广东航达工程有限公司
摘要：随着我国的改革开放，国民经济快速发展，相对应得中国基础建设需求大。其中码头建设在中国的经济发展当中起到非常重要的角色。而受力计算则在码头设计及码头施工中是不可缺少的一个步骤。
1、概述
受力计算在工程应用中非常广泛，特别是在港口的建设施工中起到至关重要的因素。例如构件预制的侧模受力情况、侧模的加固及对拉杆的选用、现浇梁板底模底架的受力计算、预制构件安装的支撑架受力计算等。根据受力计算来确定相关材料的尺寸型号，确保施工安全可靠，满足施工需求。
2、工程情况
沙角C电厂煤码头结构加固改造工程是将原码头由5万吨级改造升级至10万吨级。其中需对原胸墙加宽2.3m，主要通过把原胸墙砼凿除，然后安装预制靠船构件的方式实现加宽。加宽的部位共14处，需凿除端部砼，安装预制靠船构件14件，单件重约43t。
3、受力计算应用
靠船构件尺寸为高2.9m，宽2.4m，底宽1.4m，面宽3.55m，具体尺寸如下图所示：
三角架构件分析图
1、靠船构件扣除搁置部分重量为：43×10-2.2×1.0×0.8×2.5×10=386KN
单个三角架承受靠船构件重量为：386÷2=193KN
2、三角架主架采用30号槽钢，其中6号及10号杆件采用槽钢[14则三角架自重为：
（4.08+1.9+1.7+2+0.8+3.04）×34.5×9.8÷1000=4.6KN
（1.4+1.52）×14.5×9.8÷1000=0.4KN
G1=4.6+0.4=5.0KN
3、模板荷载
侧模板安装，使用木模板，需要架设10×10cm木方30根，[10槽钢架设18条，则有：
木枋：（30×1.6×0.1×0.1+7.4×1.6×0.02）×8KN/m3=5.7KN
槽钢：18×1.6×10×9.8÷1000=2.8KN
单个三角架支撑模板荷载为：（5.7+2.8）÷2=4.25KN
则总荷载为：193+5.0+4.25=202.25KN
三角架构件受力分析图
三角架按桁架计算，节点简化为绞结。
根据受力分析，安全系数取1.2，则G=总荷载x1.2=202.25×1.2=242.7KN，P1=P2=G/2=121.35KN
RAV=G RAH=RCH
三角架受力根据上图进行计算，则有：RAV=G=242.7KN
对A点取矩，
P1×（L1+L2）+P2×L2= RCH ×3.2
RCH =[121.35×（1.4+0.88）+121.35×0.88]÷3.2=119.8KN
按节点法，计算各杆件的轴向力：
θ=41° α=36° 则β=90°-α=54° γ=54°
S1= RAH /cosβ=203.8KN（拉杆）
S2= RAV - S1×cosα=77.8KN（拉杆）
S5=-P1/cos（90-θ）=-185.0KN（压杆）
S8=-RCH /sinθ=-182.6KN（压杆）
S3= -S5×cosθ=139.6KN（拉杆）
S4= S3-S1×cosβ= 19.8（拉杆）
S6=S1×cosα-P2=43.5KN（拉杆）
S7= S8×cosθ=137.8KN（拉杆）
S9=- RCH =-119.8KN（压杆）
S10=S4/cosγ=237.5KN（拉杆）
对三角架的强度进行验算，三角架使用槽钢[30焊接制作，其容许拉应力为[σ]=140MPa，容许压应力为[σ]=210MPa，槽钢[30的截面面积为A=43.9cm2，回转半径i=10.4cm，槽钢[14的截面面积为A=18.5cm2，回转半径i=5.52cm 主要受压构件的长细比容许值[λ]=150
对于杆件1，杆件承受拉力，S1=203.8KN
σ=S1/A=203.8×1000÷43.9÷100=46.4MPa<[σ]=140MPa；杆件1材料满足强度要求。
对于杆件2，杆件承受拉力，S2= 77.8KN
σ=S2/A=77.8×1000÷43.9÷100=17.7MPa<[σ]=140MPa；杆件2材料满足强度要求。
对杆件3，杆件承受拉力，S3= 139.6KN
σ=S3/A=139.6×1000÷43.9÷100=31.8MPa<[σ]=140MPa；杆件3材料满足强度要求。
对杆件4，杆件承受拉力，S4= 19.8KN
σ=S3/A=19.8×1000÷43.9÷100=4.5MPa<[σ]=140MPa；杆件4材料满足强度要求。
对杆件5，杆件承受压力，S5=-185.0KN
σ=S5/A=185×1000÷43.9÷100=42.1MPa<[σ]=140MPa；杆件5材料满足强度要求。
杆件5的计算长度l0=1920mm；则杆件5的长细比：λ= l0/i=1920/104=18.5<[λ]=150
杆件5材料的长细比方面满足要求。
对于杆件6，采用槽钢[14，杆件承受拉力，S6=43.5KN
σ=S6/A=43.5×1000÷18.5÷100=9.9MPa<[σ]=140MPa；杆件6材料满足强度要求。
对于杆件7，杆件承受拉力，S7=137.8KN
σ=S7/A=137.8×1000÷43.9÷100=31.4MPa<[σ]=140MPa；杆件7材料满足强度要求。
对于杆件8，杆件承受压力，S8=-182.6KN
σ=S8/A=182.6×1000÷43.9÷100=41.6MPa<[σ]=140MPa；杆件8材料满足强度要求
杆件8的计算长度l0=1120mm；则杆件8的长细比：λ= l0/i/=1120/104=10.8<[λ]=150
杆件8材料的长细比方面满足要求。
对于杆件9，杆件承受压力，S9=-119.8KN
σ=S9/A=119.8×1000÷43.9÷100=27.3MPa<[σ]=140MPa；杆件9材料满足强度要求。
杆件9的计算长度l0=800mm；则杆件9的长细比：λ= l0/i/=1400/104=7.7<[λ]=150
杆件9材料的长细比方面满足要求。
对于杆件10，采用槽钢[14，杆件承受拉力，S10=237.5KN
σ=S10/A=237.5×1000÷18.5÷100=128.4MPa<[σ]=140MPa
杆件10材料满足强度要求。
（2）三角架焊缝受力计算
取三角架杆件中最大的杆件S10进行计算，S10=237.5KN，根据《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）表3.4.1-3，焊缝的轴心拉力和压力应满足条件：σ=N/（lW×t`）≤ffW
其中：N为杆件的内力值，lW为焊缝长度，焊缝长度取300mm；t`为焊缝有效厚度，焊缝取值t=1cm，则t`=0.7×t=7mm；ffW为角缝的抗力、抗压和抗剪强度设计值，取为160N/mm2。
则有：σ=237.5×1000÷（140×7）=113.1 N/mm2＜160N/mm2；焊缝的强度满足要求。
（3）支座强度验算
由于支撑靠船构件的支撑三脚架是安装原码头橡胶护舷的定位板上，依靠原橡胶护舷的原螺栓进行加固。由此需要对安装三脚架的定位支座进行验算。其结果如下：
原橡胶护舷预埋螺栓图 原橡胶护舷预埋螺栓螺母图
在三角架A处采用原有橡胶护舷Φ44预埋螺栓作为三角架的支撑点，一个三角架挂在2个螺栓上，计算时只考虑1个受力。在挂点位置采用1.5cm厚的钢板对槽钢进行加强。则螺栓的面积为：A=πd2/4=3.14×442÷4=1519.76mm2
对挂架螺栓受拉验算：
RAH=120.25KN Ntb=[σ]=140MPa
Nt= RAH/A=120.25×1000÷1519.76=79.1N/ mm2＜[σ]=140MPa
螺栓的受拉应力满足要求。
对挂架螺栓受剪验算：
RAV=G=243.54KN Nvb=[σ]=210MPa
Nv= RAV/A=243.54×1000÷1519.76=160.2N/ mm2＜[σ]=210MPa
螺栓的受剪应力满足要求。
对于同时承受拉力和剪力的普通螺栓，应满足一下条件：
[（Nv/ Nvb）2+（Nt/ Ntb）2]1/2≤1
将数据代入公式计算得到0.95＜1，螺栓受力满足靠船构件安装要求。
（4）靠船构件顶面吊架计算
靠船构件加固图
靠船构件安装到位后在顶面通过拉杆与吊环（B）、工字钢（A）及原码头钢筋进行焊接连接。为安全起见，靠近槽钢侧梁吊点拉力取0，只计算靠海侧两条拉杆。靠船构件的重心O点，拉杆受力计算不考虑底部三角架受力。拉杆受力为F。
对靠船构件搁置面C点取矩，则有拉杆拉力F至C点力矩L2=1810.3mm，重力G至C点力矩L1=1255mm，靠船构件总重量为43吨，取安全系数1.2，则有靠船构件的总荷载G=43×10×1.2=516KN
F×L2=G×L1 F=G×L1÷L2=516×1255÷1810.3=357.7KN
拉杆采用?30圆钢，总共布置4道，其允许拉应力为[σ]=140MPa，其截面面积为：
A=πd2/4=3.14×302÷4=706.5mm2
对拉杆进行受拉计算为：N=F/4/A=357.7×1000÷4÷706.5=126.6MPa＜[σ]=140MPa
故靠船构件布置4道?30圆钢拉杆进行加固满足要求。
（5）吊装钢丝绳选择
钢丝绳的选择拟选用规格为6x37-39-2000的钢丝绳，39钢丝绳的总断面积为564.63mm2，公称抗拉强度为2000MPa，6x37的钢丝绳换算系数为0.82。
那么其破断拉力为：钢丝绳破断力总和=公称抗拉强度（MPa）×钢丝绳总断面积（mm2）
∑Sp=2000×564.63 =1129260N
钢丝绳破断力=钢丝绳破断力总和×换算系数
Sp=1129260×0.82=925993.2N
根据钢丝绳的安全系数（规范），于机动起重设备时，安全系数为5~6.0，本次靠船构件总重量为43T，属于重型吊装作业，安全载重系数K=6.0，则其容许拉力为
P = Sp/K = 925993.2N /6=154332.2N
预制靠船构件采用4个吊点，其单件重量约为43T，4点起吊，计算3点受力，则其单根钢丝绳上所允许的最大拉力为：
N = G/3 =（43t x 1000kg/t x 10N/kg）/3 = 14333N
由此可得P > N，故选用规格为6x37-39-2000的钢丝绳满足起重要求。
4、结束语
（1）根据施工工艺，分析施工过程中所产生的构件受力。
（2）通过对构件的受力验算，判断本工程的是施工工艺是否符合施工要求，是否满足安全规定。
（3）对构件的受力计算应用，方便我们在施工过程中选择适合的工程材料，以减少施工过程中造成的材料浪费，降低施工费用。
（4）结合受力计算的结果，提高安全性能，避免事故发生。
论文作者:龙水飞
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/29
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