基于Midas的钻孔平台有限元分析

甄相国+袁科慧

摘 要：本文结合具体工程，简要叙述钻孔平台施工过程，并结合有限元分析理论及有限元分析软件Midas，建立钻孔平台的有限元模型，分析其在重载作用下的受力及变形。通过有限元分析，保证结构的安全性和适用性，并为此类工程提供一定的借鉴经驗。

关键词：钻孔平台；有限元；受力分析

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

0 引言

对于在水中施工的桥墩，需要搭建施工平台以保证施工的正常进行，其主要是为了给钻孔和钢护施工提供操作平台，为工程提供方便。

1 工程概况

某大桥全长499.175m，共14个承台。因桥梁需跨越河流，这就牵涉到桥墩涉水的问题。大桥3#和4#桥墩为涉河桥墩，为了保证工程的顺利如期完成，该工程采用“先桩后堰”的工法施工桩基和承台。故需搭建钻孔平台，用双壁钢围堰施工桥墩。

2 钻孔平台施工过程

钻孔平台的施工工艺流程为：测量放样→打桩船插打钢护筒以及钢管桩→焊接桩、筒间联结系→安装钢管桩桩顶横向承重梁→安装纵向分配梁→安装平台面板→安装护栏和其他附属安全设施→进入下一循环。

3 有限元模型建立及结果分析

3.1 钻孔平台有限元分析

对钻孔平台进行模型地建立，并对其强度和稳定性进行分析。

3.2 钻孔平台有限元分析

（1）钻孔平台模型的建立 。钻孔平台主要采用了梁单元和板单元两种类型的单元，其中钢护筒和钢管桩采用板单元[9]，以便模拟其连接部位的局部受力和变形情况，其余的均采用梁单元。钻孔平台各构件间均采用Q235钢材，之间的连接均采用弹性连接里的刚性连接；钢管桩和钢护筒底部利用“假想嵌固点”的方法，边界条件设置为固接。考虑到施工过程中施工设备以及倒渣的影响，在考虑荷载时，除了考虑各部分自重以外，还分为以下3种工况进行考虑：①旋挖钻钻中孔；②旋挖钻钻边孔；③旋挖钻钻中孔+倒渣；④旋挖钻钻边孔+倒渣，其中最大作用荷载按照150t考虑。

（2）有限元分析结果。对钻孔平台的应力以及变形进行分析，得出各构件在4种工况下的最大应力如表1所示，各部件的最大变形量及总体变形图如图1.3所示。

从表1与图种可以看出，钻孔平台各部件的最大应力（正应力和剪应力）均在容许范围以内，说明从承载能力上，各部件能够满足使用要求。但是，钢管桩的最大应力较为接近容许应力，要采取一定的措施去加强，保证结构安全。钻孔平台的变形主要为分配梁、钢护筒和钢管桩，其各部分变形及其容许变形均能够满足要求。

4 结论

在静力分析中主要对平台结构的各构件进行了应力检算和变形检算，证明平台的承载力和使用性均能满足工程要求；在模态分析部分，通过对比分析得出横向联结系位置对钻孔平台整体刚度的影响规律，并由此得出最佳的横向联结系布置方案。通过有限元分析，本文的计算结果精确合理，提供的施工及计算经验能够为类似工程提供一定的参考经验。

参考文献：

[1]马明，黄登侠.钢栈桥的结构设计分析和计算[J].公路交通科技：应用技术版，2013（08）.

[2]吴勇，史欢欢，付学军.45m跨大跨径开启式通航孔钢栈桥设计与施工技术[J].城市建设理论研究：电子版，2012（14）.

作者简介：甄相国（1981-），男，硕士，讲师，研究方向：铁道工程施工、路桥工程施工、职业教育。