钢结构“太平吉象”漂浮结构设计案例赏析浮筒倾角浮力钢索力矩

1.底部等边三角形锥基座,底部边长14m,水面以上高度2.8m

2.三头造型大象,分别位于基座三角形的三角,长x宽x高=5.3x2.3x4.5m

3.中央圆柱,直径0.75m,高6.7m,顶部设置三面直径2.2m大型灯箱

图1方案示意

2方案选型

2.1成品浮筒方案

图2浮筒

2.2定制钢浮箱方案

图3浮箱

2.3密闭汽油桶

图4油桶

本工程主要是由风荷载控制,其作用效果有二:

对应的解决方案如下:

1.三角形基座的三个角分别用两根高强钢索与池岸连接,从三个方向拉住基座,从而保证钢索只拉力幅值变化较小,钢索均沉入水中。

图5钢索分布示意

3设计计算

由于项目底座采用三角形截面,属于单轴对称图形,故设计时考虑了三种不同的风向进行计算,同时每种情况中又分为小倾角,大倾角(类似于为材料弹性和弹塑性)两种可能。列举风向一(中性轴垂直于对称轴,边长一侧受压入水)的计算简图和平衡方程组如下:

3.1计算简图3.1.1小倾角计算

图6小倾角计算简图

3.1.2大倾角计算

图7大倾角计算简图

3.2平衡方程

3.3计算结果与结论

图8风向一小倾角:弹性长度y(m)--抗倾覆力矩T(kN*m)曲线

图9风向一大倾角:弹性长度y(m)--抗倾覆力矩T(kN*m)曲线

1.在一定范围内提升媒体的总质量有助于改善整体抗倾覆能力并减小位移角(质量增大同样会引起重力倾覆弯矩的增大,所以只在一定范围内有效)

2.三种风向中,在小倾角状态下,长边绕非对称轴受压入水的情况承载力最高;但在后续的大倾角情况下,尖角绕非对称轴受压入水的情况极限承载力最大,即其在“弹塑性状态”下留有很大的安全余量

3.提升媒体抗倾覆弯矩减小倾角最有效的手段是增大底板面积

3.4平台设计

太平象下方平台主要承担了将上方所受弯矩传递至底部油桶的功能,在一定程度上类似筏板基础,本身在面外需有较强的刚度以确保不会出现局部变形过大或变形不均匀的情况。同时底部油桶需要均匀受力,协调变形,最后综合考虑采用了三层三角锥网架的形式进行布置:

图10平台构造层次

图11总体剖面图

4完工效果

经过一个多月的施工,本项目已于近日完工,并成功入水至指定位置,现场效果:

THE END
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