[发明专利]圆形双壁钢围堰的参数化设计方法

说明书

本发明涉及一种圆形双壁钢围堰的参数化设计方法，目前设计方法为经验法，相关构造尺寸拟定过程中参考其他项目类似方案，采用有限元试算然后再修改相关尺寸，不能从整体把握双壁钢围堰设计的要点，导致计算过程复杂，材料浪费大，部分围堰结构应力偏大，结构安全性低。有必要在考虑整体的情况下，对双壁钢围堰的设计计算过程进行梳理，通过参数化计算方式，统一考虑围堰的合理结构，给出圆形双壁钢围堰设计的合理构造和相关计算公式，方便围堰设计人员初步拟定围堰结构尺寸；利用参数化设计的圆形双壁钢围堰对比其他项目经验法设计的双壁钢围堰，节约材料用量20％～35％，具有重大推广意义。

技术领域

本发明涉及双壁钢围堰的结构设计。

背景技术

双壁钢围堰是深水基础施工常用结构，一般来说双壁钢围堰体量大，安全风险高，确保双壁钢围堰结构安全的同时进行结构优化设计是围堰设计人员必须要考虑的问题。双壁钢围堰的基本受力状况以抵抗静水压力为主，动水压力和波浪力对围堰整体结构的影响相对较小，各类围堰结构荷载简单明确，具有统一性。本申请在总结以往其他项目的基础上，提出了参数化设计的思路，并构造了评价函数进行围堰构造优化。

发明内容

本发明参数化设计的思路：针对具体结构中的同类问题，当结构荷载形式固定，结构尺寸大小变化，可以进行分离变量法的类分析，将带量纲的参数分离出来，结构优化只考虑构型和比例关系(无量纲常数)，通过构造评价函数来确定结构的最优化设计目标，从而得出某类结构的最优设计。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：

圆形双壁钢围堰整体结构如图1和2所示。圆形双壁钢围堰的整体受力特点：围堰内外壁板、斜撑均受压；水平范围内，围堰的水压力自平衡；围堰内外壁板的厚度与水深成正比，与围堰直径成正比；围堰整体稳定性与围堰厚度相关，围堰壁板和环撑的局部稳定性和竖向隔舱板间距相关。

一种圆形双壁钢围堰的参数化设计方法，包括

(1)围堰内外壁板加劲肋

围堰内外壁板竖向加劲肋一般采用的三种材料：角铁、钢带、球扁钢；从同等重量材料加劲效果来看，截面惯性矩更大的球扁钢加劲效果最好。

弯压构件翼缘板有效宽度和跨度之比为b＝18％*l(铁摩辛柯《弹性理论》第三版，P244)；

加劲肋高宽比的比例极限为h/t’≤21(铁摩辛柯《弹性稳定理论》第二版，P458)；所有的轧制角铁和球扁钢都符合比例极限。

弯压构件翼缘板有效宽度b与翼缘板厚度t之间满足：(GB50017-2003《钢结构设计规范》，P57)；

加劲肋的间距一般按照(参考《钢制海船入级规范第2篇船体2014》P2-254)；

环板和加劲肋高度的比值不小于2.5倍(参考《钢制海船入级规范第2篇船体2014》P2-112)；

根据《热轧球扁钢》(GB/T 9945-2012)规范，球扁钢有普通碳素结构钢和高强钢，设计时可以根据应力情况来选用不同等级的钢材，一般来说，加劲肋的应力较大，面板的应力相对较小，加劲肋材料强度等级选取时可比面板高一个规格。

表1、围堰内外壁加劲结构优化尺寸表