浮游稳定计算

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2.5沉箱浮游稳定计算(以CX1为例进行计算)沉箱设计图如下

一、重心位置计算

沉箱共分五个部分(各部分如上图所示),各部分体积分别设为V1~V5,各部分重心坐标设为(x i,z i)(i=1…5)。

V1=0.5×1.0×21.4

=10.7m3

x1=1/2=0.5m

z1=0.5/2=0.25 m

V2=21.4×0.4×(1/2)

=4.28 m3

x2=1×(2/3)=0.667 m

z2=0.5+(0.4/3)=0.633 m

V3=10×21.4×14.8

=3167.2 m3

x3=1+(10/2)=6 m

z3=14.8/2=7.4 m

V4=-10×(4×4.58-0.2×0.2×2)×(14.8-0.7)

=-2571.84 m3

x4=1.32+(11-1.32-0.32)/2=6.0 m

z4=(14.8-0.7)/2+0.7=7.75 m

4.58-0.4=4.18

V5=-10×(1/3)×0.2×(4×4.58+3.6×4.18+

(4×4.58×3.6×4.18) )

=-33.31 m3

x5=1.32+(11-1.32-0.32)/2=6.0 m

z5=0.5+0.11=0.61 m

沉箱的总体积:V

=∑V i

=V1+V2+V3+V4+V5

=10.7+4.28+3167.2-2571.84-33.31

=577.03 m3

沉箱的重心坐标设为(x,z)

x=(∑V i x i)/V总

=(V1x1+V2x2+V3x3+V4x4+V5x5)/V总

=(10.7×0.5+4.28×0.667+3167.2×6-2571.84×6.0-33.31×6.0)/577.03 =3380.5/577.03

=5.858 m

z=(∑V i z i)/V总

=(V1z1+V2z2+V3z3+V4z4+V5z5)/V总

=(10.7×0.25+4.28×0.633+3167.2×7.40-2571.84×7.75-33.31×0.61)/577.03 =3490.585/577.03

=6.05m

二、浮心位置计算:

假设沉箱处于正浮状态时,其吃水深度为h

空载吃水,海水比重为γ

海水

=1.03t/ m3,

γ砼=2.40 t/ m3。沉箱受三部分浮力作用(如上图所示),它们排开水的体积分别设为V1~V3,各部分所受的浮力分别设为F1~F3,其对应的高度分别设为h1~h3。

V1=0.5×1.0×21.4=10.7 m3

h1=0.5/2=0.25 m

V2=21.4×0.4×(1/2)=4.28 m3

h2=0.5+0.4/3=0.63 m

筒身(除去前趾部分)每米排水体积:V箱身每米排水体积=21.4×10

=214 m3

因为沉箱处于正浮状态,所以F

浮=G

G沉=V总γ砼=577.03×2.40=1384.87t

筒身所受浮力:F3=F浮-F1-F2

=1384.87-10.7×1.03-4.28×1.03

=1369.44t

h空载吃水= F3/(V箱身每米排水体积·γ海水)

=1369.44/(214×1.03)

=6.21 m

V3= V箱身每米排水体积·h空载吃水

=214×6.21

=1328.94 m3

h3=6.21/2=3.11 m

V总排=∑V i=V1+V2+V3

=10.7+4.28+1328.94

=1343.92 m3

浮心距离h:

h=(∑V i h i)/ V总排

=(10.7×0.25+4.28×0.63+1328.94×3.11)/1343.92 =3.08 m

三、空载浮游稳定计算

沉箱定倾半径计算:

定倾半径计算公式如下

ρ=(I-∑i)/ V

I=LB3/12

i=l2l13/12

式中ρ—沉箱定倾半径(m);

I—矩形断面沉箱在水面处的断面对纵向中心轴的惯性矩(m4);

L—沉箱长度(m);

B—沉箱在水面处的宽度;

∑i—各箱格内压载水的水面对纵向中心轴的惯性矩之和(m4);

l1—纵向墙之间的净距(m);

l2—横向墙之间的净距(m);

V—沉箱的排水量m3。

I=LB3/12

=(21.4×10×10×10)/12

=1783.33m4

空载时:∑i=0

ρ=(I-∑i)/ V总排

=1783.33/1343.92 =1.327m

沉箱重心到浮心的距离:α=z-h=6.05-3.08=2.97 m 定倾高度:m=ρ-α=1.327-2.97=-1.643 m

根据规范规定:

(1)近程浮运:m≥0.2 m

(2)远程浮运:

以块石和砂等固体物压载时:m≥0.4m

以液体压载时:m≥0.5m

所以空载浮运不稳定。

四、压载(海水)浮游稳定计算

压载高度:

其示意图如下所示:

舱底水重:

G1=10×[(1/3)×0.2×(4×4.58+3.6×4.15+

(4×4.58×3.6×4.15) )]×1.03

=34.31t

舱身内水重:

前舱:G2=(4×4.58-0.2×0.2×2)×(2.0-0.2)×5×1.03 =169.08 t

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