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
总
=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
沉
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