便纵次梁支承在横次梁顶面，使纵次梁和主梁顶面齐平 降低连接：把