一种深水钢围堰及节段施工水动力振动的分流板抑制方法与流程

1.本发明属于桥梁基础施工领域，具体涉及一种深水钢围堰及节段施工水动力振动的分流板抑制方法。


背景技术：

2.在桥梁基础施工中，常用围堰来防止水和土进入结构物位置，可以在围堰内进行排水、开挖基坑、建造结构等施工步骤。对于水较深、流速大的河流或海洋等区域，常采用钢板桩围堰、双层薄壁钢围堰等。钢围堰在复杂水文环境下，围堰表面会受到复杂的随机波浪力，国内外学者对于大型钢围堰的波浪力以及在波浪荷载作用下钢围堰的动力响应进行了广泛的研究。康啊真开展跨海深水桥梁围堰所受的波浪力及其作用下引起的动力响应研究，提出了波浪荷载下与结构相互作用的数学模型，并分析了波浪参数、拉缆参数对锚固围堰的振动响应的影响。祝兵等人基于物理模型试验提出了哑铃型跨海桥梁围堰不规则波浪力试验研究。
3.目前对于钢围堰的研究多集中在新型钢围堰结构、钢围堰施工方法、钢围堰施工装置等，尚未发现对于深水钢围堰节段施工水动力振动的分流板抑制技术的相关研究。
4.[1]康啊真.三维波浪作用下跨海深水桥梁围堰的动力响应研究[d].西南交通大学,2014.
[0005]
[2]祝兵,殷瑞涛,张家玮,康啊真,杨志莹.哑铃型跨海桥梁围堰不规则波浪力试验研究[j].铁道科学与工程学报,2020,17(08):2004-2012.
[0006]
[3]郑州大学.钢围堰防偏下放装置:cn202011141440.0[p].2021-01-26.
[0007]
[4]中交路桥建设有限公司,中交路桥建设有限公司华中分公司.一种用于水中桥墩维修的钢围堰的施工方法:cn202111193648.1[p].2022-02-11.


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种深水钢围堰及节段施工水动力振动的分流板抑制方法，对钢围堰起到长期水动力振动的抑制作用。
[0009]
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
[0010]
一种深水钢围堰，包括钢围堰本体以及固定在钢围堰本体背流端外壁上的分流板，所述分流板与其相固定的钢围堰本体外壁表面垂直设置，所述分流板的两侧通过固定支架与钢围堰本体之间进行支撑加固。
[0011]
作为一种优选方案，所述的钢围堰本体为矩形的四面体结构，钢围堰本体顺流方向纵向长边的长度为b，则分流板的长度取1/10b。
[0012]
作为一种优选方案，所述的钢围堰本体由若干个节段拼接而成，钢围堰本体施工过程中逐节段接长并下沉至着床。
[0013]
作为一种优选方案，所述的分流板固定在钢围堰本体与水流方向垂直的横向宽边的中央位置外壁上。
[0014]
作为一种优选方案，所述的分流板采用焊接固定在钢围堰本体背流端外壁上。
[0015]
作为一种优选方案，所述固定支架包括支撑设置在分流板的两侧表面与钢围堰本体外壁表面之间的支柱。
[0016]
作为一种优选方案，所述的支柱水平设置，且沿高度方向在分流板不同位置的两侧表面与钢围堰本体外壁表面之间设置若干层。
[0017]
作为一种优选方案，所述分流板的高度不超过钢围堰本体背流端外壁的高度。
[0018]
一种深水钢围堰节段施工水动力振动的分流板抑制方法，包括以下步骤：
[0019]
由若干个节段逐节段接长并下沉至着床，完成钢围堰本体的拼装；
[0020]
在钢围堰本体的背流端外壁上，对即将固定分流板的区域进行打磨；
[0021]
设置与钢围堰本体外壁表面垂直的分流板并进行临时固定；
[0022]
将分流板与钢围堰本体打磨之后的区域进行焊接固定；
[0023]
在分流板的两侧通过固定支架与钢围堰本体之间进行支撑加固。
[0024]
作为一种优选方案，根据钢围堰本体尺寸制作分流板，所述的钢围堰本体为矩形的四面体结构，钢围堰本体顺流方向纵向长边的长度为b，则分流板的长度取1/10b；
[0025]
将分流板固定在钢围堰本体与水流方向垂直的横向宽边的中央位置外壁上。
[0026]
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
[0027]
通过在钢围堰本体的背流端外壁上设置分流板，能够对钢围堰本体后端水流涡旋产生抑制作用，减小水动力振动和阻力，在分流板两侧通过固定支架与钢围堰本体之间进行支撑加固，防止分流板出现偏位，可以对钢围堰起到长期抑制水动力振动的作用。本发明的装置具有安装过程简单，分流板支撑稳定，水动力振动抑制效果好等优点。
[0028]
进一步的，本发明钢围堰本体为矩形的四面体结构，钢围堰本体顺流方向纵向长边的长度为b，则分流板的长度取1/10b，此时分流板对于减小水致阻力和升力的效果最为显著，而继续增加分流板长度提升效率趋缓，因此分流板的长度取1/10b最佳。
附图说明
[0029]
图1本发明实施例深水钢围堰的分流板装配结构俯视图；
[0030]
图2本发明实施例深水钢围堰的分流板装配结构侧视图；
[0031]
图3本发明实施例深水钢围堰的分流板装配结构正视图；
[0032]
图4对比例深水钢围堰无分流板模型流体涡旋结果图；
[0033]
图5本发明实施例深水钢围堰的模型流体涡旋结果图；
[0034]
图6本发明实施例深水钢围堰的分流板对阻力的影响分析图；
[0035]
图7本发明实施例深水钢围堰的分流板对升力的影响分析图；
[0036]
附图中：1-钢围堰本体；2-分流板；3-固定支架。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0038]
本发明针对已有的波浪荷载作用下钢围堰的动力响应的研究，提出一种深水钢围堰及节段施工水动力振动的分流板抑制方法，如图1-3所示，本发明深水钢围堰包括钢围堰本体1以及固定在钢围堰本体1背流端外壁上的分流板2，分流板2与其相固定的钢围堰本体
1外壁表面垂直设置，分流板2的两侧通过固定支架3与钢围堰本体1之间进行支撑加固。
[0039]
在本实施例中，钢围堰本体1由若干个节段拼接而成，钢围堰本体1施工过程中逐节段接长并下沉至着床。钢围堰本体1为矩形的四面体结构，钢围堰本体1顺流方向纵向长边的长度为b，则分流板2的长度取1/10b。且分流板2固定在钢围堰本体1与水流方向垂直的横向宽边的中央位置外壁上。分流板2采用焊接固定在钢围堰本体1背流端外壁上。
[0040]
更进一步的，固定支架3包括支撑设置在分流板2的两侧表面与钢围堰本体1外壁表面之间的支柱，如图2与图3所示，支柱水平设置，且沿高度方向在分流板2不同位置的两侧表面与钢围堰本体1外壁表面之间设置若干层，图中示出的本实施例为两层。
[0041]
本发明深水钢围堰的整体构件为通过分流板2与固定支架3形成水动力振动的抑制装置，通过改抑制装置的持续作用，可对钢围堰后端水流提供长期稳定的动力振动抑制作用，本发明深水钢围堰的安装过程简单，分流板2的支撑稳定，起到的水动力振动抑制效果较好。
[0042]
本发明深水钢围堰节段施工水动力振动的分流板抑制方法实施例，包括以下步骤：
[0043]
根据钢围堰本体1尺寸制作分流板2，分流板2的长度取钢围堰本体1长边长度的1/10。
[0044]
在钢围堰本体1的分块拼装焊接工作完成后，准备安装分流板2。
[0045]
使用打磨机打磨分流板2需要安装位置的钢围堰本体1外壁。
[0046]
将分流板2运输到安装位置并进行临时固定。
[0047]
焊接分流板2与钢围堰本体1外壁的对应位置。
[0048]
在分流板2的两侧使用固定支架3与钢围堰本体1外壁进行固定。
[0049]
检查分流板2的整体稳定性。
[0050]
以下通过建立钢围堰计算流体力学(cfd)模型对本发明的效果进行分析说明。
[0051]
参见图6与图7，通过分析可知，仅在钢围堰本体1的前端增加分流板2对钢围堰水动力没有改善作用，增加尾端的分流板2对于减小水致阻力和升力有显著作用，特别是分流板长度l介于0～1/10b(b为钢围堰顺流向长度)时效果最为显著，继续增加分流板长度提升效率趋缓，因此在尾端安装1/10b长度的分流板。同时安装前端分流板与仅安装尾端分流板相比，对于阻力没有明显区别，当分流板长度超过3/4b时，增加前端分流板对于抑制横向振动有益。
[0052]
参见图3与图4，对比深水钢围堰无分流板模型流体涡旋结果与本发明实施例深水钢围堰的模型流体涡旋结果可见，本发明在钢围堰本体1增加尾端的分流板2后，涡旋后移，尾迹变长，表明钢围堰本体1所受的阻力减小。
[0053]
本发明已成功应用于广东惠州博罗东江大桥的深水钢围堰施工中，该桥位最大水深超过40m，钢围堰本体1需采用节段施工，每节段宽188m，长29.4m(b)，高6m，逐段运至桥位，边接长边下沉，直至着床。在施工过程中，钢围堰本体1受到动水作用，是影响到施工安全性和精确性的主要因素。本发明构造简单、施工方便，并且效果显著，具有极强的适用性和极高的经济价值。该项目采用本发明的方案，在钢围堰本体1的尾端中央加装1/10b长(2.94m)的分流板，通过观测对比和计算分析，有效抑制了涡旋的产生和发展，从而减小钢围堰受到的水动力阻力和横向摆动力，提高了施工的安全性，创造了较好的经济与社会价
值。
[0054]
最后，本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围之内。