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1、砼结构作业混凝土重力平台设计混凝土重力平台设计 v混凝土重力海上平台依靠自己的重量扎根于海床之上，并依据自身重力抵抗其寿命期内可能经受的风及海浪等各种环境力。自重式混凝土平台应用于海上钻井作业，当海床基岩坚硬并足以承受上部荷载时，这种平台可以不打桩将自身重力压在海床之上。混凝土平台较之钢平台要大且重。尽管其设计方式千姿百态，其基础部分通常包括巨大的海下混凝土罐。这些混凝土罐用于存放原油。例如，美孚石油公司北海平台的基础部分包括19个中空混凝土圆柱体罐，其壁厚0.6m，内直径20m，高49m。建如此之大的混凝土圆桶原因在于：当平台在建设时，其基础圆桶部分有足够的空间飘浮起来。最后将基础圆桶拖曳至
2、海底。平台主体压在3至4根很长的倒锥形混凝土柱腿上，并向下传导至相应的空桶之上。柱腿在圆桶之上的高度可达到90m。最后，混凝土平台竣工后，将在其上建设巨型钢结构建筑。有时在圆桶底部会注入混凝土浆以提供更好的基础。在环境荷载之下，平台自重足以保持其稳定，而不需要桩基础。混凝土重力平台的建造过程v基础部分的混凝土油罐是在一定高度建成的。v然后将水引入围坞，基础有足够的吃水高度，可以考自身的浮力漂浮，然后将基础牵引至渗水位置，使得圆筒进水，进而使基础沉入海底。v如图所示，此图就是混凝土平台的制作过程的简图。做题思路v问题从第一问到第三问分别考察对单轴、双轴、三轴破坏理论。v单轴破坏理论是最简单，最基
3、本的，材料在单方向上应力达到许用应力时材料发生破坏。v双轴破坏我尝利用双向应力状态下的混凝土的破坏包络图来进行计算。v三向应力破坏我打算利用四大强度理论的最大伸长理论。1.将混凝土重力平台的基础考虑成圆柱筒体模型。当开口的圆柱体沉入水中时，在水压作用下它能沉入多深而不被水压压坏？假设混凝土为C40时，忽略其端部情况，并忽略钢筋的作用。假设海水的重度不变，并假设圆桶为上开口的结构以简化模型。解：混凝土基础考虑为圆柱模型，由于筒壁两侧都含有水，故其受力图如图所示，由水的压力p=rh,故应该是底部先破坏，就只考虑底部的一个面就行。R为外径，r为内径，t为筒壁厚度。则假设当底部深度达到h。时就破坏的时
4、候，则有 径向压应力：1=p=rh。套箍压应力：2=p（R-r）/t=p=rh对于由底部引起的竖向压力可以近似为0则对于双向压应力相等的情况下，强度增长接近16%而对于上部开口，下部闭合的底面由于只受上下的水压力，则其可以近似为单向应力状态，则可知先是底部破坏然后再有筒壁破坏。则：h。=40000000/(10.1*1000)=3960m俯视图正面图2.为了争夺西伯利亚第一个石油开采权，中石化公司雇用了20位上大毕业生设计500m淡水湖下的石油平台基础。基础罐与美孚石油基础罐的尺寸相同，采用双向应力状态理论，计算每一个储油罐能够支撑多重的海上平台荷载？采用2.0的安全系数。解:由于此时的石油基
5、础罐为空，设竖向允许应力为1，竖向最大应力为1，套箍应力为2，径向应力为3则套箍应力：2=pR/t=0对于内侧而言3=pp=r。h=9.8*500*1000=4.9MPa3=4.9MPa 而由混凝土的抗压强度。=40MPa则由包络图如图所示，由3/。=0.326，在包络图中找出对应的点，即1/。=1.10则1=44Mpa，则可承受的最大载荷为F=1*s=44000000*3.14*（10.6*1.6-10*10）=1.71X106kN则F=F/n=8.55X105kN3，当平台建设完毕并投入使用后，基础储油罐将用于储存原油。中石油工程师称平台自重500000吨，压覆在3个储油罐之上。用三向破坏
6、理论计算z支撑平台的混凝土理论抗压强度，去安全系数为3.0。考虑海水的静压、淡水静压以及原油的不同。原油的相对重度定为0.85。你认为该抗压强度的混凝土结构能在西伯利亚建造吗？请列举你使用的破坏理论，并解释其原因。11解：假设储油罐不与上界联通。混凝土的。，设定v=0.3许用压力F=500000/3*9.8kN 由安全系数为n=3.0 则F=Fn=500000*9.8=4900000kN竖向应力1=F/s=126.25MPa径向应力2=p=r。h=9.8*500*1000=4.9MPa套箍应力3=p。*R/t=(500*9.8-0.85*9.8*49)*1000*10.6/0.6=79.4MP
7、a由最大伸长线应变理论可知道，假设当受压的应变达到极限时，受到破坏。则有：。=1-v（2+3）=126.25-0.3*（4.9+79.4）=100Mpa应该用C100的混凝土。混凝土破坏理论:会发生冻融破坏。原因：冻结时，负温度从混凝土构件的四周侵入，冻结首先在混凝土四周表面上形成，并将混凝土构件封闭起来；由于表层水结冰，冰体积膨胀，将未冻结的水分通过毛细孔道压人饱和度较小的内部；随着温度不断降低，冰体积不断增大，继续压迫未冻水，未冻水被压得无处可走，于是在毛细孔内产生越来越大的压力，水泥石内毛细孔产生拉应力；水压力达到一定程度，水泥石内部的拉应力过高，高于抗拉强度极限时，则毛细孔会遭到破裂，混凝土中即产生微裂纹而受到破坏。然后可以通过包络图来验证。
