青島永泰長榮
標(biāo)題: 氣囊出運(yùn)沉管管節(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時(shí)間: 2023-12-30 17:39
標(biāo)題: 氣囊出運(yùn)沉管管節(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算
通過Ansys 軟件仿真模擬驗(yàn)算氣囊搬運(yùn)管節(jié)過程中的管節(jié)應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果表明這一工藝安全可靠切實(shí)可行。
關(guān)鍵詞：氣囊；出運(yùn)： ANSYS
Segment structural calculation for airbag transported sinking pipes
Abstract: In recent years,aihags that transport heavy units are used in marine projects more and more. In this article,through the modeling exercise by sofware“ANSYS”,the pressure and stress distribution of segments is caleulated,according to which it is proved that the methodology is safe,reliable and feasible.
Key words:airbag;transportation ; ANSYS
沉管隧道就是在修建隧道的江河、海灣或海 峽的水下預(yù)先開挖好基槽，然后將預(yù)制好的沉管 (鋼殼式或鋼筋混凝土式)從制作場地浮運(yùn)到江 河、海灣或海峽的施工現(xiàn)場，依次沉放在基槽中 并加以連接，從而建成隧道的施工方法。
1810年 Charles Wyatt 就首次在倫敦進(jìn)行了沉 管隧道施工試驗(yàn)，但直到19世紀(jì)末期，這種工法 才被加以完善并付諸實(shí)施。1910年在美國底特律 河用此工法建成第一座用于交通運(yùn)輸?shù)乃滤淼溃?這也是世界上第一條沉管法建造的鐵路隧道。之 后美國修建了許多沉管隧道。1937—1942年荷蘭 在鹿特丹修建的馬斯河隧道標(biāo)志著歐洲開始使用 沉管隧道。按國際隧道協(xié)會統(tǒng)計(jì)，從19世紀(jì)末至 今世界各國修建的沉管隧道已有122座。
沉管隧道在我國引進(jìn)時(shí)間不長，已建沉管隧 道11條。近年來沉管隧道的施工技術(shù)已日趨完善 成熟，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，沉管隧道的應(yīng)用
必將越來越多。
氣囊搬運(yùn)技術(shù)最初主要應(yīng)用于中、小型船舶 上下水，20世紀(jì)90 年代中開始在水運(yùn)工程中采 用。氣囊搬運(yùn)重物的原理與滾筒搬運(yùn)重物原理基 本相同，不同的是：滾筒是剛性的，與地基是線 接觸，工作時(shí)為圓周運(yùn)動：而氣囊是柔性的，工 作時(shí)呈扁圓形。氣囊搬運(yùn)重物時(shí)氣囊為扁圓形， 氣囊與地面為面接觸，受力面積大，單位面積受 力小，對場地適應(yīng)性強(qiáng)。在采用氣囊法出運(yùn)和轉(zhuǎn) 運(yùn)重物時(shí)具有投資少、操作簡便、靈活、對場地 要求不高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
氣囊搬運(yùn)技術(shù)在沉管隧道施工中還未有采用， 但從氣囊搬運(yùn)法在水工工程中的成功應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)， 氣囊搬運(yùn)技術(shù)也完全適用于沉管隧道的預(yù)制管節(jié) 搬運(yùn)。本文就一沉管隧道項(xiàng)目采用氣囊搬運(yùn)沉管 管節(jié)工藝，根據(jù)搬運(yùn)過程中的不同情況選取3種 不同荷載組合進(jìn)行計(jì)算，分析管節(jié)應(yīng)力狀況，計(jì)算結(jié)果表明管節(jié)應(yīng)力均滿足結(jié)構(gòu)的抗裂要求，整 個(gè)工作過程處于安全狀態(tài)。這一工藝可以滿足工 程建設(shè)的要求，是可行的。
1 氣囊選用設(shè)計(jì)
0.30 MPa, 安全閥限壓值取0.35 MPa?？紤]沉管 的尺寸，選用長度為7.5 m 和14 m 兩種，施工 過程頂升高度取430 mm, 工作高度取300 mm。
氣囊工作的相關(guān)數(shù)據(jù)按如下公式計(jì)算： 單個(gè)氣囊承壓面寬度H-9:
根據(jù)構(gòu)件尺寸及重量，考慮場地實(shí)際情況， 初選氣囊直徑及承載時(shí)可能的擺放情況進(jìn)行壓力 計(jì)算，最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果選定氣囊壓力等級、直 徑和長度。計(jì)算公式田為：
B=π(D-H)/2
氣囊承壓面積：
S=nBL=nπL(D-H)/2
氣囊氣壓：
③
(4
Q=pSx10
式中： Q 為氣囊總承載力 (kN) : P 為氣囊內(nèi)充氣
壓力 (MPa):S 為氣囊與其承載的構(gòu)件之間的接 觸面積m2,S=nBL,n 為承載氣囊數(shù)量；B 為氣囊 與構(gòu)件的接觸寬度(m);L 為氣囊與構(gòu)件的接觸長 度 (m); 氣囊與構(gòu)件的接觸寬度與氣囊直徑D 及 工作高度H有關(guān)：
B=π(D-H)/2 ②
通過計(jì)算，考慮如下原則選用氣囊：1)氣囊 額定工作壓力為計(jì)算額定壓力值的1.2倍以上； 2)氣囊之間的間隔應(yīng)足夠，同時(shí)應(yīng)考慮構(gòu)件的支 墊、構(gòu)件強(qiáng)度及地基承載力；3 工作高度一般 不低于0.2D;4 工作時(shí)氣囊總數(shù)量N一般應(yīng)增 加2~4根接續(xù)氣囊，即： N=n+(2~4)。
2 相關(guān)參數(shù)計(jì)算確定
選用直徑φ1000mm 超高壓氣囊，出廠檢驗(yàn) 承壓能力為0.39 MPa, 正常使用許用壓力為
p=Q1S=2Q/[nπL(D-H)] ⑤ 式中：D 為氣囊直徑： H 為氣囊工作高度；L 為氣 囊有效承壓長度； N 為氣囊個(gè)數(shù)； Q 為構(gòu)件重量。 通過試算，選取氣囊根數(shù)。試算如表1所示。
表1 沉管出運(yùn)氣囊試算表
取安全系數(shù)1.5,氣囊壓力≤0.2 MPa, 故選 取9根氣囊頂升搬運(yùn)沉管。氣囊凈距a 取0.40 m。單個(gè)氣囊占據(jù)的寬度為a+H+B, 取1.8 m。
采用9條14.0 m長氣囊進(jìn)行搬運(yùn)，氣囊垂 直沉管縱軸線布置。根據(jù)上述計(jì)算公式，并根 據(jù)沉管尺寸，計(jì)算施工過程中氣囊的工作參數(shù) 如表2。
表2 沉管出運(yùn)氣囊工作參數(shù)
3 算例
某工程沉管單段長度為80m, 寬為23m, 高
為8.55 m, 共需預(yù)制沉管4節(jié)。每延米管節(jié)重
188.76t(混凝土密度按2600 kg/m3 計(jì)，截面積
72.6 m2, 單段管節(jié)重量為15100 t。沉管斷面見
圖1。則其相關(guān)取值如表3。
跨間距為： l=1.8m
均布荷載為：q=1849.85 kN/m
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表3 管節(jié)出運(yùn)氣囊試算
表4 管節(jié)出運(yùn)氣囊工作參數(shù)
頂升/脫模板
搬運(yùn)過程
彎矩 M=aPP
跨中最大彎矩： M…中=468.093 kN·m
支座最大彎矩：M =629.319 kN·m
3.1 Ansys分析
考慮出運(yùn)過程中可能出現(xiàn)的不利因素，選取 以下幾種工況進(jìn)行氣囊及管節(jié)仿真計(jì)算：
D 工況3(氣囊充氣支撐沉管，型鋼抽出： 場地條件是由預(yù)制底座至上駁通長設(shè)置1%的坡 度，自重作用。
2 工況5(沉管搬運(yùn)階段):場地條件是由預(yù) 制底座至上駁通長設(shè)置1%的坡度，在該場地條件 下通道某處10m 左右范圍以內(nèi)地面出現(xiàn)-5 cm 的 凹點(diǎn)，考慮凹點(diǎn)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中間部位時(shí)的情況。
3 工況6(沉管上駁階段：場地條件是由 預(yù)制底座至上駁通長設(shè)置1%的坡度，在該場地 條件下最不利的情況。該最不利情況是：牽引上 船時(shí)，結(jié)構(gòu)一半在船上、 一半在船下，結(jié)構(gòu)上船 段甲板及基床產(chǎn)生10 cm 的總沉降，過渡段氣囊 產(chǎn) 生 2cm 的壓縮，陸上段地面存在-5 cm 的凹 點(diǎn)。
以上各種工況中沉管結(jié)構(gòu)采用梁單元模擬氣 囊對沉管結(jié)構(gòu)的作用采用彈簧單元來模擬。
3.2 計(jì)算結(jié)果
計(jì)算結(jié)果見表5~10。
3.3 結(jié)果分析
ANSYS 能根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多種分析(應(yīng)力 應(yīng)變分析)國，這里僅對其進(jìn)行是否符合安全要求 的分析，由計(jì)算結(jié)果不難看出，采用氣囊出運(yùn)管
節(jié)各工況下均未超過氣囊的允許應(yīng)力及混凝土的 抗拉應(yīng)力，整個(gè)過程可保證處于安全可靠的狀態(tài)。 該工藝可滿足工程建設(shè)的要求，具備可行性。
4 結(jié)語
氣囊出運(yùn)管節(jié)工藝具有良好的可操作性和較 高的安全可靠性，完全可以滿足大多數(shù)鋼筋混凝 土沉管隧道的施工建設(shè)，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
表5 工況3氣囊應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 Pa
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聲明：以上有關(guān)船用氣囊和橡膠護(hù)舷的資料部分會青島永泰長榮工廠技術(shù)資料，也有網(wǎng)絡(luò)上搜集下載所得，本著氣囊護(hù)舷行業(yè)資料共享的精神，我們拿出來分享，如有侵權(quán)，請聯(lián)系0532-84592888刪除，謝謝
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