沉箱浮游稳定性计算方法 ppt课件
大型沉箱浮筒帮浮出运浮游稳定性计算
９ ３ ７ １
０ ４ ２ ９
ｌ ２ １ ４ ６ ６
１ ２ １ ４ ６ ６
５ ． ５ ｅ ８
ｌ ５ １ ３ ４ ８ ０ ５
２ ０ ０ 吨起 重船， 吊力不足的部分考虑
ｌ ０
舒 童
ｌ ２ ｔ
０
２ ２ ５
、
如强
０ ２×０ ３ ２ ×（ ４ １ － ４ ７ ５ ） ×２×１ ２ｘ
２
８ ４ ９ ６
Ｏ
ｌ ３ ７ ５ ０
０
ｊ １ ６ ８ ２ ０
９
前靶
：
ｆ ０ ７ － １ ０ ） ×ｌ ２ ×Ｉ ５ ２ ５
ｌ ２ ８ ６ ３
．．—
—
沉箱 平 面及 过 水孔 布 置 图
用有足够吊高和吊力的起 重船 ， 才 能配
汪糟奸面 过水孔希置 圈
图一 ： 沉 箱 结构 图
埔 掏件
体较计篁式 体积 Ｖｉ （ ｍ ）
合浮船坞将沉箱直接吊扶 出坞 。 满足
体＿ 疑 矩（ ｍ‘ ）
ｔ湟
移Ｉ 埔 （ ｒ ｒ １ ）
根 据 浮 游稳 定 性计 算 ， 取 定 倾高
＝ｔ
＾ｔ
度 为０ ． ３ 米时， 该 沉 箱 自由漂 浮 稳定 吃 水１ ７ ． ２ 米， 远 远 超 出了浮 船坞 能达 到 的
坞 内最 大 有效 水深 （ １ ３ ． ２ 米） ， 必须 选
Ｌ— —— — — 卫 王 签 —— — ——＿ 一
有效 水深 １ ３ ． ２ 米 时 浮 游 稳 定 出坞 的所 需最小 吊力计算 结果见 表三 。 经计算 ， 吊 力不 能 小 于 ３ ０ ０ 吨， 起 重 船 起 重 能 力则 需 在 ４ ０ ０ 吨以上。 因现 场 和 周边 无 ４ ０ ０ 吨以上起重船，
海上沉箱浮游稳定性验算书
海上沉箱浮游稳定性验算书进行浮游稳定性计算，以保证沉箱拖航、安装时的安全。
①CXI型沉箱要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心) ZMx=82.92kN∙m需要后三仓加水,加水深度t{(3.6×3.65-0.22×2)×t-0.22X(3.45+3.4)}×3×1.025X3.9=JMx×2.5B加水后1.4m的浮游稳定性加水的重力及对沉箱底的重量距g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.4-0.22X(3.45+3.4)}×3×1.025=55.38ZIMy=g×1.2=66.46kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5+g=1089.06kN重心高度YC=(My+/My)/G=4.914m排水体积V=G/1.025=1062.495m3前后趾排水体积v=13.806m3浮心高度Yw=E(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=3.579m重心到浮心距离a=Yc-Yw=1.336m定倾半径P=(I-∑i)∕V=1.628m定倾高度m=P-a=0.292>0.2满足浮游稳定要求②CX2型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心)/Mx=134.735kN∙m需要后三仓加水,加水深度t{(3.65×4.5-0.22×2)×1θ.22×(3.45+4.3)}×3×1.025×4.75=ZM×2.516.35Xt-O.31=23.0612t=1.43mB加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(4.5×3.65-0.22×2)×1.5+0.22×(3.45+4.3}×3×1.025=74.438ZIMy=gX1.25=93.048kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5÷g=1214.412kN重心高度YC=(My+/My)/G=4.84m排水体积V=G/1.025=1184.79m3前后趾排水v=10.038m3沉箱吃水T=(V-v)∕A=6.665m浮心高度Yw=[(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=3.307m重心到浮心距离a=Yc-Yw=I.532m定倾半径P=(I-∑i)∕V=2.622m 定倾高度m=P-a=1.09>0.2满足浮游稳定要求③CX3型沉箱A要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心)Z1Mx=I16.97kN∙m需要后四仓加水加水深度t{(3.6×3.65-0.22×2)×t+0.22×(3.45÷3.4)}X4X1.025义3.9二，M X2.513.06×t-0.274=18.288t=1.42mB加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.5-0.22×(3.45+3.4)}×4×1.025=79.196kNZMy=99.00kN•沉箱总重量重心高度排水体积前后趾排水体积沉箱吃水浮心高度重心到浮心距离定倾半径定倾高度mG=ΣV×2.5+g=1575.196kNYc=(My+JMy)∕G=4.843mV=G/1.025=1536.777m3v=21.528m3T=(V-v)∕A=6.777mYw=[(V-v)×T∕2÷vYv)]∕V=3.345m a=Yc-Yw=I.498mP=(I-∑i)∕V=1.732mm=P-a=0.234>0.2满足浮游稳定要求④CX4型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心)∠JMx=195.03kN∙m需要后四仓加水，加水深度t{(3.65×4.5-0.22×2)×t-0.22×(3.45+4.3)}×4×1.025×4.75=Z1MX2.516.35×t-0.31=25.03583 t=1.51mB加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.65X4.5-0.22×2)×15-0.22X(3.45÷4.3)}×4×1.025=99.25075kNZIMy=24.063kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5+g=1731013kN重心高度YC=(My+/My)/G=4.766m排水体积V=G/1.025=1688.793m3前后趾排水体积v=15.456m3沉箱吃水T=(V-v)∕A=6.198m浮心高度Yw=[(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=3.073m重心到浮心距离a=Yc-Yw=I.693m定倾半径P=(I-Σi)∕V=2.801m定倾高度m=p-a=1.108>0.2满足浮游稳定要求⑤D4型沉箱(不考虑钢套筒重量情况)以沉箱仓格中心为计算圆点水调平不平衡力矩（对沉箱中心）Z1MX=465.68kN∙mJMz=-117.23kN∙m需要后八仓加水，加水深度t{(2.9×2.8-0.22×2)×t-0.22X(2.7+2.6)}×8×1.025×8.8=Z1MxX2.5 8.04×t-0.212=16.13 t=2.03m右仓加水，加水深度3、t2{(2.9×2.8-0.22×2)×(t1+t2)-O.22X(2.7+2.6)}×5×1.025×10.85=-Z1MzX2.58.04×(t1+t2)-0.212=5.2711.3×4×t1=6.2×t2tι=0.31mt2=0.37mB后八仓加水2.0m,左五仓加水0.4m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(2.9×2.8-0.22×2)×2.0-0.22X(2.7+2.6)}×8×1.025=130.18kNg={(2.9×2.8-0.22×2)×0.4-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025=15.40kN ∠IMyι=195.18kN∙mZ1My2=IO.785kN∙m沉箱总重量重心高度排水体积前后趾排水沉箱吃水浮心高度重心到浮心距离G=ΣV×2.5÷g=4419.456kNYc=(My+JMy)∕G=6.975mV=G/1.025=4311.664m3v=15.36m,T=(V-v)∕A=8.077mYw=1(V-v)XT∕2+vYv)]∕V=4.025m a-Yc-Yw=2.95m定倾半径P=（I-Σi）∕V=4.34定倾高度m=p-a=1.39>0.2满足浮游稳定要求AZMz=-117.23kN∙m 钢护筒重量G'=π×(1.5+0.752)×0.01×49×1×7.8×IoJ24752=24.752T需要后八仓加水，加水深度t{(2.9×2.8-0.22×2)×t-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025×8.8=∠IMx×2.5+G'×0.28.04×t-0.212=16.2 t=2.04m左五仓加水，加水深度分别为匕、t2{(2.9×2.8-0.22×2)×(t1+t2)-0.22X(2.7+2.6)}×5×1.025×10.85=-G'XI.55+Z1MzX2.58.04×(t1+t2)-0.212=4.581.3×4×tι=6.2×t2-0.30mtι=0.25m t2B后八仓加水2.1m,左五仓加水0.3m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(2.9×2.8-0.22×2)X2.1-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025=136.71kNg={(2.9×2.8-0.22×2)×0.3-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025=11.28kN ZMy1=211.90kN∙mJMy1=7.33kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5+g+G'=4446.68kN重心高度YC=(My+/My)∕G=6.98m排水体积V=G/1.025=4338.23 m3前后趾排水v=15.36m3沉箱吃水T=(V-v)∕A=8.13mYw=[(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=4.05m 浮心高度重心到浮心距离a=Yc-Yw=2.93m定倾半径P=(I-∑i)∕V=4.31m定倾高度m=p-a=1.38>0.2 满足浮游稳定要求。
LNG码头沉箱浮游稳定计算
LNG码头沉箱浮游稳定计算共有三种沉箱计算后的干旋高度如下：（1）甲型沉箱干舷高度F=18.40-13.45=4.95米（压水1.80米）（2）乙型沉箱干舷高度F=18.00 -13.24=4.76米（压水1.80米）（3）丙型沉箱干舷高度F=21.00-15.66=5.34米（压水3.50米）（4）丙型沉箱干舷高度F=21.00-15.26=5.81米（压块石2.00米）计算甲型沉箱：高h=18.4m1，沉箱自重时的重心位置沉箱材料体积和体积矩的计算表 2006年 5 月24 日沉箱自重时的重心位置X c=7.75mY c= 4564.36÷635.91=7.18m2，有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重G=2.45×635.91+5+175.13=1738.11t计算沉箱排水体积和趾的排水体积，钢混凝土重度取2.5 t/m3沉箱和压舱水、封舱盖板排水体积V=（2.5×635.91+5+175.13）÷1.025=1726.74m3趾的排水体积v=73.64+3.13=76.77 m3沉箱吃水T=（1726.74-76.77）÷6.252×3.14=13.45m沉箱总体重心高度：Y c1= （2.45×635.91×7.18+5×18.37+175.13×1.6）÷1738.11=6.65m 浮心：Yw1=[（1726.74-76.77）×13.45×0.5+18.76+18.71+51.37]÷1726.74=6.47mρ=[（π/64×12.54=1198.42）-4.85×5.853/36]÷1769.91=0.55a= Y c1- Y w1=6.65-6.47=0.18m=ρ-a=0.55-0.18=0.38m＞0.20稳定m大于0.20计算乙型沉箱：高h=18. m1，沉箱自重时的重心位置沉箱材料体积和体积矩的计算表2006年 5 月24 日沉箱自重时的重心位置X c=7.75mY c= 4371.22÷625.13=6.99m2，有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重G1=2.45×625.13+5+175.03=1711.59t有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重心Y1c=11075.56÷1711.62=6.47（m）1，计算沉箱总体排水体积：钢混凝土重度取2.5 t/m3V 1c =（2.5×625.13+5+175.05）÷1.025=1742.88÷1.025 m3=1700.37t2，沉箱趾的排水体积：v=73.64+3.13=76.77 m3沉箱吃水T=（1700.37-76.77）÷6.252×3.14=13.24m沉箱总体重心高度：= 11075.56÷1711.62=6.47mY1c浮心：Y1w=[（1700.37-76.77）×13.24×0.5+18.76+18.71+51.37] ÷1700.37=6.38mI=π/64×12.54=1198.42；∑Ir=（4.85×5.853÷36）×8=215.61ρ=（1198.42-215.61）÷1700.37=0.55a= Y c1- Y w1=6.47-6.38=0.09m=ρ-a=0.55-0.09=0.49m＞0.20 稳定m大于0.20计算丙型沉箱：高h=21. m1，沉箱自重时的重心位置沉箱材料体积和体积矩的计算表2006年 5 月24 日沉箱自重时的重心位置X c=7.75mY c= 5951.91÷663.18=8.97m2，有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重G1=2.45×663.18+5+340.92=1970.63有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重心Yc= 15512.43÷1970.63=7.87m11，计算沉箱总体排水体积：钢混凝土重度取2.5 t/m3V 0 =（2.5×663.18+5）÷1.025+332.61=1955.002，沉箱趾的排水体积：v=19.83+8.71+5.49=34.03 m3沉箱吃水T=（V0-v）÷AT=（1955-34.03）÷6.252×3.14=15.66m沉箱总体浮心高度：Yw=[（V0-v）×T/2+∑v.y]÷V0Yw1=[（1955-34.03）×15.66×0.5+7.38+6.94+96.12] ÷1955=7.75m ρ=（I-∑Ir）÷V 0I=π/64×12.54=1198.42；∑Ir=（4.85×5.853÷36）×8=215.61 ρ=（1198.42-215.61）÷1955=0.50a= Y c1- Y w1=7.87-7.75=0.12m=ρ-a=0.50-0.12=0.38m＞0.20 稳定（m大于0.20）计算丙型沉箱：高h=21. m 用290t块石压舱本沉箱压水3.5m时吃水15.66m，为减少其吃水，改用290t块石，块石的重度为1.55t/m3。
井字内壁圆形沉箱浮游稳定计算
沉箱浮游稳定计算本工程中采用的沉箱为井字内壁圆形沉箱，结构形式如下图：沉箱主要技术参数如下：底部为边长＝8.698m正八边形，底板厚度为0.7m；筒体为外径9m，内径8.55m钢筋混凝土结构；肋板为与筒体等高，厚0.25m井字形内壁结构。
沉箱结构总高为27.8m/19.3m/8.8m。
井字形内壁圆沉箱浮游稳定定倾半径计算（以27.8m沉箱为例）为便于过程计算及事后复核，对计算过程中所需要的一系列参数进行编号如下：圆沉箱外径为r外＝9m圆沉箱内径为r内＝8.55m 圆形沉箱内壁厚为b1＝0.25m外壁厚为b2＝0.45m井字形内壁的中间箱格（1#箱格）净距为l1＝5.45m井字内壁中间两端箱格（2#箱格）边宽为l3＝5.129m 井字内壁四角箱格（4#箱格）的边宽为l4＝5.041m 借助计算机简化计算过程，以上数据均为通过AUTOCAD直接查询得到，未进行繁杂演算。
依此，下面的计算过程也是借助于计算机EXCEL表格直接形成。
通过AUTOCAD直接查询得到：参数b3为内径r内圆上△a对应的弦长CD b3＝0.265m井字形内壁圆沉箱重心计算井字形内壁圆沉箱浮心计算井字形内壁圆沉箱定倾高度计算结论：井字形内壁圆沉箱无压载水时，沉箱浮游不稳定。
注水压舱时：井字形内壁圆沉箱重心计算井字形内壁圆沉箱浮心计算井字形内壁圆沉箱定倾高度计算m=0.24m>0.2m结论：井字形内壁圆沉箱每个箱格内均注入4m深海水时，沉箱浮游稳定。
综述：通过以上计算，同发计算系缆墩及引桥墩沉箱得知：（1）靠船墩、工作平台、系缆墩1沉箱（3700t）（2）系缆墩2沉箱（2793t）（3）引桥墩沉箱（1678t）。
福讯沉箱浮游稳定计算
11
底加 强 角 1.01
12
前 趾(矩形） 3.55
13
前 趾(三角形） 0.65
14
后趾(矩形）
0.00
15
后 趾(三角形） 0.00
总和
184.89
注：以前趾O点
为计算原点
4.78
4.78 0.91 0.00 4.78 4.78 0.40 0.53
0.00 0.00
无压载时沉箱的重 心位置：
xc= 4.49
yc= 4.82 不平衡力矩(对沉箱 宽度中心）：
M= -644.27
压载深度
(后两舱)
t0=
0.85 压载材料的重力
g= 211.94
方程式： (10.25*t*3.8*3. 3*21.01/2*10.25(0.2)^2*t*10.25 *8/2)*(1.9+0.12 5)
压载材料对底板的 力矩
m≥0.2，满足要求
重心位置 5.13 6.90 6.90 1.13 1.33
重量矩 25916.76 12.42 -10350.00 456.29 672.76 16708.23 6325.83
直径：2m 长：8m。 单个气囊体积
πr²L=8π米³，水密 度为10.25³ KN/m³ 单个气囊浮力
8个气囊起重量 3104000
388000
4个 1552
1241.6
1.5625 12.5
单个气囊重力
350×10= 一个气囊能起重量 （N)
#REF!
8个气囊起重量（N) #REF! #REF! #REF!
0.35 0.3 0.5
沉箱仓格尺 0.25 寸 0.3 0.55 0.75
(完整版)沉箱浮游稳定计算(例子)
计算项目
体积V（m3）
重力G（kN）
重心高度y（m）
重力矩Gy（kNm）
沉箱
255.78
6394.5
4.7
30054.15
前排舱加水
81.192
832.218
0.9
748.9962
后排舱加水
81.192
832.218
0.9
748.9962
总计
418.164
8058.936
31552.1424
沉箱排水体积及浮心高度
总排水体积
前、后趾排水体积
沉箱吃水：
浮心高度：
定倾半径：
重心到浮心的距离为：
。
定倾高度为：
。
满足要求。
干舷高度：
式中F——沉箱的干舷高度（m）
H——沉箱高度（m）
T——沉箱吃水（m）
干舷高度满足要求。
砼容重(kn/m3)
25.00
前趾前高(m)
0.40
沉箱高度(m)
9.50
沉箱仓格尺寸(m)
横
3.60
前趾后高(m)
0.70
墙内加强角尺寸(m)
0.20
纵
3.80
前趾宽(m)
1.00
底加强角(m)
0.20
水容重(kn/m3)
10.25
2、沉箱材料体积和体积矩计算表（对前趾前端求矩）
编号
名称
体积
重量
形心位置（m）
体积矩（m4）
Vi(m3)
Gi(kN)
xi
yi
Vixi
Viyi
1
前壁
41.29
1032.30
1.15
码头沉箱结构整体稳定性验算
五、整体稳定性验算按照《港口工程地基规范》第5.1.3条规定，取极端低水位进行验算。
计算采用费伦纽斯提出的圆弧滑动法。
土层资料见表5-4-48。
表5-4-48 土层资料土质平均顶面标高 (m) 平均厚度(m)容重3(/)kN m γ粘聚力 (/)C kN m 内摩擦角()ϕ° 淤泥质粉质粘土 -8.00 2.35 18.0 4 14 粉砂 -10.35 4.00 18.0 0 33 砾砂 -14.35 3.47 18.0 0 32 粉质粘土 -17.82 3.47 19.0 10 24 卵石 -21.29 3.47 18.0 0 45 淤泥质粉质粘土 -22.09 0.80 39.0 20 18 砂质粘土 -25.74 3.65 19.0 38 21 最危险滑动面圆心位置的确定： 最危险滑动面圆心位置是任意的，因此求得的K 值并不代表建筑物的最小稳定系数。
需计算一系列的圆心位置和半径。
因此，初选圆心位置，以最小半径R(对重力式码头而言就是圆弧通过岸壁后趾的总半径)，求出1O 对应稳定安全系数1K 。
然后通过1O 作水平线，沿此直线在1O 的左右逐次取圆心2O 、3O 、4O等，直到做出一圆心n O ，其左右的安全系数均比它大为此。
通过n O 作垂线，沿此直线在n O 的上下逐次取圆心，及其对应稳定安全系数，直到做出一圆心m O 其上下的安全系数均比它大，与m O 相应的安全系数即为所求最小安全系数min K 。
（如图5-4-13）根据大量计算分析，发现最危险的滑弧中心、荷载和滑动面及水底下的深度之间存在着一定的关系（如图5-4-14），据此作出表5-4-49。
图5-4-13 码头圆弧滑动示意图h —码头高度根据以上经验公式初定圆心位置1O ，其坐标为表中参数X、Y 分别乘以后h 的值，将O 点定为坐标原点（如图5-4-13）0,13.69, 5.16,0,0.38ht h h m t m h hΔΔ=====查表5-4-49得：0.248,0.311x y ==因此，初选圆心位置( 3.40,4.26)−，以最小半径R=21.26m(对重力式码头而言就是圆弧通过岸壁后趾的总半径)画出圆弧，圆弧中包括建筑和一部分土的体积，用垂线将圆弧分成8个条体。
浮游稳定计算CX1-4[1]讲解
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① CX1型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=82.92 kN·m需要后三仓加水,加水深度t{(3.6×3.65-0.22×2)×t-0.22×(3.45+3.4)}×3×1.025×3.9=⊿Mx×2.513.06×t-0.274=17.285 t=1.35 mB 加水后1.4m的浮游稳定性加水的重力及对沉箱底的重量距g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.4-0.22×(3.45+3.4)}×3×1.025=55.38 kN⊿My=g×1.2=66.46 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g=1089.06 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G= 4.914 m排水体积 V=G/1.025=1062.495 m3前后趾排水体积 v=13.806 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=7.244 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=3.579 m重心到浮心距离 a=Yc-Yw=1.336 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=1.628 m定倾高度 m=ρ-a=0.292>0.2满足浮游稳定要求② CX2型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=134.735 kN·m需要后三仓加水,加水深度t{(3.65×4.5-0.22×2)×t-0.22×(3.45+4.3)}×3×1.025×4.75=⊿M×2.516.35×t-0.31=23.0612 t=1.43 mB 加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(4.5×3.65-0.22×2)×1.5+0.22×(3.45+4.3}×3×1.025=74.438 kN⊿My=g×1.25=93.048 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g=1214.412 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G= 4.84 m排水体积 V= G/1.025=1184.79 m3前后趾排水 v=10.038 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=6.665m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=3.307m重心到浮心距离 a= Yc-Yw=1.532m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=2.622 m定倾高度 m=ρ-a=1.09>0.2满足浮游稳定要求③ CX3型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=116.97 kN·m需要后四仓加水加水深度t{(3.6×3.65-0.22×2)×t+0.22×(3.45+3.4)}×4×1.025×3.9=⊿M×2.513.06×t-0.274=18.288 t=1.42 mB 加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.5-0.22×(3.45+3.4)}×4×1.025=79.196 kN ⊿My=99.00 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g=1575.196 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G= 4.843 m排水体积 V= G/1.025=1536.777 m3前后趾排水体积 v=21.528 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=6.777 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=3.345 m重心到浮心距离 a= Yc-Yw=1.498 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=1.732 m定倾高度 m=ρ-a=0.234>0.2满足浮游稳定要求④ CX4型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=195.03 kN·m需要后四仓加水，加水深度t{(3.65×4.5-0.22×2)×t-0.22×(3.45+4.3)}×4×1.025×4.75=⊿M×2.516.35×t-0.31=25.03583 t=1.51 mB 加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.65×4.5-0.22×2)×1.5-0.22×(3.45+4.3)}×4×1.025=99.25075 kN⊿My=24.063 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g=1731.013 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G=4.766 m排水体积 V=G/1.025=1688.793 m3前后趾排水体积 v=15.456 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=6.198 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=3.073 m重心到浮心距离 a=Yc-Yw=1.693 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=2.801 m定倾高度 m=ρ-a=1.11>0.2满足浮游稳定要求⑤ CX5型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=175.475 kN·m⊿Mz=-4.70 kN·m 很小可以不作考虑需要后四仓加水，加水深度t{(3.65*4.5-0.2^2*2)*t-0.2^2*(3.45+4.3)}*4*1.025*4.75=⊿Mx*2.516.35*t-0.31=22.526 t1=1.40 m2、加水1.4m后的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.65*4.5-0.2^2*2)*1.4-0.2^2*(3.45+4.3)}*4*1.025=92.55 kN⊿My1=111.06 kN·m沉箱重量 G=∑V×2.5+g=1500.725 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G=4.76 m排水体积 V=G/1.025=1464.122 m3前后趾排水 v=13.272 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=6.25 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=3.10 m重心到浮心距离 a= Yc-Yw=1.66 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=2.79 m定倾高度m=ρ-a=1.13>0.2满足浮游稳定要求⑥ HD4型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同的影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=465.68 kN·m⊿Mz=-117.23 kN·m需要后八仓加水，加水深度t{(2.9×2.8-0.22×2)×t-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025×8.8=⊿Mx×2.5 8.04×t-0.212=16.13 t=2.03 m右仓加水，加水深度t1、t2{(2.9×2.8-0.22×2)×(t1+t2)-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025×10.85=-⊿Mz×2.58.04×(t1+t2)-0.212=5.2711.3×4×t1=6.2×t2t 1=0.31 m t2=0.37 mB 后八仓加水2.0m,左五仓加水0.4m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(2.9×2.8-0.22×2)×2.0-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025=130.18kN g={(2.9×2.8-0.22×2)×0.4-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025=15.40kN ⊿My1=195.18 kN·m⊿My2=10.785 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g=4419.456 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G=6.975 m排水体积 V= G/1.025=4311.664 m3前后趾排水 v=15.36 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=8.077 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=4.025 m重心到浮心距离 a= Yc-Yw=2.95 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=4.34定倾高度 m=ρ-a=1.39>0.2满足浮游稳定要求⑤ HD4型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点名称计算式体积Vi型心距体积距Xi Zi Yi ViXi ViZi ViYi整体26.4×21×16.3 9036.72 0 -0.15 8.15 0 -1355.5 73649.27 底孔π×0.652×0.5×49 -32.503 0.2 1.55 0.25 -6.501 -50.38 -8.126前后趾25.6×0.5×0.5×2 12.8 0 -0.15 0.25 0 -1.92 3.2 25.6×0.5×0.2 2.56 0 -0.15 0.57 0 -0.384 1.451空腔0.45×20×16.3 -146.7 0 12.83 8.15 0 -1881.4 -1195.61 0.75×20×16.3 -244.5 0 -12.98 8.15 0 3172.39 -1992.68仓格(2.9×2.8-0.22×2)×15.8×48-6097.5 -1.3 0 8.4 7926.8 0 -51219.3(2.9×2.3-0.22×2)×15.8×8-832.98 8.95 0 8.4 -7455 0 -6997底角0.22×(2.7+2.6)×48 10.176 -1.3 0 0.57 -13.23 0 5.7664 0.22×(2.7+2.1)×8 1.536 9.0 0 0.57 13.747 0 0.8704合计1709.58 465.68 -117.23 12247.85A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同以及钢护筒重量影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=465.67942 kN·m⊿Mz=-117.2315 kN·m钢护筒重量G`=π×1.5×0.01×49×16.3×7.8×10^3=293426=293.43 T需要后八仓加水，加水深度t{(2.9×2.8-0.22×2)×t-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025×8.8=⊿Mx×2.5+G`×0.28.04×t-0.212=16.95 t=2.1341838 m左五仓加水，加水深度分别为t1、t2{(2.9×2.8-0.22×2)×(t1+t2)-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025×10.85=G`×1.55+⊿Mz×2.58.04×(t1+t2)-0.212=2.9091.3×4×t1=6.2×t2t 1=0.18 m t2=0.21 mB 后八仓加水2.1m,左五仓加水0.2m的浮游稳定性加水后的重力及加水和钢护筒对沉箱底的重量距g={(2.9×2.8-0.22×2)×2.1-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025=136.71 kN g={(2.9×2.8-0.22×2)×0.2-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025=7.15 kN ⊿My1=211.901 kN·m⊿My2=4.293 kN·m⊿My2=G`×8.15=2391.455 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g+G`=711.234 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G=7.05 m排水体积 V=G/1.025=4596.33 m3前后趾排水 v=15.36 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=10.29 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=5.13 m重心到浮心距离 a=Yc-Yw=1.93 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=4.07 m定倾高度 m=ρ-a=2.14>0.2满足浮游稳定要求钢护筒顶面密情况封沉箱吃水 T=(V-v)/A=8.61 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=4.29 m重心到浮心距离 a= Yc-Yw=2.76 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=4.07 m定倾高度 m=ρ-a=1.31>0.2满足浮游稳定要求A 由于沉箱前后趾、壁厚大小不同以及钢护筒重量影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩（对沉箱中心）⊿Mx=465.68 kN·m⊿Mz=-117.23 kN·m钢护筒重量G`=π*(1.5+0.75^2)*0.01*49*1*7.8*10^3=24752=24.752T需要后八仓加水，加水深度t{(2.9*2.8-0.2^2*2)*t-0.2^2*(2.7+2.6)}*8*1.025*8.8=⊿Mx*2.5+G`*0.28.04*t-0.212=16.2 t=2.04 m左五仓加水，加水深度分别为t1、t2{(2.9*2.8-0.2^2*2)*(t1+t2)-0.2^2*(2.7+2.6)}*5*1.025*10.85=G`*1.55+ ⊿Mz*2.58.04*(t1+t2)-0.212=-4.581.3*4*t1=6.2*t2t1=-0.25m t2=-0.30mB 后八仓加水2.1m,左五仓加水0.3m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(2.9*2.8-0.2^2*2)*2.1-0.2^2*(2.7+2.6)}*8*1.025=136.71 kN g={(2.9*2.8-0.2^2*2)*0.3-0.2^2*(2.7+2.6)}*5*1.025=11.28 kN ⊿My1=211.90 kN·m⊿My1=7.33 kN·m沉箱总重量 G=∑V×2.5+g+G`=4446.68 kN重心高度 Yc=(My+⊿My)/G=6.98 m排水体积 V=G/1.025=4338.23 m3前后趾排水 v=15.36 m3沉箱吃水 T=(V-v)/A=8.13 m浮心高度 Yw=[(V-v)×T/2+vYv)]/V=4.05 m重心到浮心距离 a= Yc-Yw=2.93 m定倾半径ρ=(I-∑i)/V=4.31 m定倾高度 m=ρ-a=1.38>0.2满足浮游稳定要求。
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•2、定倾高度m的限值:保证浮游稳定 – 规范规定: – ①近程浮运：m≥0.2m – ②远程浮运： • 以块石和砂等固定物压载时：m≥0.4m • 以液体压载时：m≥0.5m
1. 近程浮运：同一港区内或运程在30n mile以内 2. 远程浮运：整个浮运时间内有夜间航行或运程≥30n mile
nmile（海里，1海里=1852米）
⑤ 定倾高度m :定倾中 心M到重心C的距离
⑥ a:重心C到浮心W的定 原 理 三个状态:
– m=ρ-a>0：重心在定 倾中心下方,重力和浮 力产生稳定力偶,促使 沉箱扶正,稳定平衡
– m=ρ-a=0：重心与定 倾中心重合,随遇平衡 (临界状态)
– m=ρ-a<0：重心在定 倾中心上方,重力和浮 力产生倾覆力偶,促使 沉箱继续倾斜,不稳定
• 3、定倾半径ρ(矩形对称)
I
i,其 中 :IL B 0 3,il1l2 3
V
12 12
• I-矩形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)
• B0-沉箱在水面处的宽度(m) • ∑i-各箱格内压仓水面对该水面纵向中心轴的惯性矩之和(m4)
• l1-横隔墙净距(m)；l2-纵隔墙净距(m) • V-沉箱排水量(m3)
车顶以上的水深,且有一定富裕水深:H≥T+富裕水深(溜
放下水富裕水深≥0.3m) ② 浮运时,T必须小于航道水深(富裕水深0.3m~0.5m) ③ 沉放时,T必须小于基床顶面水深(富裕水深0.3m~0.5m) ④ 在船坞内制造时,T必须小于船坞水深(富裕水深0.5m)
• 注意:当沉箱吃水和干舷高度不满足要求时,可以不采用(或不 全用)压舱方法保证沉箱的浮游稳定,而采用起重船或浮筒吊护 的方法保证沉箱的浮游稳定(或者密封仓顶)
2020/10/28
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㈤沉箱吃水和干舷高度的验算
• 1、干舷高度验算 – 为了保证沉箱在溜放、漂浮、拖运时不没顶,沉箱应有足 够的干舷高度
F H T
B0 tan 2h S
2
3
• 2、沉箱吃水 – 为保证沉箱顺利下水,浮起,浮运,吃水T必须满足: ① 当沉箱采用滑道或台车溜放下水时,T必须小于轨道或台
– 不带趾:V=B0LT – 双侧对称趾:V=B0LT+v • v为两侧悬臂部分总排水量
• 注意:
– ①当用液体压舱时,应对上式作修改(扣除自由液面的影响)
– ②当以砂或块石压舱时,不必扣除
• 4、重心C到浮心W的距离a的计算 – 第一步：按重力矩法求Yc(含沉箱构件、压仓水等)
重心C Y C 沉 箱 各 部 沉 位 箱 重 总 量 重 对 量 箱 底 的 矩 i V i V iy ii 钢 筋 砼 V G iy i W V iy i
– 第二步：按体积矩法求Yw(含沉箱构件、压仓水等)
浮心W YW
Vi yi
VvTv
2
yi
Vi
V
– 第三步：a=Yc-Yw
V为沉箱总体积 v为前后趾突出部位的总体积
•5、注意点： ① 定倾高度要求精确到厘米,因此钢筋砼和水的重度应根据 实测资料确定;如无实测资料,建议取钢筋砼重度标准值 24.5kN/m3(计算沉箱吃水时取25kN/m3),水的重度标准值 取10kN/m3(淡水)或10.25kN/m3(海水) ② 沉箱浮游稳定性不满足时的处理方法: a. 压仓水:方便,但有自由液面存在,压仓效果不佳 b. 固体压仓:砂、石、砼,压仓效果好,但施工不便
2.5.3 沉箱的特殊计算
• 验算内容: –① – ②沉箱的吃水、干舷高度、浮游稳定性
㈣沉箱的浮游稳定性验算
•基本概念: ① 重心 C :重力作用线通过的中心 ② 浮心W:浮力作用线通过的中心,随物体水下部分形状而变化
③ 定倾中心M :浮心运行 轨迹的圆心
④ 定倾半径ρ :定倾中心 M至浮心W的距离