钻机平台稳定性计算.docx

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钻机平台稳定性计算

钻机平台稳定性计算

荷载:

钻机型号冲击钻300型

拟采用反循环方式钻进

钻机及锤头、泥浆泵总重：

30T

振动荷载系数：

1.2

I28a工字钢材料参数:

43.47kg/m

I=7.115×103cm4

W=5.082×102cm3

I36a工字钢材料参数:

60.00kg/m

I=1.5796×104cm4

W=8.776×102cm3

A3钢：

〔б〕弯=145Mpa

〔б〕压=140Mpa

[τ]=85Mpa

1、导向架计算:

计算受力简图如图

q=30×10×1.2/（4×2）=45KN/m

为简化计算可按简支架计算，简图如下：

对L2、L3:

M=qb2×（2-b/L）2/8

Q=qb2/2L

f=q×b2×L×x〔（2-b2/L2-2x2/L2）×x/L2+（x-a）4/b2L2〕/24EIL

x=a+b2/2L2时，f值最大

得：

ML3=45×22×（2-2/3.25）2/8

=43.14KN.M

Q3=452/23.25=27.69KN

x=1.25+22/（23.25）=1.865

f=45×22×3.25×1.865×103/（24×2.1×106×7.115×103×10-8×3.25）×[（2-22/3.25-2×1.8652/3.252）×1.865/3.252+（1.865-1.25）4/（22×3.252）]

=2.1×10-5m

ML2=45×22/8×（2-2/5.7）2

=61.19KN.M

x=2.7+22/2×5.7=4.05m

f=〔30×22×5.7×4.05×103/（24×2.1×105×106×7.115×103×10-8×5.7）〕×〔（2-22/5.7-2×4.052/5.72）×4.05/5.72+（4.05-3.7）4/22×5.72〕

=7.4×10-5m

故由上述计算可知，导向架采用Ⅰ28a工字钢可满足要求。

2．平台主梁验算

平台主梁拟采用2根Ⅰ36a工字钢，计算受力简图如上。

P=27.69KN

对图1，可简化为简支计算，受力图如下：

QA=（27.69×4.5+27.69×6.9）/5.7=55.38KN

M=27.69×1.2=33.23KN.M

应力验算：

б=M/W=33.23×103/（8.776×102×10-6）=37.9Mpa<〔б〕=145Mpa

对图2：

可简化为简支计算受力图如下：

M=27.69×4.5×1.2/4.5=26.23KN.M

应力验算：

б=M/W=26.23×103/（8.776×102×10-6）=29.9Mpa<[б]=145Mpa

故：

平台主梁采用Ⅰ36a工字钢可满足要求。

3．临时钢管桩验算

河床标高：

3.49m水面标高：

12.0m平台标高：

18.0m

拟在水面标高及平台标高处，加设型钢将钢管桩联结起来。

荷载：

1、风力：

最大风速18~21米/秒，风力295.8~426.5pa

2、流：

一般流速3~5米/秒，最大流速8米/秒

地质状况：

以15#墩为算例：

3.49~1.75中砂[б]=150~244Kpaτ=60~70Kpa

1.75~1.0砾砂[б]=200~380Kpaτ=60~70Kpa

1.0~-1.66全风化泥质粉砂岩[б]=240Kpaτ=50Kpa

钢管每米表面积:

π×0.8=2.51m2

钢管桩:

自由长度:

lo=12-3.49=8.51m

截面积：

A=π×0.82-π×0.782=0.025m2

惯性矩:

I=π（0.84-0.784）/64=1.936×10-3m4

回转半径:

γ=I/A=1.936×10-3/（25×10-3）=0.077m

长细比:

λ=lo/γ=8.51/0.077=110.5

查表知，纵向弯曲系数：

ψ1=0.51

则钢管桩最大轴心压力:

N=ψ1.A.[б]=0.51×0.025×140×106

=1785KN>27.69×2=55.38KN

风力、水流作用力荷载验算：

风力：

q1=2.51×428.5/2=537.8N/m

水流:

q2=2.51/2×10×2.51/2×8×10=1260N/m

水流静压力：

q3=10×8.51×2.51/2=106.8N/M

钢管桩入土处受力：

P=q1L1+q2L2+2q3L3/3

=537.8×6+1260×（12-3.49）+（×106.8×8.51）3

=14.5KN

M=q1L1×（L-L1/2）+q2L2×L2/2+2q3L3/3×L2/3

=537.8×6×（14.51-3）+1260×8.51×（8.51/2）+（2/3）×106.8×8.51×（1/3）×8.51

=84.5KN.M

б=M/I×r=84.5×103×0.4/（1.936×10-3）

=17.5Mpa<[б]=145Mpa

挠度计算：

可将受力简化为q=q1L1+q2L2/L+（2q3L3/3）/L

=（537.8×6+1260×8.51）/14.51+（2×106.8×8.51）/3/14.51

=1003.2N/M

ƒ=3qL4/24EI=3×1003.2×14.514/（24×2.1×105×106×1.936×10-3）

=0.014

符合要求

钢管桩入土深度计算：

钢管桩，竖向作用力：

P=27.69×2=55.38KN

入土可达至砾砂层

P容=τ1L1+τ2L2

=65×（3.49-1.75）+65×（1.75-1）

=161.85KN>P=55.38KN

满足要求

由于钢管在一个主平面内受压且受弯作用，则验核公式：

N/Am+（ψ1/μψ2）×（M/Wm）≤ψ1[б]

其中：

N=55.38KN

Am=0.025m2

P1=0.51

M=82.8KN.M

Wm=I/γ=（1.936×10-3）/0.4=4.84×10-3m3

N/Am=（55.38×103）/0.025=2.215Mpa<0.15×0.51×140

=10.71Mpa

故：

μ=1.0

ψ2=ψ1

故:

N/Am+（ψ1/μψ2）×（M/Wm）

=2.215+84.5/4.84

=19.7Mpa<ψ1[б]=0.51×140=71.4Mpa

故钢管桩的整体稳定性能够满足要求。

4.牛腿计算

进行牛腿焊缝长度验算：

由N=55.38KN，牛腿拟采用角钢

假设焊缝厚度为8mm，则

Lf=（55.38×103）/（85×106×0.008×2）=0.04m=4cm

取安全系数为3，可将焊缝加至12cm。

5.护筒验算

护筒拟采用1cm钢板卷制而成，直径D=240cm

自由桩:

lo=18-3.49=14.51m

截面积A=π×（2.42-2.382）/4=0.075m2

惯性矩:

I=π×（2.44-2.384）/64=5.36×10-2m4

回转半径:

γ=I/A=5.36×10-2/0.075=0.715m

细比:

λ=lo/γ=14.51/0.715=20.3

查表知，纵向弯曲系数，P1=0.9

则护筒最大容许压力为：

N=ψ1.A.[б]=0.9×0.075×140×106

=9450KN>P=30×10×1.2=360KN

护筒每延米表面积：

π×2.4=7.54M2

风力、水流作用荷载验算

风力：

q1=（7.54×428.5×6/2）/6=1615N/M

水流：

q2=7.54/2×10×7.54/2×8×10=11370.3N/M

水静压力:

q3=10×8.51×7.54/2=320.8N/m

由于护筒在一个主平面内受压且受弯曲作用，则验核公式：

N/Am+（ψ1/μψ2）×（M/Wm）≤ψ1[б]

其中:

N=360KN

Am=0.075m2

ψ1=0.9

M=q1L1.（L-L1/2）+q2.L2.（L2/2）+2q3L2/3.L2/3

=1615×6×（14.51-3）+11370.3×8.51×（8.51/2）+（2/3）

×320.8×8.51×（1/3）×8.51=528.4KN

б=M/W=[528.4×103/5.36×10-2]×1.2

=11.8MPa>[б]=145Mpa

N/Am=（360×103）/0.075=4.8Mpa

<0.15ψ1[б]

=0.15×0.9×140

=18.9Mpa

故μ=1.0

故N/Am+（ψ1/μψ2）×（M/Wm）

=4.8+（528.4×103）/（3.36×10-2）×1.2

=16.6Mpa<ψ1[б]=0.9×140=126Mpa

故护筒的整体稳定性满足要求。