用充氣膠囊在臺車上頂升并運(yùn)載沉箱出運(yùn)方案的理論計(jì)算解讀

1、用充氣膠囊在臺車上頂升并運(yùn)載沉箱由運(yùn)方案的理論研究(1)沉箱長30米，分2列臺車出運(yùn)，每列臺車分四節(jié)，中間連接距離為0.5米。則：臺車每節(jié)的長度為：30 0.5 3 7.125m 4設(shè)打氣嘴改為如圖所示的頂(底)部，則每列臺車可設(shè)計(jì)為8節(jié)。則：每節(jié)臺車上氣囊的有效長度約為 6.0m, 2列8節(jié)臺車的氣囊有效長度為6 8=48口沉箱重量按6000t計(jì)。氣囊厚度10mme 30mm,充氣嘴法蘭厚度20mm所以設(shè)定氣囊在腔內(nèi)的高度為 0.1m。(2)若采用額定壓力為0.6mpa的高壓氣囊則每節(jié)臺車上氣囊的頂升寬度：b=6000 2.08m 48 60設(shè)氣囊放在2.08m的氣囊鋼腔內(nèi)高度為0.1m,則

2、沉箱頂升高度為0.15m時(shí)，氣囊的總頂升高度為 0.25m。校核氣囊的直徑：b，=/ d 0.25 2 2.08m則：d=1.58m需采用的氣囊直徑為1.58m頂升0.25m時(shí)時(shí)氣囊的自然最大寬度 產(chǎn)2.08+0.25=2.33 (0.25m) 自然狀態(tài)氣囊的寬度為：冗% 2.48m >2.08m (0.4m)(3)若采用額定壓力為0.8 mpa的高壓氣囊則每節(jié)臺車上氣囊的頂升寬度：600048 80b= 1.5625m設(shè)定氣囊放在1.57m的氣囊鋼腔內(nèi)的高度為0.1m,則沉箱頂升高度為0.15m時(shí)，氣囊的總頂升高度為 0.25m。校核氣囊的直徑：b' =- d h 1.57m

3、2則：d=1.25m頂升0.25m時(shí)氣囊的自然最大寬度=1.57+0.25=1.82m (0.25m)自然狀態(tài)氣囊的寬度為：冗% 1.9625m > 1.57m (0.4m)(4)若采用額定壓力為1.0mpa的高壓氣囊則“每節(jié)臺車上的氣囊的頂升寬度：d_ 6000b= 1.25m48 100設(shè)定氣囊放在1.25m的氣囊鋼腔內(nèi)的高度為0.1m,則沉箱頂升高度為0.15m時(shí)，氣囊的總頂升高度為0.25m。校核氣囊的直徑：b，=/ d 0.25 2 1.25m則;d=1.05m頂升0.25m時(shí)氣囊的自然最大寬度=1.25+0.25=1.5m > (0.25m)自然狀態(tài)氣囊的寬度為：冗%

4、1.6485m > 1.25m (0.4m)擬采用額定壓力為1.2mpa的高壓氣囊則：每節(jié)臺車上的氣囊的頂升寬度：d_ 6000b= 1.05m48 120設(shè)氣囊放在1.05m的氣囊鋼腔內(nèi)的高度為0.1m,則沉箱頂升高度為0.15m時(shí)，氣囊的總頂升高度為0.25m。氣囊不伸長使用時(shí) 校核氣囊的直徑：b'=兀 d 0.25 2 1.05m貝u: d=0.92m頂升0.25m時(shí)氣囊的自然最大寬度=1.05+0.25=1.3m （0.25m）自然狀態(tài)氣囊的寬度為：冗% 1.44m > 1.05m （0.4m）氣囊膨脹伸長使用時(shí) 校核氣囊的直徑和額定壓力：（即氣囊在鋼腔內(nèi)平放自然狀

5、態(tài)（不折疊）的寬度為1.05m時(shí)）a:校核氣囊的直徑u d 2 1.05m貝u: d=0.67mb:校核氣囊的額定壓力頂升高度0.25m時(shí)：不膨脹時(shí)氣囊頂面的寬度為：b'=兀0.67 0.25 2 =0.6594m使用時(shí)須膨脹至1.05m寬。不膨脹氣囊的周長（不變）為： l=% d=3.14x0.67=2.10m需膨脹后的氣囊周長為：l1=0.25 x 2+1.05 x 2=2.60m氣囊的伸長率為： =2.6 2.1 0.238=23.8%l 2.1設(shè)定氣囊橡膠的彈性模量 e=5.4mpa設(shè)定氣囊的橡膠壁厚b=10mm則設(shè)定單位寬度a=1000mm勺氣囊橡膠壁白面積a=10000mm

6、根據(jù)虎克定律，氣囊單位寬度 a=1000mm伸長率為0.238時(shí)所需的軸向拉力 n=/ ea=0.238 x5.4 x 10000=12852n設(shè)定該軸向拉力n全部由氣囊內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生，則氣壓：pi= n =12852 =0.005 mpa=0.05kg/cm2l1 a 2600 1000氣囊的頂升寬度為1.05m時(shí)，要頂起沉箱需要的額定壓力：p=1.2+ p 1=1.2+0.005=1.205 mpa結(jié)論：在、兩種氣囊方案中，第種方案由于氣囊在使用中 需不斷地伸縮，影響使用壽命，且氣囊充氣嘴必須固定在氣囊正中心， 所以建議采用第種方案（缺點(diǎn)是氣囊在鋼腔內(nèi)需兩邊各折疊 0.2m, 氣囊的設(shè)計(jì)

7、頂升高度比第種方案須高2倍氣囊的壁厚約20mrm。實(shí)際確定氣囊的頂升寬度需設(shè)定沉箱底板在最不利的情況下，在1.5 mpa的線荷載的作用下的最小寬度決定。然后反算需氣囊的額定 氣壓。（6）氣囊充氣需每列并聯(lián)使用，且可單控；放氣（水）也必須做到 同時(shí)。必須達(dá)到計(jì)算壓強(qiáng)后才能同時(shí)起升。不可在浮船塢上用氣囊長久支撐沉箱出運(yùn)下水。（必須放氣后用支墩支墊沉箱出運(yùn)下水或氣囊放氣后用鋼腔兩側(cè)的箱壁支撐沉箱出 運(yùn)下水）（7）計(jì)算側(cè)壁摩擦力對頂升力的減少（溫度的變化）（8）需要探討的問題：能否做到額定壓強(qiáng)為0.8mpa以上的高壓氣囊，額定壓強(qiáng)為0.8mpa 在六面約束的情況下是否可使用到 1mpo?能否加工時(shí)做到

8、如圖所示的氣囊充氣口在頂（底）部？在兩邊折疊0.4m的情況下，其內(nèi)部的最大高度0.1m的空間能否滿足？ （ 0.8mpa的氣囊的壁厚是多少？）頂升高度0.15m的情況下，兩線支撐沉箱運(yùn)行中能否失穩(wěn)而需要設(shè)計(jì)支墊？是否需加頂升限位裝置？氣囊的使用壽命是多少？充氣膠囊的上（下）墊可用木材或混凝土的，建議用木材的。（8）沉箱寬22米方向出運(yùn)（橫移），分2列臺車出運(yùn)，每列臺車分7節(jié),每節(jié)3.0m,中間連接距離為0.15米。則：每節(jié)臺車上氣囊的有效長度為： 3.0-0.31 x 2=2.38 m , 2歹u14 節(jié)臺車的氣囊有效長度為l=2.38 x 14=33.32m,沉箱重量按6000t計(jì)。氣囊厚度

9、10mm：30mrm,充氣嘴法蘭厚度20mm所以設(shè)定氣囊在腔內(nèi) 的高度為0.1m。設(shè)定氣囊的頂升寬度為1.0m,校核頂升沉箱需的額定壓力（計(jì)算壓強(qiáng)）p1= 6000 =180t/m2=1.8mpa33.32 1.0若在運(yùn)行中每列臺車各有一個(gè)氣囊損壞，出運(yùn)還要進(jìn)行，校核頂升沉箱需的額定壓力（設(shè)計(jì)壓強(qiáng)）l=2.38 x 12=28.56mp2= 6000 =210t/m2=2.1 mpa28.56 1.0（9）沉箱長30米方向出運(yùn)（縱移），分2列臺車出運(yùn)，每列臺車分9節(jié)，每節(jié)3.0m,中間連接距離可為0.375米。則：每節(jié)臺車上氣囊的有效長度為：3.0-0.31 x 2=2.38 m , 2歹u1

10、8 節(jié)臺車的氣囊有效長度為l=2.38 x 18=42.84m,沉箱重量按6000t計(jì)c氣囊厚度10mm30mm,充氣嘴法蘭厚度20mm所以設(shè)定氣囊在腔內(nèi) 的高度為0.1m。設(shè)定氣囊的頂升寬度為1.0m,校核頂升沉箱需的額定壓力（計(jì)算壓強(qiáng)）p1= 6000 =l40t/m2=1.4mpa42.84 1.0若在運(yùn)行中每列臺車各有一個(gè)氣囊損壞，出運(yùn)還要進(jìn)行，校核頂升沉箱需的額定壓力（設(shè)計(jì)壓強(qiáng)）l=2.38 x 16=38.08mp2= 6000 =158t/m 2=1.58mpa38.08 1.0（10）校核伸長與不伸長使用時(shí)氣囊的直徑氣囊不伸長使用時(shí) 校核氣囊的直徑：b，=/ d 0.25 2

11、1.0m貝u: d=0.89m自然狀態(tài)氣囊的寬度為：冗% 1.40m > 1.0m （0.4m）氣囊膨脹伸長使用時(shí) 校核氣囊的直徑和額定壓力：（即氣囊在鋼腔內(nèi)平放自然狀態(tài)（不折疊）的寬度為 1.0m時(shí)）a:校核氣囊的直徑冗 d 2 1.0m則：d=0.637mb:校核氣囊的額定壓力頂升高度0.25m時(shí)：不膨脹時(shí)氣囊頂面的寬度為：b' 丁 0.637 0.25 2 =0.608m使用時(shí)須膨脹至1.0m寬。不膨脹氣囊的周長(不變)為： l=% d=3.14x0.637=2.0m需膨脹后的氣囊周長為：li=0.25 x 2+1.0 x 2=2.50m氣囊的伸長率為：=2.5 2.0 0

12、.25=25%i 2.0設(shè)定氣囊橡膠的彈性模量 e=5.4mpa設(shè)定氣囊的橡膠壁厚b=10mm則設(shè)定單位寬度a=1000mm勺氣囊 橡膠壁白面積a=10000mm根據(jù)虎克定律，氣囊單位寬度a=1000mm伸長率為0.25時(shí)所需的軸向拉力 n= ea=0.25 x5.4 x 10000=13500n l設(shè)定該軸向拉力n全部由氣囊內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生，則氣壓：pi=-= 13500=0.0054 mpa=0.054kg/cm2ii a 2500 1000氣囊的頂升寬度為1.00m時(shí)，要頂起沉箱需要的額定壓力：p=1.4 (1.8) + pi=1.4 (1.8) +0.0054=1.4054 (1.80

13、54) mpa結(jié)論：在、兩種氣囊方案中，第種方案由于氣囊在使用中 需不斷地伸縮，影響使用壽命，且氣囊充氣嘴必須固定在氣囊正中心， 所以建議采用第種方案(缺點(diǎn)是氣囊在鋼腔內(nèi)需兩邊各折疊0.2m,氣囊的設(shè)計(jì)頂升高度比第種方案須高2倍氣囊的壁厚約20mrm。實(shí)際確定氣囊的頂升寬度需設(shè)定沉箱底板在最不利的情況下，在1.5 mpa的線荷載的作用下的最小寬度決定。然后反算需氣囊的額定 氣壓。(11)校核沉箱底版的受沖切承載力：顯浪沉箱的情況：沉箱重2800t,需臺車長15ml寬0.6m;相當(dāng)于93t/m的線荷載(1.55mpa的面荷載)。底版鋼筋。25x。25 , 250 底版厚0.7m。此次校核沉箱底板

14、的厚度為 0.55m即h0=0.5m,底板鋼筋。25x025 , 250調(diào)查氣囊生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝情況，和我們的現(xiàn)有額定供氣壓力13.8mpa的空壓機(jī)情況，決定氣囊的頂升寬度為b=1.15m,長度a=2.38m (計(jì)算沖切時(shí)不計(jì)頂部鋼板的擴(kuò)散寬度)根據(jù)高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范(jtj291-98)a:橫移時(shí)：a：若荷載不均衡系數(shù)k=1.2,共14節(jié)臺車承擔(dān)6000t沉箱，則每節(jié)臺車承擔(dān)的荷重 f1u=1.2 6000=514.29t=5142900n14f1u=- & f tumh0 d 1lx0.7x1.5x(b+500) x2+ (2380+500) x2x500=51429001.

15、10.9545 x (2b+6760) =10285.8b=2008mm=2.008m即此時(shí)混凝土底版的抗沖切寬度應(yīng)為 2.008mb：若荷載不均衡系數(shù)1.15,共12節(jié)臺車承擔(dān)6000t沉箱，則每節(jié)臺車承擔(dān)的荷重 f1u=1.15 6000 =575t=5750000n12f1u=- & f tumh0x0.7x1.5x(b+500) x2+ (2380+500) x2x500=5750000 1.10.9545 x (2b+6760) =11500b=2644mm=2.644m即此時(shí)混凝土底版的抗沖切寬度應(yīng)為2.644mb:縱移時(shí)：a：若荷載不均衡系數(shù)k=1.2,共18節(jié)臺車承擔(dān)6

16、000t沉箱，則每節(jié)臺車承擔(dān)的荷重 f1u=1.2 6000 =400t=4000000n18f1u= & f tumh0 d1,x0.7x1.5x(b+500) x2+ (2380+500) x2x500=4000000 1.10.9545 x (2b+6760) =8000b=810mm=0.81m即此時(shí)混凝土底版的抗沖切寬度應(yīng)為0.81mb：若荷載不均衡系數(shù)k=1.15,共16節(jié)臺車承擔(dān)6000t沉箱，則每節(jié)臺車承擔(dān)的荷重 f1u=1.15 6000=431.25t=4312500n16f1u= & f tumh0 d工x0.7x1.5x(b+500) x2+ (2380

17、+500) x2x500=4312500 1.10.9545 x (2b+6760) =8625b=1138mm=1.138m即此時(shí)混凝土底版的抗沖切寬度應(yīng)為1.138m<1.15m滿足要求c:在沉箱運(yùn)移上半潛駁途中且沉箱尾部還在縱移臺座上氣囊全部破裂的偶然情況，需用鋼箱的側(cè)壁支撐沉箱才能保證不出現(xiàn)沉箱尾部落在臺座上而無法移動的事故，所以須在縱移時(shí)鋼箱的側(cè)壁上端從兩端放置方木保護(hù)支墊。在臺座間運(yùn)移沉箱沉箱若發(fā)生氣囊全部破裂或一邊全部破裂的情況，可以氣囊全部放氣而撤出臺車(最好也放置方木 保護(hù)支墊，保護(hù)沉箱不受損壞)。對以上的偶然情況，校核沉箱能抵抗沖切的鋼箱側(cè)壁的支撐寬度：荷載不均衡系數(shù)

18、k=1.13, 18節(jié)鋼箱側(cè)壁承擔(dān)6000t沉箱，則每節(jié)臺車承擔(dān)的荷重 fiu=lil3_6oo°=376.7t=3767000n18f1u= & f tumh0 d工 x0.7x1.5x(b+500) x2+ (2380+500) x2x 500=37670001.10.9545 x (2b+6760) =7534b=567mm=0.567m,需鋼箱側(cè)壁每邊的寬度為 b/2=283mm ,設(shè)計(jì)鋼箱側(cè)壁每邊的寬度為310-10 x2=290m礴足要求。對以上的偶然情況，校核方木的承壓強(qiáng)度(順紋承壓)根據(jù)常用木材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值表知：決大部分木材的順紋承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fc a10m

19、pa 取 fc=10mpa。順紋使用的木材承壓為 f=10 x 290 x 2380 x 2 x18=248472000n=24847.2t>6000x 1.2=7200t 滿足要求。c:若校核沉箱底板的厚度為0.70m即h0=0.65m,校核橫移時(shí)的底版抗沖切寬度b,計(jì)算同上a, ba:集中荷載不在支座(隔墻)處：e =0.7p1=1.879mpa(k=1.2)即共 14節(jié)臺車承擔(dān) 6000t 沉箱，貝u: b=1708mm> 1150mn?f 滿足p2=2.1mpa(k=1.15)即共 12 節(jié)臺車承擔(dān) 6000t 沉箱,則:b=2344mm> 1150mn?f 滿足b：

20、集中荷載在支座（隔墻）處：e =0.85p1=1.879mpa（k=1.2）即共 14 節(jié)臺車承擔(dān) 6000t 沉箱，貝u: b=757mm < 1150mml足p2=2.1mpa（k=1.15）即共 12 節(jié)臺車承擔(dān) 6000t 沉箱，貝u: b=1281mm > 1150mmf 滿足 （劉總說不夠可加鋼筋） 。（ 12）校核沉箱底版的抗彎 承載力：經(jīng)港灣設(shè)計(jì)院賀工核算，在 4.5mx4.5m （計(jì)算跨度），1.15mx 2.40mp=1.576mpa， 在荷載寬度（1.15m） 邊緣距隔墻0.2m 的集中荷載作用的情況下，底板鋼筋0 25x 0 25 , 250底版厚0.6m,

21、即可滿足抗 彎承載力的要求；在p=1.827mpa時(shí)底板厚0.7m可滿足抗彎承載力的 要求，但p=2.1mpa時(shí)底板厚0.7m不能滿足抗彎承載力的要求。如果 集中荷載在計(jì)算跨度中間的最不利情況， 以上計(jì)算都不滿足， 需重新 核算。 （劉總說不夠可加鋼筋） 。（ 13）校核氣囊的額定壓力 沉箱寬 22 米方向出運(yùn)（橫移） ，分 2 列臺車出運(yùn)，每列臺車分7節(jié)，每節(jié)3.0m,中間連接距離為0.15米。則：每節(jié)臺車上氣囊的有效長度為： 3.0-0.31 x 2=2.38 m , 2列14 節(jié)臺車的氣囊有效長度為l=2.38 x 14=33.32m,沉箱重量按6000t計(jì)。 氣囊厚度10mm， 充氣嘴

22、法蘭厚度6mm， 所以設(shè)定氣囊在腔內(nèi)的高度為0.1m。設(shè)定氣囊的頂升寬度為1.15m,校核頂升沉箱需的額定壓力(計(jì)算壓p1=6000 1.0(1.2)-33.32 1.15強(qiáng))_一、 2 ，一 一、=156.6t (187.9) /m =1.566 (1.879) mpa若在運(yùn)行中每列臺車各有一個(gè)氣囊損壞，出運(yùn)還要進(jìn)行，校核頂升沉 箱需的額定壓力(設(shè)計(jì)壓強(qiáng))l=2.38 x 12=28.56mp2=6000 1.0(1.15) =182.7 (210) t/m 2=1.827 (2.10) mpa 28.56 1.15 沉箱長30米方向出運(yùn)(縱移)，分2列臺車出運(yùn)，每列臺車分9節(jié)，每節(jié)3.0m

23、,中間連接距離可為0.375米。則：每節(jié)臺車上氣囊的有效長度為：3.0-0.31 x 2=2.38 m , 2歹u18節(jié)臺車的氣囊有效長度為l=2.38 x 18=42.84m,沉箱重量按6000t計(jì)。氣囊厚度10mm充氣嘴法蘭厚度6mm所以設(shè)定氣囊在腔內(nèi)的高度為0.1m。設(shè)定氣囊的頂升寬度為1.15m,校核頂升沉箱需的額定壓力(計(jì)算壓強(qiáng))p1=6000 1.0(1.2) =121.8 (146.1) t/m 2=1.218 (1.461) mpa 42.84 1.15若在運(yùn)行中每列臺車各有一個(gè)氣囊損壞，出運(yùn)還要進(jìn)行，校核頂升沉箱需的額定壓力(設(shè)計(jì)壓強(qiáng))p2=6000 1.0(1.15)38.

24、08 1.15l=2.38 x 16=38.08m= 137 (157.6) t/m 2=1.37 (1.576) mpa(14)校核伸長與不伸長使用時(shí)氣囊的直徑氣囊不伸長使用時(shí) 校核氣囊的直徑:b'd 0.25 2 1.15m貝u: d=0.98m自然狀態(tài)氣囊的寬度為：冗% 1.54m > 1.15m （0.4m）氣囊膨脹伸長使用時(shí) 校核氣囊的直徑和額定壓力：（即氣囊在鋼腔內(nèi)平放自然狀態(tài)（不折疊）的寬度為1.15m時(shí)）a:校核氣囊的直徑冗 d 2 1.15m則：d=0.732mb:校核氣囊的額定壓力頂升高度0.25m時(shí)：不膨脹時(shí)氣囊頂面的寬度為：b'=/0.732 0.

25、25 2 =0.757m使用時(shí)須膨脹至1.15m寬。不膨脹氣囊的周長（不變）為： l=% d=3.14x0.732=2.3m需膨脹后的氣囊周長為：l1=0.25 x 2+1.15 x 2=2.80m氣囊的伸長率為： =2.8 2.3 0.217=21.7%l 2.3設(shè)定氣囊橡膠的彈性模量 e=5.4mpa設(shè)定氣囊的橡膠壁厚b=10mm則設(shè)定單位寬度a=1000mm勺氣囊橡膠壁白面積a=10000mm根據(jù)虎克定律，氣囊單位寬度 a=1000mm伸長率為0.217時(shí)所需的軸向拉力 n=/ ea=0.217 x5.4 x 10000=11739n設(shè)定該軸向拉力n全部由氣囊內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生，則氣壓：p

26、3=-= 11739=0.0042mpa=0.042kg/cm2l1 a 2800 1000縱移時(shí)氣囊的頂升寬度為1.15m時(shí)，要頂起沉箱需要的額定壓 力：p=1.218 (1.37) + p3=1.218 (1.37) +0.0042=1.2222 (1.3742 ) mpa結(jié)論：在、兩種氣囊方案中，第種方案由于氣囊在使用中 需不斷地伸縮，影響使用壽命，且氣囊充氣嘴必須固定在氣囊正中心， 所以建議采用第種方案(缺點(diǎn)是氣囊在鋼腔內(nèi)需兩邊各折疊 0.2m, 氣囊的設(shè)計(jì)頂升高度比第種方案須高 2倍氣囊的壁厚約20mrm。(15)校核實(shí)際設(shè)計(jì)使用中的氣囊的額定壓力根據(jù)氣囊生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝情況，氣囊

27、需制作成2400mme1150mm( 100mm勺方形，其中頂蓋厚 15mm側(cè)壁厚40mm高70mm 底蓋厚10mm氣囊在鋼腔內(nèi)的總高度不超過100mm需氣囊頂蓋寬度 膨脹使用后充滿頂升后250mmt的鋼腔，其它面不膨脹。氣囊在自然狀態(tài)的頂蓋寬度為 l1=1150mm膨脹使用后頂蓋寬度為 l2=1150+15ox 2=1450mm氣囊的伸長率為：二網(wǎng)0 0.261=26.1%l1 1150設(shè)定氣囊橡膠的彈性模量 e=5.4mpa設(shè)定氣囊的橡膠壁厚b=15mm則設(shè)定單位寬度a=1000mm勺氣囊橡膠壁白面積a=15000mm根據(jù)虎克定律，氣囊單位寬度 a=1000mm伸長率為0.261時(shí)所 需的軸向拉力 n=/ ea=0.261 x5.4 x15000=21141n設(shè)定該軸向拉力 n全部由氣囊內(nèi)的氣體壓力產(chǎn)生(其它面不膨脹),則氣壓：p3= n =21141_ =0.0146mpa=0.146kg/cm2l2 a 1450 1000縱移時(shí)氣囊的頂升寬度為1.15m時(shí)，要頂起沉箱需要的額定壓 力：p=1.218 (1.37) + p3=1.218 (1.37) +0.0146=1.23