海洋环境中吊架法沉箱安装定位方法

本文格式为Word版，下载可任意编辑——海洋环境中吊架法沉箱安装定位方法

总结，对推动沉箱施工工艺走向安好、高效、成熟、先进和经济化，为以后沉箱施工工程供给参考和指导有着重大的意义。

然而，在当今处于繁杂波浪作用下的如意岛沉箱施工中，沉箱吊运困难，施工速度受限，波浪和水流的影响均不能疏忽，施工环境的繁杂性和特殊性均迫使我们探寻一类适用于海洋环境中沉箱高效安装的方法。为此，本文通过数值方法建立海洋环境中沉箱安装中的吊架计算模型，分析吊架受力特征，为确保吊架安好分析供给理论支撑。基于数值结果，结合理论分析，提出海洋环境中沉箱借住吊架举行安装定位的分析方法。研究海洋环境中吊架法沉箱安装定位关键施工要点和工艺。基于所建立的海洋环境中沉箱安装全动态数值仿真模型，结合工程现状，提出海洋环境中吊架法沉箱安装定位的施工工艺。

1吊架设计

1.1吊架方案比选

本文结合海口如意岛填岛工程Ⅱ（西）标段工程举行研究和分析。

根据现场条件，可选的吊架方案有单层吊架、可动式吊架、双层吊架三种。单层吊架安好性能较差，不予考虑。由于可移动式吊架对设计及制作人员的要求较高且本金较高，本工程中最终选用双层吊架方案。

1.2沉箱吊架的参数设计

（1）根据实际预制沉箱仓数及沉箱重量设计。①现有能安定起吊4至6仓沉箱，由于其重量较轻且布局紧凑，因此在沉箱前后设计吊装孔，每边2个，总共4个起吊位置。②对于设计中的9至12仓沉箱，因其重量较重，前后趾面长度约20米，跨度较长，因此每边设计4个吊装孔，总共8个起吊位置。

（2）吊装架设计的重点是1700t以上沉箱的安好起吊并稳定使用。前期试吊结论认为，现有设备能够对6仓小沉箱安定起吊。本工程6仓沉箱最大重量约778t，考虑吊具及其他杂物和水的重量，最大重量达约850t，4个吊点，每个吊点平均承受重量约212.5t。

（3）本工程最重沉箱CX5cq2重1726t，考虑吊具及其他杂物和水的重量，将最大重量设置在1800t。吊装架将有8个起吊点，为了稳定布局，须使每个受力平匀，即使如此每个节点平均受力225t，比较4仓沉箱每个吊点平均承重增加约6%，因此认为，按现有工艺制作沉箱沉箱吊架时，仍能到达许用标准。

（4）更加注明吊架设计时，8条吊绳须垂直水平面，否那么受力不均将造成安好隐患。

（5）吊架在得志受力布局的同时尽可能裁减制作本金，以及维护本金。

基于本文选用的吊架方案，沉箱出运如下图所示：

图1双层吊架方案沉箱水上出运

2吊架布局计算理论

有限元法计算方法（FEM，FiniteElementMethod）是通过变分理论，使得误差函数尽可能达成最小值并产生稳定结果的计算方法。

2.1变分原理

变分法的理论原理是给定一个标量函数，其函数定义式如下：

式中，是位置函数;F和E分别是给定的微分算子。因此连续体问题的求解就是探索函数，它对于任意的一个变化量，使得可以取得取驻值。因此，在求解连续体问题，对于任意的，它的变分是

（2）

这就定义了驻值条件。

假设一个实际问题可以简化出相应的变分原理，那么就意味着能够建立起适合于对该工程问题举行有限元法标准计算分析的积分方程，进一步得到近似的结果值。

2.2吊架布局计算流程

图2计算流程图

3吊架布局MIDAS模型

3.1计算模型与假设

吊架的杆件采用梁单元模型，吊绳采用索单元模型。为简化计算分析做出如下假定：

（1）起重机吊钩不发生偏转，为模型的边界。

（2）布局全体的重量集中在沉箱上，沉箱采用虚梁模拟，沉箱自重按照均布荷载加到虚梁单元上。

3.2材料参数

钢材：杆a为自定义钢材，吊架b采用Q345b级钢材。

沉箱混凝土：采用C40混凝土，密度设为0（虚梁）。

吊绳采用wire1470钢材模拟。

3.3截面特性

杆a：为外径1219mm，壁厚22mm的管型截面。

吊架b：为外径728mm，壁厚14mm的管型截面。

吊绳为双根，面积为单根的两倍，模型采用实际直径。

吊绳a：直徑237.6mm

吊绳b：直径186.7mm

吊绳c：直径127.3mm

3.4设计荷载

本工程最重沉箱CX5cq2重1726t，考虑吊具及其他杂物和水的重量，将最大重量设置在1800t。

布局静力计算，最不利荷载为沉箱完全悬浮于空气中，全体重量集中到沉箱上，设计荷载1800t。按照均布荷载加到沉箱的虚梁单元上。

3.5空间有限元模型

非线性有限元模型示意图如下：

图3吊架有限元模型示意图

3.6模型布局分析

基于所建立的吊架有限元模型系统地研究了不同吃水深度下杆件的应力与变形规律：

随着沉箱从水面沉入水中至水下1m，2m，3m，吊架布局中吊绳a、b、c，杆a，吊架b所受的力和应力都逐步减小，并且吊架变形符合标准。

由以上说明本工程中所采用的双层吊架的稳当性。

4沉箱安装定位方法

第一件沉箱的下水安装，由于周边可视程度低并且没有辅佐定位的参考物，因此只能举行粗安装，其安装只是为以后的其他沉箱精确安装创造条件。紧接着举行其他沉箱的粗定位。

粗定位之后，施工人员往沉箱中持续加水，沉箱下沉，当沉箱下沉到沉箱底面与目标基床床面的距离在0.3～0.5m范围内时，就可以对该沉箱举行精确的定位工作。

由在场测量人员利用高精度GPS定位仪器，对下沉施工中的沉箱的四个角点的坐标、标高高程举行监测，根据施工要求和实际处境，对沉箱举行注水（或抽水）操作，调整沉箱的漂泊状态，使其四个角点的标高相近或一致，前后面向的坡度与目标基床倒坡坡度相近或一致;同时可以操控卷扬机、手动葫芦来调整沉箱与沉箱之间的木方厚度，对沉箱之间的缝宽、错牙，偏位等举行调整，使其在施工要求和模范要求范围之内。

上面的调整流程完成之后，接着持续向沉箱中缓慢注水，同时不断留心查看沉箱下沉的实时动态变化，实时举行偏位调整，使施工沉箱精确坐落于目标基床面上，稳定不偏移。

施工沉箱坐落于目标基床面上后，持续缓慢注水并不断测量查看沉箱的动态变化，调整各个仓箱的注水速度，且注水要平匀稳定，使沉箱不至于在注水过程中产生偏位。当沉箱中的水漫至沉箱上部隔墙预留的贯串圆孔位置处时，再次测量沉箱的偏位。当符合施工要求时，持续向沉箱加水到与潮水位相平日，施工沉箱安装的过程根本终止。详见沉箱安装示意图如4。

5结论

本工程依托如意岛沉箱安装定位施工开展，举行吊架法沉箱安装定位研究。通过本工程的研究、实施与工程实践，从水运安好的需求启程，力求透露沉箱吊架施工的工作性状，提升施工效率，俭约劳动本金。

5.1本工程涉及以下关键技术

（1）明确了沉箱吊架的力学性质，分析了沉箱吊架的受力特征。

（2）多层次分析了双层吊架的可行性。

（3）建立了沉箱布局分析的有限元数值模型

（4）提出了吊架法沉箱定位施工关键技术。

5.2经过前面的计算分析，可得出以下结论

（1）利用有限元方法，分析了吊架在搬运沉箱中的受力处境，确定了对于不同的