大型钢圆筒振沉用共振装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种大型钢圆筒振沉用共振装置，尤其涉及一种通过振动梁和连系梁配合可使其整体结构更加稳定，并满足激振力轴心传递要求的大型钢圆筒振沉用共振装置；该共振装置包括多个用于传递振动锤激振力的振动梁和多个用于使各振动锤激振力在钢圆筒筒口上均匀分布的连系梁；所述振动梁设置在钢圆筒筒口上，并沿所述筒口圆周方向等间距顺序排布；所述连系梁连接在相邻两振动梁之间。本发明采用振动梁和连系梁的设计，通过振动梁将激振力准确传导至大型钢圆筒，通过连系梁将各振动梁连接成一体，使激振力均匀施加在大型钢圆筒的上端筒口，并提供足够的刚度保证各振动梁同步振动；通过振动梁和连系梁配合使用可使共振装置整体结构更加稳定，并满足激振力轴心传递要求。
【专利说明】大型钢圆筒振沉用共振装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大型钢圆筒振沉用共振装置，尤其涉及一种通过振动梁和连系梁 配合可使其整体结构更加稳定，并满足激振力轴心传递要求的大型钢圆筒振沉用共振装 置。
【背景技术】
[0002] 近年来随着外海人工岛、沿海海堤护岸工程项目的发展，通过振动下沉大型钢圆 筒结构形成围埝快速成堤、成岛施工工艺日趋成熟，应用前景广阔。随着钢圆筒结构尺寸的 增大，振沉阻力的增加使得参与振沉的锤组数量相应增加。为保证钢圆筒平稳下沉，因此， 需采用一种钢结构使得参与打桩的振动锤同步振动，并保证激振力均匀传递至钢圆筒上， 形成振动锤组与钢圆筒的共振。传统的共振梁采用米字型设计或十字型设计。然而随着参 与振动的锤体数量增加，传统的设计方案在结构刚度，激振力传递效率上存在诸多问题，具 体表现为：（1)钢圆筒结构尺寸庞大，对共振梁的整体外形及构造形式提出了更为苛刻的 要求，以保证锤组在高频同步振动时的刚度及结构整体安全；（2)由于振幅与锤组质量呈 反比，在确保共振梁刚度满足要求前提下，仍需兼顾其总质量所能达到的振幅能够破坏基 础土体；（3)随着振动锤数量的增加，振动锤在共振梁上的布置位置将直接决定锤组整体 是否发生偏心振动。
[0003] 因此，针对以上问题，本发明急需提供一种新的大型钢圆筒振沉用共振装置。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种大型钢圆筒振沉用共振装置，该共振装置通过振动梁和 连系梁配合可使其整体结构更加稳定，并实现激振力轴心传递要求的目的。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种大型钢圆筒振沉用共振装置，该 共振装置包括多个用于传递振动锤激振力的振动梁和多个用于使各振动锤激振力在钢圆 筒筒口上均匀分布的连系梁；所述振动梁设置在钢圆筒筒口上，并沿所述筒口圆周方向等 间距顺序排布；所述连系梁连接在相邻两振动梁之间。
[0006] 所述振动梁包括一个振动箱，在该振动箱内设有多个呈交错设置的肋板，所述肋 板垂直设置。
[0007] 所述振动箱呈矩形设置，该振动箱包括上端的顶板、下端的底板和四周的立板；所 述顶板用于安装振动锤，在该顶板上均匀分布有多个用于连接振动锤的栓接孔。
[0008] 在所述底板上均匀分布有多个用于连接夹具的栓接孔。
[0009] 所述连接箱包括上端的上连接板、下端的下连接板、前后两侧的侧板以及侧板与 上下连接板相连的加强板。
[0010] 所述振动箱上设有多个减重口。
[0011] 本发明与现有技术相比具有以下的优点：
[0012] 1、本发明采用振动梁和连系梁的设计，通过振动梁将激振力准确传导至大型钢圆 筒，通过连系梁将各振动梁连接成一体，使激振力均匀施加在大型钢圆筒的上端筒口，并提 供足够的刚度保证各振动梁同步振动；通过振动梁和连系梁配合使用可使共振装置整体结 构更加稳定，并满足激振力轴心传递要求；填补了大型钢圆筒振沉施工的空白；提高了整 体质量，扩大了应用范围。
[0013] 2、本发明采用减重口的设计，该减重口可有效减轻振动梁的自重；由于振动锤振 幅与振动梁总质量成反比，但破坏土体下沉的过程需拥有足够大的振幅，因此本发明采用 减重口的设计，可在保证振动梁整体刚度的前提下，为钢圆筒振沉提供尽可能大的振幅。
[0014] 3、本发明采用正多边形圈梁式结构的共振装置，可使共振装置整体结构稳定；共 振装置的结构与钢圆筒的形状拟合性好，能较好的满足激振力轴心传递要求；且共振装置 的总质量下降，有利于保证振沉施工中对于振幅需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0016] 图1是本发明的结构示意图（俯视图）；
[0017] 图2是本发明中振动梁的结构示意图（俯视图）；
[0018] 图3是本发明中振动梁的结构示意图（主视图）；
[0019] 图4是本发明中振动梁的结构示意图（仰视图）；
[0020] 图5是本发明中连系梁的结构示意图（俯视图）；
[0021] 图6是本发明中连系梁的结构示意图（图5中A-A的剖视图）。
【具体实施方式】
[0022] 参见图1、图2、图3、图4所示，本发明的大型钢圆筒振沉用共振装置，该共振装置 包括多个用于传递振动锤激振力的振动梁1和多个用于使各振动锤激振力在钢圆筒筒口 2上均匀分布并可作为同步联动传导平台的连系梁3 ;所述振动梁垂直设置在钢圆筒筒口 上，并沿所述筒口圆周方向等间距顺序排布；所述连系梁连接在相邻两振动梁之间。本发明 采用振动梁和连系梁的设计，通过振动梁将激振力准确传导至大型钢圆筒，通过连系梁将 各振动梁连接成一体，使激振力均匀施加在大型钢圆筒的上端筒口，并提供足够的刚度保 证各振动梁同步振动；通过振动梁和连系梁配合使用可使共振装置整体结构更加稳定，并 满足激振力轴心传递要求；填补了大型钢圆筒振沉施工的空白；提高了整体质量，扩大了 应用范围。
[0023] 参见图2、图3、图4所示，本实施例中所述振动梁包括一个振动箱，在该振动箱内 设有多个呈交错设置的肋板（属现有技术，图中未显示），所述肋板垂直设置。本实施例中 所述振动箱呈矩形设置，该振动箱包括上端的顶板4、下端的底板5和四周的立板6;所述顶 板用于安装振动锤，在该顶板上均匀分布有多个用于连接振动锤（属现有技术）的栓接孔 7 ;为保证振动锤的激振力能够有效作用于钢圆筒的筒壁，使振动锤的施力点与振动梁对应 处的筒口位置重合，因此将用于连接振动锤的栓接孔沿所述筒口圆弧均匀分布；所述底板 用于将激振力传递至钢圆筒，在该底板上均匀分布有多个用于连接夹具的栓接孔8;为保 证底板能将激振力通过夹具直接准确的传导至筒壁，使振动锤的施力点与振动梁对应处的 筒口位置重合，因此将用于连接夹具（属现有技术）的栓接孔沿所述筒口圆弧两侧均匀分 布。本实施例中所述的肋板可有效支撑振动箱，使振动梁的整体的刚度增强；由于大型钢圆 筒的尺寸非常大，相对应的所需的振动梁的尺寸也需要很大，且对振动梁的牢固性、稳定性 和刚度要求都非常高，因此对于振动梁振动箱的选材就尤为重要；本实施例中为更好地承 受并传导激振力，所述振动箱的底板采用至少90mm的钢板制成，所述顶板采用至少60mm的 钢板制成，所述肋板采用至少25mm的钢板制成；所述顶板、底板、立板和肋板所用的钢板均 为Q345B钢板，采用E-70或同等强度材质焊条焊接拼装，焊缝饱满连续，充分融透。焊接用 材料、焊接流程、焊接质量及检验标准均按照美国AWS D1. 1-2010标准执行。
[0024] 本发明为尽可能使钢圆筒在振沉过程中多个振动锤同时传递到钢圆筒上的激振 合力为轴心作用力，避免形成偏载引起钢圆筒震颤而影响振沉效果；因此，振动锤及传递激 振力的夹具的安装位置尤为关键；这就需要通过计算并试验优化，在所述振动梁的顶板和 底板上进行精确开孔，所有栓接孔开孔的位置相对共振装置圆心偏差不超过3cm，栓接孔内 螺纹加工精度达到UNC3B级别；顶面及底面加工精度为3. 2 μ m，以确保安装在每个振动梁 上的单台振动锤及夹具安装完成后，其激振力的作用中心与所夹持的筒壁圆弧形心重合， 将各振动锤组成锤组后，锤组的激振合力的作用中心与钢圆筒重心重合。
[0025] 参见图5、图6所示，本实施例中所述连系梁包括一个连接箱，本实施例中所述连 接箱整体呈梯形设置，该连接箱包括上端的上连接板9、下端的下连接板10、前后两侧的侧 板以及侧板11与上下连接板相连的加强板12。;本实施例中为更好地将激荡力均匀分布到 钢圆筒上，并尽量减少连系梁整体自重，所述振动箱的底板采用至少15mm的钢板制成；所 述上连接板、下连接板、加强板以及侧板所用的钢板均为Q345B钢板，采用E-70或同等强度 材质焊条焊接拼装，焊缝饱满连续，充分融透。焊接用材料、焊接流程、焊接质量及检验标准 均按照美国AWS D1. 1-2010标准执行。
[0026] 为避免共振装置因焊接应力或变形造成结构外形或受力改变，在加工过程中严格 执行分步加工及预拼装检验原则，保证各道工序均能满足要求。前一道工序加工前，均确认 消除焊接应力及不利变形，并通过采用胎具、对称焊接、预留焊接变形余量等措施确保成品 质量。共振装置加工完成后，对与振动锤、夹具、连系梁等设备作用面进行精密打磨，确保安 装物铅垂且与梁体贴合紧密。
[0027] 参见图3所示，本实施例中所述振动箱上设有多个减重口 13。本实施例中所述的 减重口呈圆形设置，也可根据实际施工需要任意选取其形状；该减重口分布在所述振动箱 的立板上；该减重口可有效减轻振动梁的自重；由于振动锤振幅与振动梁总质量成反比， 但破坏土体下沉的过程需拥有足够大的振幅，因此本发明采用减重口的设计，可在保证振 动梁整体刚度的前提下，为钢圆筒振沉提供尽可能大的振幅。
[0028] 本实施例中所述振动箱的两端立板与所述连接箱两端连接板及侧板之间可通过 焊接或栓接连接，并以此将各振动梁以此与连系梁整体连接成一体，形成正多边形的大型 钢圆筒振沉用共振装置，该共振装置对应安装在钢圆筒的筒口上，本发明中采用八个振动 梁和八个连系梁的设置，也可根据钢圆筒实际的尺寸规格需求自由选取振动梁及连系梁数 量。
[0029] 此外，本发明共振装置的整体形状及振动梁与连系梁结合的整体结构形式亦直接 决定结构的整体刚度及总质量。因钢圆筒直径较大，如采用传统米字型径向连系梁由钢圆 筒中心向八向辐射方式连接振动梁，则因连系梁过长而导致结构刚度变小，振动锤工作时， 连系梁变形将造成激振力损失；如进行特殊加强，则总质量增加，经济效益及振沉效率下 降；本发明采用正多边形圈梁式结构的共振装置，可使共振装置整体结构稳定；共振装置 的结构与钢圆筒的形状拟合性好，能较好的满足激振力轴心传递要求；且共振装置的总质 量下降，有利于保证振沉施工中对于振幅需求。
[0030] 本发明的共振装置具体装配流程如下：
[0031] (1)按照设计图纸尺寸及材质要求加工振动梁和连系梁所需的钢板。
[0032] (2)用钢板铺设拼装场地，拼装时采用水平尺确保拼装完成后场地最终平面误差 + 3mm η
[0033] (3)采用加工好的钢板分别拼装焊接振动梁及连系梁，焊接前制作专用胎架，通过 胎架强制限制及标准化制作，预留焊接变形量，对称焊接等措施予以控制加工精度。
[0034] (4)按照振动锤及夹具安装位置，在相应的振动梁上加工栓接孔；栓接孔开孔位 置应确保振动锤安装后位置相对共振装置整体的中心处不超过3cm。
[0035] (5)在平整场地上安装托架，在托架上依次摆放连系梁、共振梁，并点焊或螺栓固 定。
[0036] (6)对拼接好的共振装置进行全面检查，检查项目包括相邻振动梁与连系梁之间 的钢板错台偏差、整体平整度、相对装配尺寸等；
[0037] (7)检查完成并校调完毕后，考虑焊接余量对称焊接，减少焊接变形造成结构变 形。
[0038] (8)对振动梁的顶板与振动锤相接触的面以及底板与夹具相接触的面进行机密打 磨，确保振动锤和夹具与共振装置贴合的更加紧密。
【权利要求】
1. 一种大型钢圆筒振沉用共振装置，其特征在于：该共振装置包括多个用于传递振动 锤激振力的振动梁和多个用于使各振动锤激振力在钢圆筒筒口上均匀分布的连系梁；所述 振动梁设置在钢圆筒筒口上，并沿所述筒口圆周方向等间距顺序排布；所述连系梁连接在 相邻两振动梁之间。
2. 根据权利要求1所述大型钢圆筒振沉用共振装置，其特征在于：所述振动梁包括一 个振动箱，在该振动箱内设有多个呈交错设置的肋板，所述肋板垂直设置。
3. 根据权利要求2所述大型钢圆筒振沉用共振装置，其特征在于：所述振动箱呈矩形 设置，该振动箱包括上端的顶板、下端的底板和四周的立板；所述顶板用于安装振动锤，在 该顶板上均匀分布有多个用于连接振动锤的栓接孔。
4. 根据权利要求3所述大型钢圆筒振沉用共振装置，其特征在于：在所述底板上均匀 分布有多个用于连接夹具的栓接孔。
5. 根据权利要求4所述大型钢圆筒振沉用共振装置，其特征在于：所述连接箱包括上 端的上连接板、下端的下连接板、前后两侧的侧板以及侧板与上下连接板相连的加强板。
6. 根据权利要求5所述大型钢圆筒振沉用共振装置，其特征在于：所述振动箱上设有 多个减重口。
【文档编号】E02D19/04GK104099939SQ201410311828
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】孔令磊, 孟凡利, 刘亚平, 张怡戈, 刘昊槟, 丰贯凌, 沈家海, 孟学林, 张道良, 李建明, 靳胜, 杨润来 申请人:中交一航局第一工程有限公司, 中交第一航务工程局有限公司