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​四川眉山桥梁拆除薄壁浮运沉井浮运过程稳定性验算

futao 拆除工程 2019-04-26 676 0
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四川眉山桥梁拆除薄壁浮运沉井浮运过程稳定性验算

薄壁浮运沉井作为一个浮体,其在浮运过程中的稳定性是沉井安全施工的必要条件。

(一)正浮状态稳定性验算

正浮状态就是要求浮体处于一个正常稳定的浮运状态,其表现在稳定方面的必要条件是:

p-y>0(6-67)

式中:p——浮运沉井处于正浮状态下的定倾半径,即定倾中心至浮心的距离;y——沉井重心至浮心的高差,重心在浮心之上时为正,重心在浮心之下为负,浮心是浮运沉井吃水部分体积的重心。

当处于绝对的水平状态时,浮心是位于沉井的对称轴上。但沉井浮运过程总是要产生倾斜的,此时浮心的位置就要发生变化,如图6-34所示。浮运沉井在倾斜且保证稳定状态下,沉井的对称轴也必然随之产生倾斜,浮心的垂直线和沉井的对称轴线的交点称之为定倾中心,只有该点位于沉井重心之上时浮体才是处于稳定状态,浮心与定倾中心的连线为定倾半径。

(1)y的计算

以图6-35钢筋混凝土薄壁沉井为例,介绍y的计算方法,验算浮运沉井的稳定性。

图6-34浮运沉井稳定计算图

图6-34浮运沉井稳定计算图

图6-35计算浮心位置示例

图6-35计算浮心位置示例

从底板算起的吃水深度为:

ho=

如(6-68)Vo=V-V,-V2式中:V%——沉井底板以上部分排水体积;V——总排水体积(按沉井重量为排开水的重量计出);V——底板以下刃脚体积;V,——底板以下隔墙体积;A。——沉井吃水线截面面积,倾斜角度很小,不考虑再影响,直接用吃水线处沉井水平截面面积。

以y,来表示浮心位置距隔墙底的距离,则浮心位置距刃脚底为ha+y1,应用各排水体积重心对刃脚底的体积矩M,(即各排水体积与体积重心至刃脚底距离的乘积)来求得浮心位置,有:

hs+yn=-

M。、M,、M,分别为各排水体积Vo、Vi、2的体积矩,计算如式(6-70)~式(6-72)所示。

Mo=%(hi+)(6-70)M,=.4.2n'+a(671)

3+a M2=v%(的.2i+i+h)(6-72)

M1=Mo+M,+M2(6-73)

式中:h:—底板至刃脚踏面的距离(m);h3——隔墙底距刃脚踏面的距离(m);ha——底板下的隔墙高度(m);A'——底板下井壁的厚度(m);

A,——隔墙厚度(m);a:——隔墙底面宽度(m);a——刃脚踏面的宽度(m)。

重心的位置引用上面同样的方法求得。重心位置距刃脚踏面为y2,则有:

Mn2=V式中:Mn——沉井各部分体积与其重心至刃脚踏面距离的乘积。

最后计算得:

y=2-(h3+yx)(6-75)

(2)p的计算

定倾半径p为定倾中心到浮心的距离,可由下式计算:

式中:—吃水截面面积对该截面上的倾斜轴线的惯性距,按沉井轮廓面积计算,对矩形沉井为I=号,L、B为矩形截面的长、宽边;V%——沉井排水体积。

对圆端形沉井,则/=0.049d*+号;对于带钢气简的浮运沉井,其/值的计算很复杂,要按沉井轮廓面积,并考虑气筒布置及是否连通的情况(各气筒互不连通时,1值为最大)和各阶段沉井入水深度计算。

(二)倾斜角度验算

实际上,浮式沉井在浮运过程中总要受到牵引力、流水压力、风力等作用,所以沉井必然要产生倾斜,这是不可避免的。在沉井稳定性验算时,除应满足p-y>0外,尚要求控制倾斜角度,按式(6-77)验算:

M n.nW-7)≤6°(67)p=arctan式中:g——沉井浮体稳定倾斜角;M——各种外力对浮心产生的外力矩(kN·m);

。——排水体积(m3);y。——水的重度,取10kN/m2;p——定倾半径(m);y——沉井重心至浮心距离(m)。

(三)井壁出水高度验算

在沉井浮运验算中,一般还要验算沉井倾斜后露出水面的高度,以保证沉井在拖运中的安全。其验算式为:

h=H-ho-h,-Btang=[h](6-78)

式中:H——浮运时沉井高度;ho——由底板算起的吃水深度;h,——底板至刃脚踏面距离;

B——矩形或圆端形沉井的宽度;

[h]——浮运时发生最大倾斜时,井顶出水高度的安全值,一般取0.5~1.0m;其余符号含义同前。

浮运沉井施工过程各阶段和工序的施工安全性要作为重点考虑,按各施工阶段的沉井重力、人土深度、浮体稳定性、井壁水头差、井壁出水高度及其受力部分混凝土的龄期强度等内容,计算各种可能水位和河床高程时沉井就位的相应内力,以及落地后所控制的沉井浮重和刃脚可能达到的高程。通过每一施工阶段的计算,可解得到井壁各部位得以满足设计要求的依据,其具体内容可参阅《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)。


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