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砼结构作业 作者：胡源 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=p p=r。h=9.8*500*1000=4.9mpa 3=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=8.55x105kn 3，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。 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=79.4mpa 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