沉箱浮游稳定.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流一、二、三、四、 沉箱浮游稳定.精品文档.五、 沉箱浮游稳定计算、概念 浮游稳定性顾名思义是指物体在浮游状态下的稳定性。我们计算沉箱浮游稳定是为了保证沉箱在水下漂浮、拖运和沉放的过程中不发生倾覆。浮游稳定性用定倾中心高度来表示和量化。浮体在外力矩的作用下发生倾斜，在倾斜过程中浮体的浮心位置也随之变化。根据小倾角（倾角0时，即定倾中心M在重心C之上，沉箱在外力矩作用下发生倾斜时，存在一个由沉箱重力G和浮力 V构成的扶正沉箱的力偶，此时沉箱是稳定的；当m0时，即M在C之下，则存在一个使沉箱继续倾斜的力偶，此时沉箱是不稳定的。为了保证沉箱的浮游稳定

2、性有一定的安全度，重力式码头设计与施工规范规定近程（同一港区内或运程30海里内）浮运m0.2米；远程（整个浮运内有夜间航行或运程大于等于30海里）浮运分两种情况，固体压载时m0.4米，液体压载时m0.5米。因为自由液面的存在将降低压舱的效果。 定倾高度m=- 为重心C到浮心W的距离。当C在W之上时为正值，反之为负值。 定倾半径：=（i）/ V 沉箱在水面处的断面对纵轴的惯性矩。 惯性矩是面积对轴的二次矩，量纲是长度单位的四次方，与面积的大小和面积对轴的分布远近有关。惯性矩的几何意义：是任意平面上所有微面积dA与其坐标Y（或Z）平方乘积的总和。工程中常把惯性矩表示为平面图形的面积与其一长度平方的

3、乘积。选择不同方向的中心轴计算结果是不同的，选择沉箱的横轴计算，因为有三次幂的存在，其I值、值和m值都会大很多，也就是说沉箱在横轴方向的倾覆可能要远小于在纵轴方向的倾覆可能。由于这个结论很明显也很直观，所以我们只需要对不利情况进行计算。 i自由液面的惯性矩之和（各格舱压舱水的水面面积对其纵轴的惯性矩之和。这里的纵轴指的是各格舱压舱水水面的纵轴）。当采用固体压载时，i=0。 V沉箱的排水量。其值=沉箱的断面积吃水+异形的水下部分体积。比如说前后趾和结合腔等。 关于重度的取值： 根据重力式码头设计与施工规范（JTJ 290-98）：计算定倾高度时，钢筋混凝土和水的重度应根据实测资料确定。当没有实测

4、资料时，钢筋混凝土重度宜采用24.5kN/m（计算沉箱吃水时，宜采用25 kN/m）；水重度宜采用10 kN/m（淡水）或10.25 kN/m（海水）。、沉箱浮游稳定计算步骤：1、列沉箱材料体积和体积矩计算表，计算沉箱各部分的体积、形心矩和体积矩。 用excel做出沉箱材料体积和体积矩的计算表。 形心矩指断面形心到相应轴的距离。有两个对称轴的平面图形，形心在两个对称轴的交点上。三角形的形心是中线交点，在各边高度上1/3处。 体积矩就是对应的形心矩和体积的乘积。 注意： 1）沉箱定倾中心高度的计算要求精确到厘米，为了减少误差，我们在过程计算中要求精确到毫米。 2）实际计算须对盖板、阀门和操作人员

5、等进行计算。2、计算沉箱重心位置、对沉箱宽度中心的不平衡力矩及保持沉箱平直所需的后舱加水深度t0。 X轴和Y轴方向的体积矩除以沉箱体积可求得沉箱在X轴和Y轴方向的重心。但沉箱重心与X轴和Y轴的选取无关。 不平衡力矩M的计算，应以沉箱纵轴线为转动轴。M =沉箱总重*沉箱重心到沉箱宽度方向中心线的距离。可以理解为沉箱自重对沉箱的倾覆力矩。因为存在这个倾覆力矩，所以需要施加一个扶正力矩，常用的方法就是压舱调平。 3、假定前排舱加水深度t，计算后排加水深度、重算重心高度、沉箱排水体积和浮心高度。 本题中后排加水不能采用t+t0 ，因为偏心状态下，前后舱压舱水对沉箱纵轴线的力臂和力矩都是不同的。 在计算

6、加水后的沉箱重心时，水和沉箱的重度不同，所以要用重量矩计算。因为我们已经用后舱t0深的压舱水对沉箱进行了扶正，所以无须再求不平衡力矩。 沉箱排水体积计算： F浮=G重=gv排 是液体密度，g是重力加速度，g是液体重度。 沉箱吃水计算： V=TA+v 即：沉箱排水体积=沉箱吃水*吃水截面面积+异形水下部分体积。 由此推出 本题v为前后趾体积。 浮心计算： 浮心是浮力的合力作用点，和加水后的沉箱求重心不同，它不涉及到两种材质重度不等的问题，所以可以采用体积矩计算。 是前后趾的体积矩4、计算定倾半径和定倾高度 （前述） 5、定倾高度不符合要求，则调整加水深度直到符合为止； 在excel的每一步推导中

7、要保持各步骤之间的联系和数值上的链接。 6、验算沉箱吃水和干舷高度。 重力式码头设计与施工规范：采用滑道或浮坞下水时，要求有0.3m富余深度；干船坞中预制漂浮时，考虑沉箱与底模的粘结力和真空吸力，要求有大于0.5m的富余深度；在拖运和沉放时，沉箱吃水应分别小于航道和基床顶面的水深，并保证有0.51.0m的安全富余。 为保证沉箱在溜放或漂浮、拖运和沉放时水不没顶，应有足够的干舷高度。在拖运时，干舷高度应满足： 其中：F沉箱的干舷高度； h波高；沉箱的倾斜角度；溜放时等于滑道末端的坡度角；在有掩护区拖运时采用68；需要精确计算时，可用求得。其中F为使沉箱倾斜的力；e为倾斜力F的力臂；G为沉箱重力；

8、m为定倾中心高度； S干舷富余高度。一般取0.51.0m。 本题干舷157cm，如果取7，h取0.3m，s取0.5m，F需107cm。富余量不大主要是由于沉箱前壁厚、高宽比大、格舱小等原因造成的。 如果沉箱的吃水和干舷高度不满足要求，则需要考虑用起重船或浮筒助浮/助扶的方法来代替压舱，减少沉箱吃水，增加干舷高度，或者密封舱顶出运。 、校核我们为了运算准确，还可以借助3d软件对计算结果进行校核。在CAD中将沉箱的三视图做成面域，分别在三维空间进行长度、宽度和高度方向的拉伸，然后叠加到一起，用布尔运算取并集，完成沉箱建模。 从工具中用面域质量特性查询得出沉箱的重心坐标、体积、对各轴的惯性矩等参数如

9、下图，并依此对计算结果进行校核。 借助3d软件的优点是方便快捷，计算结果精确直观。二、进水孔、通水孔和吊鼻的设置本题进水孔、通水孔布置图示 进水孔设置：进水孔布置在沉箱吃水线以下的位置，避开沉箱分层处。按现场施工分层情况时易设在距离沉箱底部5-7米的部位。进水孔采用一侧带有法兰的镀锌钢管预埋。 通水孔设置：通水孔/串水孔必须设在浮游稳定加水线以下并且留有富余。现场施工一般设在底加强角附近，以便于进水时各格舱能尽早达到水位的平衡。通水孔材料用PVC管或镀锌钢管预埋。 吊鼻设置：本题沉箱吊鼻按安装用（非吊装）吊鼻来考虑。吊鼻采用40以上圆钢制作，埋深应满足25倍直径的要求。吊鼻四周用钢筋网片进行加

10、固。吊鼻布置有以下两种形式： 第一种形式：每个沉箱布置8个吊鼻，分别位于四角结合腔和外横隔墙与前后壁的交界处。安装时结合腔部分的吊鼻用来调整安装缝宽，横隔墙部分的吊鼻用来调整前沿线。这种形式操作简单但浪费材料。 第二种形式：每个沉箱布置4个吊鼻，位于外横隔墙与前后壁的交界处。安装时每个吊鼻分别与已安沉箱吊鼻对拉和斜拉，来达到对缝宽和前沿线的控制效果。这种形式能节约吊鼻（吊鼻规格高），但每个手拉葫芦都需要钢丝绳接长（手拉葫芦有3m和6m的规格），现场会比较凌乱。三、沉箱出坞 1）浮坞定位完成后，采用经纬仪、全站仪或RTK对浮坞与沉坞坑的相对位置进行校核，并用水砣对浮船坞四周绕圈打水测量，在确定满

11、足水深要求后，浮船坞注水下潜。在浮船坞下潜过程中，应保持船体平稳，浮船坞左右吃水差控制在30cm以内，并随时保证四根锚缆紧张状态，防止浮船坞偏移走位。 2）浮船坞下潜至沉箱阀门以上时，暂时停止下潜，施工人员检查阀门能否正常工作，开始加水。舱内水是用打水板打的，需要用把加水深度换算成舱内干舷。 3）浮船坞继续下潜，当沉箱接近飘浮稳定水位时，注意沉箱有无浮起，带紧固定缆绳，沉箱漂浮后，绞紧带在沉箱上口的缆绳，防止沉箱移动碰撞浮船坞侧壁。拖轮或锚艇通过尼龙缆与沉箱连接并在前方拖带，后方可设置锚艇或发电船辅助顶推，沉箱缓慢出坞过程中要适时收放沉箱上口尼龙缆，待沉箱出坞后，解开沉箱固定缆绳。 4）浮船坞

12、排水起浮，由拖轮拖回预制场前沿定位，准备下一个沉箱出运。拖轮或锚艇将沉箱拖至现场存放或安装。考题：某工程有设备需要进行装卸，设备可以看作为高度9m，平面尺度为等腰梯形的方块，梯形高度2.5m，上边3m，下边4m，如下图：（单位：mm）1、请对本方块的吊点（采用4点吊）、吊鼻、吊索进行设计（素砼容重按照2.4t/m，吊索采用637钢丝绳，钢丝绳公称抗拉强度1400MPa）；2、采用350t起重船，起重船最大吊高离甲板以上为21m，吊起本重物后干舷高度为1.5m。 如果现有钢丝绳长度已固定为9m（垂直高度），本设备已经在起重船甲板上存放，现需要将本设备吊装到岸上，岸上码头标高为+8.0m，需要几米

13、以上的潮水才能将本设备吊装到岸上？1、吊点和吊鼻设计（1）吊点选择 本题的吊物是断面为梯形的柱体，为满足起吊过程中不发生偏转，起吊的合力应通过柱体的重心方向。 梯形断面的形心与下底边的距离为yc 方法一：yc= =1.19m 方法二：yc= =1.19m 方法三：借助cad，用特性求断面质心（massprop）。 为方便施工，吊点呈矩形布置以满足钢丝绳等长。矩形对角线过断面形心来保证起吊不会产生偏转力矩，同时与块体外边留出大于4倍吊鼻直径的净距。布置如下图： 对于需要考虑中部抗弯的板类梁类构件，宜将吊点选择在物体的分块重心上来减少物体在起吊过程中由于自重产生的弯矩。 （2）吊鼻设计 其中F为构

14、件总重设计值；n为吊鼻数，4点吊取3；fy为抗拉强度设计值，Q235钢筋直径60100mm时fy取190N/mm； F=（3+4）*2.5/2*9*24*1000=1890000N r=39.8，取80mm的Q235圆钢。 （3）吊绳设计 起吊中每根钢丝绳分担重力=1890kN/4=472.5kN 钢丝绳应力计算有三种办法： a、采用生产厂家提供的钢丝绳参数（宣传册、试验报告等）； b、查询“钢丝绳容许应力查用表”； c、在资料缺乏的情况下，可采用经验公式F破断=50d（F单位为kN，d单位为cm） 现在我们用查表的方法做一下： 637，80钢丝绳破断拉力为3620KN（或查断面面积*公称抗拉

15、强度*换算系数得出），按机械吊装最小5倍安全系数考虑，可提供的允许拉力为3620/5=724kN。设钢丝绳与吊物夹角，临界状态下： =arcsin(472.5/724)=40.7 即：在钢丝绳与吊物的夹角大于40.7时，钢丝绳张力小于钢丝绳允许拉力，满足要求。规范要求钢丝绳与吊物的夹角不得小于60。2、吊装潮水计算 假设波高0.5m，工作富余高度0.5m 则须4.5m以上潮水才能将块体吊装到岸上。西突堤A型沉箱浮游稳定性计算构 件体积 V (m3)形心矩(m)体积矩（m4）编号名称XiYiVi XiVi Yi1底板150.887.750.301169.2945.262前趾10.250.500.

16、256.876.464.100.670.632.051.033后趾10.2514.950.25153.246.464.1014.780.634.921.034前臂148.421.209.05178.101343.201.761.4917.852.6231.425后壁129.8714.289.051853.861175.301.7614.0117.8524.6631.424.1314.6117.8060.2673.446底加强角8.967.750.7069.476.277内加强角16.037.759.25124.25148.308侧墙160.917.759.051247.041456.232.4

17、67.7517.8519.0743.919纵隔墙138.607.759.351074.151295.917.047.7517.8554.56125.6610横隔墙129.157.759.351000.911207.557.387.7517.8557.20131.7311体积总计936.047045.327130.5712盖板及人2.4518.600.0045.57合计938.497045.327176.1412沉箱总重2299.31沉箱自重吃水8.1513沉箱重心位置Xc7.53Yc7.6514不平衡力矩M4547.6915后6舱加水深度t0t0=0.90右后3仓加水深度3.90左后3仓加水深度3.90右前3仓加水深度3.00左前3仓加水深度3.0016加水重力g8105.01对沉箱底重量矩M19084.6617加水后沉箱总重G31098.11重心高度Yc6.2318沉箱总排水体积V3079.02前后趾排水体积v28.7019沉箱浮游稳定吃水T11.0620浮心高度Yw5.4921重心到浮心距离a0.7422定倾半径20.5013.454.104.801.3023定倾高度m0.55