圍堰氣囊下水法因?yàn)檫m應(yīng)性強(qiáng),投入少等優(yōu)點(diǎn),在橋梁基礎(chǔ)施工中得到越來越多的應(yīng)用。 但目前尚無系統(tǒng)的分析與研究。對(duì)圍堰下水過程的靜力與動(dòng)力進(jìn)行理論分析,推導(dǎo)計(jì)算圍堰下水 過程中的人水角度、前端人水深度以及運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)信息。通過實(shí)例計(jì)算證明,所提出的計(jì)算 方法分析精準(zhǔn)、可靠,已在多個(gè)圍堰工程中得到應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 圍堰 氣囊下水 入水深度 圍堰角度 運(yùn)動(dòng)速度
在我國現(xiàn)代橋梁施工中廣泛應(yīng)用深水中的樁 承臺(tái)基礎(chǔ),其施工過程中 一 般采用雙壁鋼圍 堰L]。 自2006年以來,非控制下放的圍堰氣囊 法下水技術(shù)得到了快速發(fā)展與廣泛采用[4]。 圍堰下水過程中,氣囊、水對(duì)圍堰的運(yùn)動(dòng)以及 受力的影響非常復(fù)雜,且涉及的參數(shù)眾多,計(jì)算困 難。目前,施工單位多數(shù)依賴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行圍堰下水, 已有數(shù)次失敗案例,存在的問題主要有2個(gè)方面: 圍堰前端入水深度過大導(dǎo)致圍堰傾覆;近岸邊河 床開挖較淺,導(dǎo)致圍堰擱淺。因此,有必要對(duì)圍堰 下水過程進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析與計(jì)算。需要計(jì)算 的幾個(gè)重要參數(shù)為:①圍堰入水后的傾斜角度以及吃水深度;②圍堰下水過程中的速度。本文進(jìn) 行了相關(guān)的假定,從靜力與運(yùn)動(dòng)兩方面對(duì)圍堰下 水的過程進(jìn)行理論研究與計(jì)算。通過靜力計(jì)算, 可以求解上述的第1個(gè)參數(shù);而運(yùn)動(dòng)計(jì)算則可以 求解第2個(gè)參數(shù)。 1 計(jì)算假定與參數(shù) 由于計(jì)算的需要,做以下基本假定: (1)氣囊發(fā)生彈性變形,剛度為K,[54]。 (2)氣囊對(duì)圍堰的支承力是梯形分布q(s)= c+bs,s 為氣囊分布橫坐標(biāo)[]。 (3)下水過程圍堰只有沿坡道方向的加速 度。參數(shù)定義見表1,圍堰下水示意見圖1 表1 圍堰參數(shù)表
| | o 滑 道 坡 度 斷纜時(shí)圍堰前端與坡 S? 道末端距離 P滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.025 | β圍堰拼裝坡度 Sg坡道末端至水面距離 L 田 堰 總 長 | | | | | | | | | | | | f、圍堰在水中運(yùn)動(dòng)方向的阻力 | | |
注:如無特殊說明,質(zhì)量單位為t,力的單位為kN。
圖 1 圍堰下水側(cè)面布置圖 2 圍堰下水過程計(jì)算 2.1 過程分析 對(duì)圍堰的下水過程進(jìn)行分析,可知圍堰下水 過程可分為3個(gè)階段:第一階段,圍堰前端人水之 前在岸上加速下滑;第二階段,圍堰前端入水至圍 堰前端開始上??;第三階段,圍堰前端開始上浮至 后端下水[0]。 2.2 靜力計(jì)算 2.2.1 第一階段 下水過程第一階段受力分析見圖2,可知O≤ y≤S?。 圍堰的平衡條件為 令T(y)=L-y, 可以解得
(1) 第一階段末,圍堰角度應(yīng)為滑道角度與氣囊 前后壓縮差形成的角度之和△h,因此圍堰角度 (2)
圖2 下水第一階段受力分析圖 2.2.2 第二階段 下水過程第二階段受力分析見圖3。假定浮 力的合力作用點(diǎn)距離圍堰前端x/3。圍堰平衡條 件為
令T/(x)=L-x-S?, 得
(3) 圍堰角度k的函數(shù) (4) 本階段最大前端入水深度為
(5)
圖 3 下水第二階段受力分析圖 2.2.3 第三階段 下水過程第三階段受力分析見圖4。平衡條 件為 F·l=G·l 相對(duì)坡道末端點(diǎn)求力矩平衡,并聯(lián)立上式 (6) 通過上式可以解出k(x)=f(G,F,x)。 本階段圍堰最大前端入水深度為 hmas=max[h(x)]=max[k(x)·x] (7) 整個(gè)下水過程中圍堰最大前端入水深度為 hmax =max(hmx,g,hma.s} (8)圖 4 下水第三階段受力分析圖 2.3 下水運(yùn)動(dòng)計(jì)算 2.3.1 圍堰前端入水前 假定從圍堰斷纜至圍堰前端入水,圍堰角度 不 變 ,a=arctan(kg), 則加速度與速度分別為 ao =g sin a—μg cos a (9) vo=√2a?(S?+S?) (10) 2.3.2 圍堰前端入水后 假定圍堰在入水過程中沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),且只 有沿坡道方向的加速度。入水角度取本文2.2.1 中的參數(shù),入水后受力分析見圖5。
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