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8.2 浮力计算


8.2.1 干舷高度应根据管节尺寸、混凝土重度、结构含钢量、水体重度、施工荷载、管节制作误差等因素确定,管节完成舾装后的干舷高度宜控制在100mm~200mm。
8.2.2 管节在漂浮状态的定倾高度不宜小于300mm。如管节在施工过程中可能因侧向牵引、锚拉、横向水流、浪涌或风压而产生较大倾角的状态,应按船舶工程的计算方法进行稳定性验算。
8.2.3 管节在施工期和运营期,应按下列公式进行抗浮计算:
:
    式中:
    Ff——管节浮力设计值(kN);
    Gs——管节自重标准值(kN);
    Gb——舾装、压舱及覆盖层等有效压重标准值(kN);
    γw——水体重度(kN/m³); 
    V——管节排开水的体积(m³);
    γs——抗浮分项系数,各阶段取值:
    1) 沉放、对接阶段1.01~1.02;
    2) 对接完成后1.05;
    3) 压舱混凝土、回填覆盖完成后1.10~1.20。

条文说明
8.2.1 干舷是表征管节漂浮状态的一个重要指标,干舷高度过小会增加管节浮运过程中的风险,干舷高度过大则管节沉放时需要克服的浮力很大。根据国内外既有工程经验,通常将舾装完成后的干舷高度控制在100mm~200mm时相对经济、安全。为了确保计算精度,干舷计算时应按混凝土实际配合比重度并考虑配筋率的影响,水体重度应考虑温度、盐度和水中颗粒物的影响。
8.2.2 为了保证管节在漂浮状态的稳定性,需验算管节的定倾高度。定倾高度指定倾中心与重心之间的距离,定倾中心是指当管节倾斜一个微小角度时浮力矢量与管节竖向中性轴平面的交点。需要注意的是,以定倾高度评价管节的稳定性只适用于小倾角状态,如果管节在施工过程中可能因为侧向牵引、锚拉、横向水流或风压而产生倾角大于10°的状态,则应根据船舶工程的计算方法进行稳定性验算。
    管节浮运状态相对位置见图1。
    定倾高度可按下式进行计算:
:
    式中:
    2——定倾高度(m):
    J——管节沿水位线包围的平面绕纵向O轴的惯性矩(m4);
    ∑Jw——管节各部分压舱水的液面分别绕各自纵向O'轴的惯性矩之和(m4);
    V——管节排水体积(m³);
    2——管节浮心与管节重心之间的距离(m),管节重心位于管节浮心之上为正。
。
图1 管节浮运状态相对位置
    G——管节重心;F——管节浮心,即管节排水体积的重心;B——管节外包宽度(m);b——压载水舱宽度(m);H——管节外包高度(m);hg——干舷高度(m)
    浮运阶段矩形断面管节内部无压舱水时的定倾高度可按下式计算:
:
    沉放阶段,矩形断面管节内部有压舱水时的定倾高度可按下式计算:
:
    式中:
    L'一压载水舱沿管节纵向的总长度(m)。
8.2.3 在管节基槽开挖、浮运、沉放等施工过程中,水体重度往往会有一定的变化,在进行管节抗浮验算时,应及时监测水体重度,掌握施工期水体重度变化情况,如隧道所处水域回淤严重,应适当提高抗浮分项系数。
    在管内压舱混凝土浇筑完成后,管节抗浮分项系数不宜小于1.10,在管顶回填覆盖完成后,管节抗浮分项系数不宜小于1.20。
 
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沉管法隧道设计标准 GB/T 51318-2019
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