基于Midas的鉆孔平臺有限元分析

甄相國+袁科慧

摘 要：本文結合具體工程，簡要敘述鉆孔平臺施工過程，并結合有限元分析理論及有限元分析軟件Midas，建立鉆孔平臺的有限元模型，分析其在重載作用下的受力及變形。通過有限元分析，保證結構的安全性和適用性，并為此類工程提供一定的借鑒經驗。

關鍵詞：鉆孔平臺；有限元；受力分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.257

0 引言

對于在水中施工的橋墩，需要搭建施工平臺以保證施工的正常進行，其主要是為了給鉆孔和鋼護施工提供操作平臺，為工程提供方便。

1 工程概況

某大橋全長499.175m，共14個承臺。因橋梁需跨越河流，這就牽涉到橋墩涉水的問題。大橋3#和4#橋墩為涉河橋墩，為了保證工程的順利如期完成，該工程采用“先樁后堰”的工法施工樁基和承臺。故需搭建鉆孔平臺，用雙壁鋼圍堰施工橋墩。

2 鉆孔平臺施工過程

鉆孔平臺的施工工藝流程為：測量放樣→打樁船插打鋼護筒以及鋼管樁→焊接樁、筒間聯結系→安裝鋼管樁樁頂橫向承重梁→安裝縱向分配梁→安裝平臺面板→安裝護欄和其他附屬安全設施→進入下一循環。

3 有限元模型建立及結果分析

3.1 鉆孔平臺有限元分析

對鉆孔平臺進行模型地建立，并對其強度和穩定性進行分析。

3.2 鉆孔平臺有限元分析

（1）鉆孔平臺模型的建立 。鉆孔平臺主要采用了梁單元和板單元兩種類型的單元，其中鋼護筒和鋼管樁采用板單元[9]，以便模擬其連接部位的局部受力和變形情況，其余的均采用梁單元。鉆孔平臺各構件間均采用Q235鋼材，之間的連接均采用彈性連接里的剛性連接；鋼管樁和鋼護筒底部利用“假想嵌固點”的方法，邊界條件設置為固接。考慮到施工過程中施工設備以及倒渣的影響，在考慮荷載時，除了考慮各部分自重以外，還分為以下3種工況進行考慮：①旋挖鉆鉆中孔；②旋挖鉆鉆邊孔；③旋挖鉆鉆中孔+倒渣；④旋挖鉆鉆邊孔+倒渣，其中最大作用荷載按照150t考慮。

（2）有限元分析結果。對鉆孔平臺的應力以及變形進行分析，得出各構件在4種工況下的最大應力如表1所示，各部件的最大變形量及總體變形圖如圖1.3所示。

從表1與圖種可以看出，鉆孔平臺各部件的最大應力（正應力和剪應力）均在容許范圍以內，說明從承載能力上，各部件能夠滿足使用要求。但是，鋼管樁的最大應力較為接近容許應力，要采取一定的措施去加強，保證結構安全。鉆孔平臺的變形主要為分配梁、鋼護筒和鋼管樁，其各部分變形及其容許變形均能夠滿足要求。

4 結論

在靜力分析中主要對平臺結構的各構件進行了應力檢算和變形檢算，證明平臺的承載力和使用性均能滿足工程要求；在模態分析部分，通過對比分析得出橫向聯結系位置對鉆孔平臺整體剛度的影響規律，并由此得出最佳的橫向聯結系布置方案。通過有限元分析，本文的計算結果精確合理，提供的施工及計算經驗能夠為類似工程提供一定的參考經驗。

參考文獻：

[1]馬明，黃登俠.鋼棧橋的結構設計分析和計算[J].公路交通科技：應用技術版，2013（08）.

[2]吳勇，史歡歡，付學軍.45m跨大跨徑開啟式通航孔鋼棧橋設計與施工技術[J].城市建設理論研究：電子版，2012（14）.

作者簡介：甄相國（1981-），男，碩士，講師，研究方向：鐵道工程施工、路橋工程施工、職業教育。