【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及靠船结构，具体是涉及一种长悬臂双层钢管式靠船结构及其设计方法。
技术介绍
1、自三峡水利枢纽建成后，正常蓄水位与汛期限制水位落差较大，平均水位差可达30m，锚地区域水位每年出现连续较低水位的时间很短，施工窗口期较短，靠船结构下部的支撑无法安装至设计低水位附近，因此最低一级靠船结构采用了长悬臂的结构形式，悬臂长为4.5m。
2、现有的长悬臂单层钢管靠船结构当遇到吨位较大的船舶停靠时，由于结构整体承载力不足导致单层钢管结构失效，针对该问题，如按照一般的设计思路，采用较大直径的钢管作为靠船立柱结构即可满足设计要求。但采用较大直径后，则上部非悬臂段工程量增加，另外该靠船结构与后部钢护筒距离较近，当所用钢管直径超过1m时，现场安装焊接非常不便。由于工程区域附近的钢结构加工企业无法开展厚壁钢管制作，若从其他地区具备加工能力的工厂进行定制又存在钢用量少、单件加工费用高、运输费用增加以及工厂生产排期不能满足工程进度需要的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种长悬臂双层钢管式靠船结构及其设计方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高长悬臂双层钢管式靠船结构的质量和承载力，延长使用寿命，同时能够降低成本，缩短施工周期。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供了一种长悬臂双层钢管式靠船结构，包括混凝土基础、多个钢管桩、多个连接件和多个护舷，所述混凝土基础位于所述钢管桩内，所述钢管桩包括钢护筒、钢横撑和双层钢管，所述
4、优选的，所述端部焊缝为环形角焊缝或多对条形塞焊缝。
5、优选的，所述中部焊缝为多对条形塞焊缝或多对点塞焊缝。
6、优选的，所述护舷为橡胶护舷。
7、优选的，所述钢横撑的端部通过焊接固定在所述外层钢管的外壁或所述钢护筒的外壁。
8、优选的，所述连接件包括钢隔板、钢立板和钢面板，所述钢面板通过螺栓与所述护舷连接，所述钢立板、所述钢隔板和所述钢面板均相互垂直且焊接固定，所述钢立板和所述钢隔板均与所述外层钢管焊接固定。
9、本专利技术还提供了一种基于上述技术方案中任一项所述的长悬臂双层钢管式靠船结构的设计方法，包括以下步骤：
10、s1.确定外层钢管的半径r、厚度δr以及所用钢材的型号；
11、s2.将外层钢管作为平面梁并通过结构力学方法计算其在荷载作用下的内力包络图，内力包络图包括弯矩图m(y)和剪力图v(y)，其中y为钢管轴向坐标；
12、s3.计算外层钢管的抗弯承载力[mr]和抗剪承载力[vr]，具体为
13、
14、
15、其中f为抗拉强度，fv为抗剪强度，ir为外层钢管截面惯性矩，ar为外层钢管截面面积，ir与ar计算公式为
16、ar＝π(2r-δr)δr≈2πrδr
17、
18、s4.确定承载力不足区段，承载力不足区段为mr(y)>[mr]或vr(y)>[vr]区段，并确定承载力不足区段上的最大弯矩max[mr(y)]、最大剪力max[vr(y)]、反力fri、端部弯矩最大值mre及端部剪力最大值vre，其中mre为承载力不足区段左右两端弯矩的较大值，vre为承载力不足区段左右两端剪力的较大值；
19、s5.对每个承载力不足区段使用内层钢管进行加强，内层钢管需完全覆盖承载力不足区段，确定内层钢管半径r＝r-δr-δc，其中δc为内层钢管与外层钢管之间的间距，取δc＝1mm，再通过以下方法确定内层钢管的厚度δr：
20、对于抗弯承载力不足的情况，计算公式为
21、
22、对于抗剪承载力不足的情况，计算公式为
23、
24、其中max[vr(y)]为承载力不足区段内剪力最大值，内层钢管的抗剪承载力[vr]为
25、
26、对于抗弯承载力及抗剪承载力均不足的情况，使用抗弯承载力不足公式及抗剪承载力不足公式所得结果较大值；
27、s6.计算内层钢管端部弯矩最大值和剪力最大值，以及内部反力，若外层钢管有分布力作用，则需将其等效为对应的多个集中力作用，集中力间距小于πr/2；
28、内层钢管上端部弯矩[mre]最大值的计算公式为
29、
30、内层钢管上端部剪力[vre]最大值的计算公式为
31、
32、内层钢管上内部反力[fri]的计算公式为
33、
34、s7.确定内层钢管两端与外层钢管之间的连接方式，连接方式选用环形角焊缝或多对条形塞焊缝；
35、若选择环形角焊缝连接，焊缝宽度we的计算公式为
36、
37、若选择多对条形塞焊缝连接，每对条形塞焊缝对称分布于内层钢管的中心轴的两侧，其中端部焊缝宽度需满足wce≥δr，中部焊缝宽度需满足wci≥δr，单侧焊缝对数及半焊缝覆盖角度计算公式为
38、
39、其中mre为内层钢管端部的弯矩，vre为内层钢管端部的剪力，nc为焊缝对数，θc为半焊缝覆盖角；
40、s8.确定内层钢管受集中力处的焊缝连接方式，内层钢管受集中力处的焊缝为中部焊缝，内层钢管受集中力处配置多对条形塞焊缝；
41、若使用多对条形塞焊缝，若多对条形塞焊缝受拉则需配置于外层钢管受拉侧，若多对条形塞焊缝受压则配置于外层钢管受压侧，条形塞焊缝宽度需满足wc≥δr，条形塞焊缝及半焊缝覆盖角度需满足
42、
43、其中vir为内层钢管所受集中力，σrn为外层钢管对应位置正应力、σrn为内层钢管对应位置正应力，得到计算公式为
44、
45、
46、mri为外层钢管受力处所在截面上的弯矩，mri为内层钢管受力处所在截面上的弯矩；
47、若使用多对点塞焊缝，则点塞焊缝总数nc需满足
48、
49、其中wc为点塞焊缝宽度，vir为内层钢管所受集中力；
50、s9.根据上述步骤确定最终结构设计方案，包括外层钢管厚度、每段加强处内层钢管的厚度、长度和位置，以及每段内层钢管与外层钢管的连接形式。
51、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
52、1.本专利技术所需的各个钢构件均可在工厂内预制加工，通过水路运输至施工现场，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：包括混凝土基础、多个钢管桩、多个连接件和多个护舷，所述混凝土基础位于所述钢管桩内，所述钢管桩包括钢护筒、钢横撑和双层钢管，所述钢横撑连接于所述钢护筒与所述双层钢管之间，所述护舷通过所述连接件安装于所述双层钢管上，各所述双层钢管的一侧均对应安装多个沿所述双层钢管的长度方向排列的所述护舷，所述双层钢管包括外层钢管、内层钢管和若干焊缝，所述内层钢管同轴位于所述外层钢管内部，且对应所述外层钢管的承载力不足区段设置，所述外层钢管的内壁与所述内层钢管的外壁之间形成管腔，所述焊缝形成于所述内层钢管与所述外层钢管之间，所述焊缝包括位于所述内层钢管端部的端部焊缝和位于所述内层钢管中部的中部焊缝。
2.根据权利要求1所述的长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：所述端部焊缝为环形角焊缝或多对条形塞焊缝。
3.根据权利要求1所述的长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：所述中部焊缝为多对条形塞焊缝或多对点塞焊缝。
4.根据权利要求1所述的长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：所述护舷为橡胶护舷。
5.根据权利要求
6.根据权利要求1所述的长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：所述连接件包括钢隔板、钢立板和钢面板，所述钢面板通过螺栓与所述护舷连接，所述钢立板、所述钢隔板和所述钢面板均相互垂直且焊接固定，所述钢立板和所述钢隔板均与所述外层钢管焊接固定。
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的长悬臂双层钢管式靠船结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：包括混凝土基础、多个钢管桩、多个连接件和多个护舷，所述混凝土基础位于所述钢管桩内，所述钢管桩包括钢护筒、钢横撑和双层钢管，所述钢横撑连接于所述钢护筒与所述双层钢管之间，所述护舷通过所述连接件安装于所述双层钢管上，各所述双层钢管的一侧均对应安装多个沿所述双层钢管的长度方向排列的所述护舷，所述双层钢管包括外层钢管、内层钢管和若干焊缝，所述内层钢管同轴位于所述外层钢管内部，且对应所述外层钢管的承载力不足区段设置，所述外层钢管的内壁与所述内层钢管的外壁之间形成管腔，所述焊缝形成于所述内层钢管与所述外层钢管之间，所述焊缝包括位于所述内层钢管端部的端部焊缝和位于所述内层钢管中部的中部焊缝。
2.根据权利要求1所述的长悬臂双层钢管式靠船结构，其特征在于：所述端部焊缝为环形角焊缝或多对条...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐俊麟，方文倩，王平，郭杰，肖玉华，谢长文，梅竞艳，宋成涛，梁丰收，张云轩，冉晓俊，李成龙，许峙峰，陈旭勇，
申请(专利权)人：长江三峡通航管理局，
类型：发明
国别省市：
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