一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置及方法与流程

本发明涉及桥梁施工领域，具体涉及一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置及方法。

背景技术：

在大力开发利用海洋资源的背景下，我国跨海大桥的建设正处于蓬勃发展阶段。跨海大桥与一般桥梁建设不同之处在于需要面对复杂的海洋环境，还需充分考虑到波浪荷载对桥梁的设计及建设有重要的影响。

跨海或跨江河桥梁的下部结构施工中，广泛采用大型围堰隔离施工水域，将水下环境变成施工作业区。大型围堰具有体积大、质量重、投资高的特点。跨江河桥梁围堰设计时,由于所处水域波浪较小，通常将波浪荷载等效为静载施加在围堰上。而决定围堰设计成败的关键因素是静力强度及静力变形是否满足要求。但是，对于跨海大桥的大型桥梁围堰来说，巨大的波浪冲击作用显而易见，必须充分关注波浪力动力作用。而波浪的浮托力是围堰设计及施工时必须考虑的重要荷载。但是目前并没有关于跨海桥梁围堰波浪浮托力的相关设计规范，在现有《港口与航道水文规范》(jts145—2015)中只规定了港口高桩码头面板底部纵向浮托力的计算或圆柱底面浮托力的计算。而在跨海大桥中，围堰的截面一般采用矩形或哑铃形。可见，在目前设计规范中并没有相关规范对跨海大桥吊箱围堰承受的波浪浮托力进行明确规定。如中国发明专利cn104775442a公开的一种可拆装式单壁围堰结构及整体吊装施工方法，为由型钢和钢板组成的可拆装式结构，包括壁板、围檩、内支撑及吊挂系统；壁板的外表面设有竖肋和水平加强肋，壁板的底部连接有底板，壁板的内侧和外侧分别设有围檩，内支撑支撑于内侧的围檩上，外侧的围檩与竖肋采用螺栓连接，内侧的围檩与外侧的围檩之间设有自平衡对拉杆，自平衡对拉杆的内端锚固于内支撑的法兰上，外端锚固于外侧的围檩上；吊挂系统包括十字吊架、吊耳，每个十字吊架的4个端部分别设有螺纹钢吊杆，螺纹钢吊杆的下端锚固在底板托梁上。其采用浮吊吊装下沉，并未公开应对波浪浮托力的技术方案，而围堰结构属于大尺度结构，由于目前该结构承受的波浪浮托力无相关规范规定，研究中采用计算流体力学进行数值模拟或水槽试验，而大尺度足尺结构的浮托力的监测技术未见相关报道。虽然围堰下放会选择环境要素(风小、浪小)较有利的时间进行，但是围堰作为大临结构，约束往往并不充分，尤其在下放过程中，整个结构的约束处于最薄弱状态，且下放过程一般要持续较长的时间，因此，有必要对围堰下放过程中波浪的浮托力监测，以保证施工安全，此外，现阶段浮托力的研究仅是从理论方面进行研究，缺乏实测资料验证；即使利用波浪水槽进行模型试验，但是由于水槽尺寸，结构缩尺等因素，无法获得较为精确的测量结果。

有鉴于此，急需大尺度结构浮托力的测试方法，实现对钢吊箱围堰进行原位波浪浮托力的监测，获得波浪浮托力的实际数据。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的钢吊箱围堰施工装置、方法存在的无法对围堰进行原位波浪浮托力监测，无法获得实际数据的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置，包括用于吊装围堰的精轧螺纹钢筋，所述精轧螺纹钢筋向下依次穿过：

第一分配梁，所述精轧螺纹钢筋上设有用于与所述分配梁连接的第一锁紧螺母，所述第一锁紧螺母设置在所述第一分配梁的顶面上；

第二分配梁，所述第二分配梁与所述第一分配梁之间设有千斤顶；

下放横梁，所述下放横梁与所述第二分配梁之间设有测力装置。

在上述方案中，所述下放横梁的横截面呈矩形，所述测力装置为压力环，所述压力环设置为4个，且分别设置在所述下放横梁顶面的四角边缘。

在上述方案中，所述精轧螺纹钢筋上还设有第二锁紧螺母，所述第二锁紧螺母设置在所述第二分配梁的顶面上。

在上述方案中，所述压力环为光纤光栅压力环或电阻应变式压力环，所述压力环的采样频率大于监测场地波浪频率的2倍。

在上述方案中，所述千斤顶为液压千斤顶。

在上述方案中，所述精轧螺纹钢筋设置为多条。

本发明还提供了一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置及方法，采用上述的一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置，包括以下步骤：

围堰在桥位拼装完成后，通过液压千斤顶逐步下放，在围堰下放之前，在第二分配梁和下放横梁之间设置测力装置；

围堰入水至指定深度后，停止下放围堰，通过测力装置测量围堰所受的重力、浮力及波浪浮托力的合力；

获得测力装置测得合力的最大值和最小值，得到合力的幅值；

所得到的幅值即为围堰所受的波浪浮托力的大小。

在上述方案中，将围堰下放至不同深度，测量不同深度下围堰所受的波浪浮托力。

与现有技术相比，本发明，在围堰施工的过程中进行测量，可以在桥址处实测围堰承受的浮托力，在测量过程中可以控制围堰下放高程，测量不同水位下围堰承受的浮托力，测量方法简单、易于操作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中测力装置的排布示意图。

具体实施方式

本发明针对现有技术中无法实现对围堰进行原位波浪浮托力实测，无法获得波浪浮托力的实际数据，难以满足对施工质量和安全更高的要求的问题，提供了一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置及方法。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1～2所示，本发明提供了一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力测量装置，包括用于吊装围堰10的精轧螺纹钢筋20，精轧螺纹钢筋20向下依次穿过第一分配梁30、第二分配梁40和下放横梁50。精轧螺纹钢筋20设置为多条，沿第一分配梁30的周向均布。第二分配梁40与第一分配梁30之间设有千斤顶60，优选的，千斤顶60为液压千斤顶。下放横梁50与第二分配梁40之间设有测力装置70。优选的，下放横梁50的横截面呈矩形，测力装置70设置为4个，且分别设置在下放横梁50顶面的四角边缘。精轧螺纹钢筋20上设有第一锁紧螺母21和第二锁紧螺母22，第一锁紧螺母21设置在第一分配梁30的顶面上，第二锁紧螺母22设置在第二分配梁40的顶面上。本发明，精轧螺纹钢筋20通过第一锁紧螺母21与第一分配梁30固定连接，通过第一锁紧螺母21和第二锁紧螺母22可对精轧螺纹钢筋20起到锁紧的作用，防止其在围堰10的重力作用下向下移动，起到定位的作用，千斤顶60用于推动第一分配梁30，控制第一分配梁30的升降距离，由此下放精轧螺纹钢筋20，进而下放围堰10。优选的，测力装置70包括电阻应变压力传感器，还包括压力环，测力装置70为压力环，该压力环包括电阻应变式压力环和光纤光栅压力环，压力环的采样频率大于监测场地波浪频率的2倍。

本发明还提供了一种跨海桥梁钢吊箱围堰波浪浮托力的测量方法，用于检测围堰10处于不同深度时，所受的波浪浮托力，该测量方法为：

将围堰10在桥位拼装完成后，利用千斤顶60对其进行逐步下放，在围堰10下放之前，安装测力装置70。在围堰10未入水之前，测力装置70测得的力为围堰10的重力，围堰10入水后，测力装置70测得的力为围堰10的重力、围堰10所受浮力及波浪浮托力的合力，通过控制千斤顶60的压力为定值，即暂停对围堰10的下放，此时，围堰10的重力为定值，而在围堰10所在位置处受到的浮力也为定值，由于波浪浮托力并非恒力，且呈周期性规律变化，测力装置70的读数也在一定范围内变化，通过测力装置70可以测得该合力的最小值和最大值，即合力的幅值，该幅值即为围堰10所受波浪浮托力的大小。优选的，可以将围堰10下放至不同深度处，通过测力装置70测得不同深度处围堰10所受的波浪浮托力。

本发明方法简单、易于操作，下面给出一组优选的实施例：

某一围堰的尺寸为：30m(长)×17m(宽)×12.3(高)，质量471.4吨。在桥址处分块拼装，拼装后整体下放。

围堰下放过程中，设置4个测力装置，该测力装置为压力环，压力环的外径为330mm，内径为250mm，最大量程300吨。

围堰下放之前，各压力环读数分别为：108、112、125和120吨，共465吨，设计围堰重量为471.4吨，相差-6.4吨，占围堰质量的1.4％，考虑到围堰腐蚀损耗、加工精度误差、测量误差，表明压力环所测数值正确反应了围堰质量。

围堰下放入水后，4个压力环的测得压力的和为围堰所受的重力、浮力及波浪浮托力的合力。在某一时刻，围堰的重力及浮力为定值，而压力环测得合力的幅值变化即为波浪引起的浮托力的变化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)在围堰施工过程中进行测量，可以在桥址处实测围堰承受的浮托力；

(2)在测量过程中可以控制围堰下放高程，测量不同水位下围堰承受的浮托力；

(3)测量方法简单、易于操作。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。