亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        一種異型沉箱浮游穩(wěn)定性高效計算方法

        2022-06-17 05:36:06譚彬政
        港工技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:慣性矩心軸沉箱

        馬 勇,方 波,譚彬政

        (中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,廣東廣州 510290)

        引言

        國外某港口升級擴建項目,工程內(nèi)容為新建一座15 萬t 級的現(xiàn)代化集裝箱碼頭和一座5 萬t 級的滾裝碼頭,碼頭結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的重力式沉箱方案,標準沉箱為規(guī)則的矩形截面,但因在集裝箱碼頭與滾裝碼頭交接處,碼頭岸線存在約124°的夾角,為保證碼頭岸線的平順銜接,需在岸線相接位置設(shè)置一組橫截面不對稱的異型沉箱,其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

        圖1 異型沉箱示意

        對于橫截面不對稱的異型沉箱,若采用傳統(tǒng)的方法計算其浮游穩(wěn)定性,計算過程繁瑣,且很難求解準確的計算結(jié)果[1]。為了解決這一難題,通過分析研究,提出了一套基于AutoCAD 和Excel 的高效求解方法,主要求解步驟如下:

        1)基于材料力學(xué)的轉(zhuǎn)軸公式和慣性矩圓理論聯(lián)立求解得到不對稱截面的最小慣性矩及相應(yīng)的形心軸;

        2)利用AutoCAD 建模準確計算沉箱的幾何屬性;

        3)根據(jù)沉箱浮游穩(wěn)定的計算原理,結(jié)合已求得的沉箱幾何屬性,聯(lián)立相關(guān)數(shù)據(jù)的約束方程;

        4)利用Excel 規(guī)劃求解功能求解上述約束方程;

        5)求得各箱格內(nèi)所需加注壓載水高度,即求解完成。

        通過工程實踐驗證,該方法的理論計算結(jié)果與工程實際結(jié)果基本一致,有效解決了異型沉箱浮游穩(wěn)定性計算的難題。

        1 沉箱浮游穩(wěn)定性的計算原理

        在沉箱下潛、拖運、安裝過程中,為保證作業(yè)安全,需對沉箱的浮游穩(wěn)定性進行驗算,并應(yīng)滿足以下兩個條件[2-3]:

        條件一:沉箱自身呈水平狀態(tài),即沉箱頂面與水平面之間的夾角為0°,這要求沉箱的重心和浮心必須在同一條垂線上,重力和浮力對沉箱水平截面中的任一軸取矩均相等,滿足以下公式:

        式中:

        G為沉箱和壓載物的總自重(kN);

        a為重心到計算軸的水平距離(m);

        F為沉箱所受浮力(kN);

        b為浮心到計算軸的水平距離(m)。

        通常情況下,沉箱在沒有壓載的情況,難以滿足上述條件,需通過壓載物將沉箱調(diào)平。

        條件二:按照規(guī)范要求確定合適的沉箱定傾高度[4]:

        1)對于短距離浮運工況(同一港區(qū)或30 n mile以內(nèi)的運程),m≥0.2 m;

        2)對于遠距離浮運工況(夜間航行或30 n mile以上的運程),固體物壓載,m≥0.3 m;液體壓載,m≥0.4 m。

        定傾高度的計算公式如下[4]:

        式中:

        m為沉箱定傾高度(m);

        ρ為沉箱定傾半徑(m);

        a為沉箱重心到浮心的距離(m)。

        沉箱定傾半徑按照如下公式計算[4]:

        式中:

        Ρ為沉箱定傾半徑(m);

        I為沉箱浸水面對應(yīng)斷面對其截面形心軸的慣性矩(m4);

        i為第i箱格內(nèi)壓載物的水平面對其指定截面形心軸(平行于沉箱的計算形心軸)的慣性矩(m4)。

        V為沉箱的排水量(m3)。

        由公式(1)、(2)和(3)可以看出,要計算沉箱的浮游穩(wěn)定性,需要計算出沉箱的諸多幾何屬性參數(shù),如沉箱的體積、重心、水平截面的面積及形心、各箱格的面積及形心,以及最小的定傾半徑等,其中,計算沉箱的最小定傾半徑,需找出沉箱浸水面對應(yīng)斷面對其截面形心軸的最小慣性矩和對應(yīng)的截面形心軸位置(即為沉箱浮游時的轉(zhuǎn)動軸),以及各箱格截面對其指定截面形心軸(平行于沉箱的計算形心軸)的慣性矩。

        對于常規(guī)的矩形沉箱,上述各參數(shù)的計算較為簡單,簡單的手算即可得出,其水平截面最小慣性矩對應(yīng)平行于長邊的形心軸。但是對于異型沉箱,若采用手算方法計算上述各參數(shù),計算過程相當繁瑣,但采用AutoCAD 建立三維模型,則可方便快捷地解決該問題。

        2 求解截面的最小慣性矩

        2.1 轉(zhuǎn)軸公式

        對于任意截面,當坐標系發(fā)生旋轉(zhuǎn)時,各坐標系下的截面慣性矩和慣性積之間存在一定的相關(guān)性,材料力學(xué)中稱之為轉(zhuǎn)軸公式[5],具體如下:

        式中:

        Ix、Iy、Ixy分別為對于截面內(nèi)任意一個坐標系xOy,該截面對應(yīng)坐標軸x,y的慣性矩和慣性積;

        Ix1、I1y、Ix1y1分別為對于坐標系xOy 繞其原點O 逆時針旋轉(zhuǎn)α角得到的新坐標系x1Oy1,該截面對應(yīng)新坐標軸x1,y1的慣性矩和慣性積。

        2.2 慣性矩圓

        聯(lián)立公式(4)、(6)及(5)、(6),可分別得到:

        可以看出上式符合圓的解析表達式。對于截面內(nèi)任一坐標系xOy,該截面對應(yīng)坐標軸x,y的慣性矩和慣性積分別為Ix、Iy和Ixy,分別以慣性矩、對應(yīng)的慣性積為橫、縱坐標,以(,0)為圓心、半徑,得到的圓形可稱為慣性矩圓,如圖2 所示。由公式(7)和(8)可知,慣性矩圓中任一直徑的兩個端點均對應(yīng)一組在新坐標系(由原坐標系xOy 繞其原點O 旋轉(zhuǎn)所得)下的慣性矩和慣性積。

        圖2 慣性矩圓

        2.3 慣性矩和慣性積在慣性矩圓上的相互關(guān)系

        在慣性矩圓中,假定已知坐標系xOy 下對應(yīng)坐標軸x,y的慣性矩(Ix、Iy)和慣性積(Ixy)對應(yīng)的直徑AB 與橫坐標軸之間的夾角為2α0,將直徑AB 逆時針旋轉(zhuǎn)2α角,可得一條新的直徑EF,其對應(yīng)的端點坐標分別為點E()、F,如圖3 所示。

        圖3 慣性矩圓中慣性矩(積)間的關(guān)系示意

        根據(jù)圖3 得:

        對比公式(4)、(5)和(6)可得:

        根據(jù)上述分析可得,在慣性矩圓上,由已知坐標系xOy 下對應(yīng)坐標軸x,y的慣性矩(Ix、Iy)和慣性積(Ixy)繪制一條直徑,將其繞慣性矩圓的圓心C 點逆時針旋轉(zhuǎn)角度2α,所得新直徑的兩個端點坐標即為截面對于原坐標系xOy 繞O 點逆時針旋轉(zhuǎn)α 角所得新坐標系x1Oy1的慣性矩和慣性積。

        2.4 利用慣性矩圓求解截面最小慣性矩

        觀察慣性矩圓可以看出,其水平直徑對應(yīng)的慣性矩一個最小、一個最大。根據(jù)上一節(jié)的分析可知,此時對應(yīng)的坐標系x’Oy’可由已知坐標系xOy 繞O點順時針旋轉(zhuǎn)角度a0得到,a0可由以下公式計算:

        由此,可以得出對于截面內(nèi)通過點O 的所有坐標系,截面在坐標系x’Oy’下的慣性矩和為大小極值,其數(shù)值可由以下公式求得:

        根據(jù)慣性矩的平行軸定理可知,對于截面內(nèi)所有相互平行的坐標軸,截面對形心軸的慣性矩為最小。結(jié)合上述分析,如將坐標系xOy 的原點O 建立在截面形心上,則可通過公式(10)計算出截面的最小慣性矩。

        2.5 非對稱截面沉箱浮游穩(wěn)定的計算步驟

        基于上述理論分析,下文將介紹依托項目中計算橫截面不對稱的異型沉箱浮游穩(wěn)定的具體步驟。

        1)繪制異型沉箱的水平截面A1(由外輪廓線生成),利用AutoCAD 中的查詢功能(命令Massprop)讀取截面A1 的形心,在截面A1 內(nèi)以其為原點建立任意坐標系x0Oy0,如圖4,同時讀取截面A1 在坐標系x0Oy0下對應(yīng)坐標軸x0和y0的慣性矩和慣性積、以及截面面積A[6]。

        圖4 截面A1 內(nèi)任意坐標系x0Oy0

        2)利用公式(9)計算截面A1 的最小慣性矩所對應(yīng)的坐標軸位置,由坐標系x0Oy0繞坐標原點O 順時針旋轉(zhuǎn)角度a0可得,從而建立新的坐標系xOy,如圖5 所示。

        圖5 截面A1 的最小慣性矩對應(yīng)的坐標系xOy

        3)利用公式(10)計算截面A1 的最小慣性矩。

        4)在截面 A1 中繪制各箱格的水平截面C1-C10,如圖6 所示。先在CAD 中讀取截面C1-C10 在新建坐標系xOy 下的形心位置(xi,yi)以及其對于y軸的慣性矩,然后利用平行軸公式求解各截面對于其自身平行于y軸的形心軸的慣性矩(Ii)。

        圖6 各箱格在坐標系xOy 中的位置及幾何參數(shù)

        5)建立沉箱的三維模型[6],在沉箱頂面以其截面形心為原點建立三維坐標系xyz,其中x軸和y軸的方向與第2 步中新建坐標系xOy 的坐標軸方向一致,z軸為沉箱高度方向,向上為正。在AutoCAD 中利用查詢功能(命令Massprop)可快速讀取沉箱的體積和重心位置等幾何屬性參數(shù)。

        圖7 沉箱的三維模型及幾何屬性

        6)假定各箱格內(nèi)的壓載水高度為hi,采用Excel建立各數(shù)據(jù)間的相關(guān)性方程[7],具體如下公式(12)~(16)。本文所研究的異型沉箱,扣除前趾和側(cè)趾,其在豎直方向上為等截面結(jié)構(gòu),因前趾和側(cè)趾的體積相對較小,其對浮心位置的影響可忽略不計,因此,可認為沉箱在水平狀態(tài)下的浮心在浸水面上的投影與浸水面的形心重合[8],即在坐標系xyz中,浮心的x、y坐標值均為0。

        式中:

        VP為沉箱加壓載水后的排水體積(m3),

        ZG為沉箱加壓載水后,其重心在z軸上的坐標值,

        Zf為沉箱加壓載水后,其浮心在z軸上的坐標值,

        H為沉箱高度(m);

        T為沉箱加壓載水的吃水(m),

        F為沉箱浮運時的干舷高度(m),對于本次計算的異型沉箱,依據(jù)規(guī)范[4]計算,干舷高度應(yīng)不小于2.5 m。

        對于沉箱內(nèi)隔板,浮運期間的水頭差是其承受的主要荷載,因此在確定箱格內(nèi)壓載水高度時需控制相鄰箱格間的水位差,以保證內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)安全。

        將公式(12)~(16)作為約束條件,hi作為求解變量,各相鄰箱格間的水位差最小為設(shè)置目標,利用Excel 自帶的規(guī)劃求解功能,即可快速求出滿足條件的hi值,本項目的結(jié)果如表1。

        表1 計算所得浮游穩(wěn)定性參數(shù)

        本項目參照上述數(shù)據(jù)進行了兩個異型沉箱的浮運施工,各箱格壓載水高度的理論計算值與現(xiàn)場實施數(shù)值基本一致,兩個沉箱均順利完成浮運安裝。

        3 結(jié)語

        對于異型沉箱,因水平截面的非對稱,其幾何屬性的計算較為繁瑣,難以采用手算的方法快速求解,這也異型沉箱浮游穩(wěn)定計算的難題。在依托項目中,通過理論分析,并借助相關(guān)工具,提出了一種簡便高效的解決方法:先利用轉(zhuǎn)軸公式和慣性矩圓的相關(guān)理論,求解截面的最小慣性矩及對應(yīng)的形心軸;再采用AutoCAD 建模求解異型沉箱的幾何屬性;最后,運用Excel 的規(guī)劃求解功能進行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析,求解各箱格內(nèi)所需的壓載水高度。上述方法可高效快捷地解決異型沉箱浮游穩(wěn)定計算的難題,希望可為類似工程提供借鑒,推進沉箱結(jié)構(gòu)在水運行業(yè)的進一步發(fā)展應(yīng)用。

        猜你喜歡
        慣性矩心軸沉箱
        阿爾及利亞BETHIOUA礦業(yè)碼頭工程沉箱安裝施工技術(shù)
        珠江水運(2023年4期)2023-03-10 09:41:12
        基于斷面主慣性矩性能的車身B柱上斷面優(yōu)化設(shè)計
        運用Excel軟件計算橋式起重機主梁主慣性矩
        沉箱出運安裝施工技術(shù)分析
        二次曲線組合件的機械加工工藝編制與仿真加工
        小型傾倒沉箱打撈扶正施工技術(shù)
        珠江水運(2020年9期)2020-06-03 01:21:48
        心軸角度異常在胎兒心臟畸形診斷中的價值
        沉箱漂浮穩(wěn)定計算和精安裝施工工藝
        胎兒心軸異常與心臟結(jié)構(gòu)異常相關(guān)性研究
        任意角度水平向荷載下現(xiàn)澆X形樁力學(xué)特性研究(I):慣性矩
        亚洲人妻精品一区二区三区| 车上震动a级作爱视频| 亚洲国产精品久久久久久网站| 巨大欧美黑人xxxxbbbb| 9999精品视频| 日韩激情网| 人成视频在线观看免费播放| 蜜桃视频成年人在线观看| 国产乱淫h侵犯在线观看| 精品国产亚洲av麻豆| 亚洲精品无码永久在线观看| 精品国产一区二区三区av 性色| 欧美人与物videos另类xxxxx| 无码一区二区三区不卡AV| 日产乱码一区二区国产内射| 福利利视频在线观看免费| 97日日碰人人模人人澡| a级毛片无码免费真人| 久久久AV无码精品免费 | 人人妻人人澡人人爽人人dvd| 亚洲av无码乱码国产精品| 老熟女多次高潮露脸视频| 日本高清中文一区二区三区| 亚洲精品国产av成拍| 成年人观看视频在线播放| 人妻有码中文字幕| jlzzjlzz全部女高潮| 国产精品第一区亚洲精品| 77777_亚洲午夜久久多人| 国产精品久久久久国产a级| 国产三级视频在线观看视主播| 与最丰满美女老师爱爱视频| 国产狂喷潮在线观看| 国产小视频网址| 在线观看播放免费视频| 国产亚州精品女人久久久久久| 欧洲freexxxx性少妇播放| 精品国产福利久久久| 亚洲国产一区二区av| 18禁黄网站禁片免费观看女女| 亚洲AV无码一区二区三区日日强 |