【正文】 根據(jù)有關(guān)船舶資料顯示：，考慮到本工程距離短，故選用我們600hp的拖輪。式中：A=B(T+)B—構(gòu)件寬度(m)，即B=；T—構(gòu)件吃水(m)；—浮運(yùn)時(shí)涌水高度(m)；浮運(yùn)時(shí)按構(gòu)件前端被水覆蓋，即T+=k為擋水形狀系數(shù)，對矩形取k=。四、結(jié)論通過試驗(yàn)證明，試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算基本相符，所以混凝土構(gòu)件采用氣囊浮運(yùn)和安裝是完全可行的，而且是安全可靠的。 表4－7 箱涵基本技術(shù)參數(shù)箱涵類型斷面面積()混凝土體積()重量(t)箱涵長(m)箱涵寬(m)箱涵高(m)箱涵體積()吃水深(m)助浮后吃水深(m)助浮力(t)三孔引水153雙孔引水153雙孔排水153單孔引水1553單孔排水1553表4－8 箱涵的助浮、填充氣囊布局箱涵類型助浮力助浮氣囊規(guī)格填充氣囊規(guī)格（t）直徑(m)長度(m)體積()每側(cè)條數(shù)總數(shù)直徑(m)長度(m)每孔數(shù)量總數(shù)三孔引水2927雙孔引水2918雙孔排水2924單孔引水299單孔排水2912考慮氣囊未能全部填滿空腔，表中的“助浮力”能使箱涵的吃水深度保持在3m位，在箱涵兩側(cè)分別用捆綁帶固定住助浮氣囊(見附圖)，箱涵兩側(cè)底部分別預(yù)埋8個(gè)拉環(huán)，其抗拉強(qiáng)度根據(jù)助浮力的大小設(shè)定在10～2OOkN，可用于固定氣囊，亦可用來牽引箱涵橫移、縱移；捆綁帶的抗拉強(qiáng)度不小于200kN，它可使多個(gè)氣囊捆在一起，氣囊充氣后，氣囊組會具有良好的剛性。滿足水深要求的水域不需特別大，僅沿挖好的基槽拖運(yùn)即可，不需要加寬基槽。通過周密分析、計(jì)算和試驗(yàn)，決定采用膠囊充氣浮運(yùn)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：原理簡單，施工方便，一般不需要潛水員水下作業(yè)。箱涵完全起浮前，必須系好拖纜，箱涵完全起浮后，才能解除后拉鋼絲繩，以防箱涵起浮后無足夠的牽引系統(tǒng)，引起箱涵在風(fēng)流壓作用下漂流，造成箱涵靠岸擱淺、損壞氣囊，甚至碰撞海上其它船舶的安全事故。此時(shí)箱涵必須馬上停車，對漏氣的氣囊進(jìn)行維修。箱涵進(jìn)入水中箱涵在自重力作用下繼續(xù)下滑進(jìn)入水中，其操作步驟和方法與陸上移運(yùn)類同，但由于水下作業(yè)的特殊性，必須注意以下幾個(gè)方面：必須保證出運(yùn)碼頭水下斜坡段的表面平整度，且不能有各種會對氣囊造成損壞的雜物。重復(fù)上面的程序直至箱涵由水平的縱移通道進(jìn)入出運(yùn)碼頭陸上段。四、移運(yùn)氣囊充氣，箱涵頂升，準(zhǔn)備出運(yùn)氣囊充氣要逐次加氣，先充前面的，當(dāng)氣囊有一定的壓力時(shí)，再充中間，最后充后面，預(yù)充后再按照前面的順序依次將氣囊加氣，直至氣囊把箱涵頂起離開枕木，即將氣囊的泄氣閥關(guān)閉，停止供氣，拆除枕木。當(dāng)現(xiàn)場無合適的條件便于卷揚(yáng)機(jī)作業(yè)時(shí)，則采用人工擺放氣囊。氣管不宜連接在氣囊遠(yuǎn)離海的一端，以防箱涵下水時(shí)，水下移運(yùn)氣囊從箱涵后端突然冒出水面時(shí)對氣管造成破壞。充氣時(shí)同時(shí)觀測氣壓表，停止充氣。安裝鋼絲繩時(shí)要注意避免損壞箱涵的止水帶和助浮氣囊。 表4－5箱涵類型（t）助浮氣囊規(guī)格填充氣囊規(guī)格直徑（m）長度（m）體積()每側(cè)條數(shù)總數(shù)直徑（m）長度(m)每孔數(shù)量總數(shù)三孔引水291427雙孔引水291418雙孔排水291424單孔引水29149單孔排水291412 箱涵下水流程箱涵下水的過程分四個(gè)主要的步聚：一是由水平的縱移通道進(jìn)入傾斜的下水坡道(7度)；二是拆除前拉鋼絲繩和水下擺放移運(yùn)氣囊；三是箱涵由陸上溜放進(jìn)入水中；四是拆除后拉鋼絲繩，系拖帶纜，開始浮運(yùn)。表4－4 箱涵起浮力基本參數(shù)表箱涵類型斷面面 積(混凝土體積()重量(t)箱涵長(m)箱涵寬(m)箱涵高(m)箱涵體積()吃水深(m)助浮后吃水深(m)助浮力(t)箱涵件數(shù)三孔引水15368雙孔引水1532雙孔排水15349單孔引水15535單孔排水155354注：這里的吃水深是指箱涵中填充了氣囊后的。一、起浮力計(jì)算 箱涵下水前應(yīng)進(jìn)行起浮能力計(jì)算。修建下水坡道寬30m；長56m，其中水面以上長度約17m；坡度7，坡底標(biāo)高為－。箱涵下水的方法與縱(橫)移的過程類同，但要求高、難度大。氣囊的設(shè)計(jì)制造保證具有四倍的安全系數(shù)，一旦發(fā)生氣囊受損漏氣，其他氣囊有足夠的能力分擔(dān)徒然增加的載荷，通過調(diào)整氣囊位置和氣壓，可使箱涵恢復(fù)平衡?？赏ㄟ^調(diào)整氣囊氣壓來達(dá)到箱涵啟動時(shí)牽引力減小和制動的要求。 牽引力式中：－絞車牽引力，NK； Q－重物自重， tg－重力加速度，－坡道傾角，度u－坡道摩擦系數(shù)。預(yù)制箱涵標(biāo)準(zhǔn)件分節(jié)長度為15米，包括一部分異型構(gòu)件，共有預(yù)制件約220件，最大的三孔預(yù)制箱涵重達(dá)800噸，出運(yùn)安裝的工作量和技術(shù)難度均很大。第4章 沉箱出運(yùn)施工本章作者將結(jié)合某實(shí)際工程，介紹沉箱的施工工藝以及在施工中要注意的問題。(1)通過分析卷揚(yáng)機(jī)工作過程中卷筒的特點(diǎn)，提出了卷揚(yáng)機(jī)專用的交流電機(jī)控制和同步控制策略，具有非常強(qiáng)的針對性，也大大提高了系統(tǒng)的性能和控制精度。頂升時(shí)各氣囊只有彈性變形，通過充填壓縮空氣實(shí)現(xiàn)變形，因此，要求合適供氣的速度與供氣壓力同時(shí)，由于頂升的工作區(qū)域大，對供氣的管路提出了要求。盡管鋼絲繩是密度較大、較粗的卷繞材料，但是其在同一層中轉(zhuǎn)動慣量的變化可以近似忽略不計(jì)，本系統(tǒng)中將其視為一種擾動，在控制算法中進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。 主令電機(jī)控制模型的建立如前所述，主令機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)隨著收卷輥的直徑的增加而減小，由于直徑不斷增加，其轉(zhuǎn)動慣量也會不斷增加，所以，驅(qū)動部分是時(shí)變結(jié)構(gòu)，時(shí)變量為卷輥直徑和轉(zhuǎn)動慣量。 圖3－2 電機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的控制模式和軟件設(shè)計(jì) 同步控制模式的建立本卷繞控制系統(tǒng)采用獨(dú)立電機(jī)同步驅(qū)動策略，各電機(jī)均具有獨(dú)立的包括電流反饋和速度反饋的雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。CAN通訊由DSP的CAN接口，經(jīng)光耦隔離驅(qū)動，系統(tǒng)同步控制信號的傳輸由CAN通訊實(shí)現(xiàn)。控制核心系統(tǒng)選用TMS320LF2407A，它是專門為電機(jī)控制和運(yùn)動控制而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字信號處理器，其內(nèi)核是定點(diǎn)16位DSP，具有4級流水線結(jié)構(gòu)，頻率可達(dá)40MHz，內(nèi)置有32K的FLASH ROM，片內(nèi)可產(chǎn)生12路的PMW輸出，有16路高速10位A/D轉(zhuǎn)換接口。根據(jù)胡克定律，鋼絲繩內(nèi)張力為 圖3－1 卷揚(yáng)機(jī)主體的物理模型式中E—鋼絲繩彈性模量A—鋼絲繩截面積，L—導(dǎo)輥傳動點(diǎn)之間的距離，一第1臺、第2臺電機(jī)極對數(shù)， 一第1臺、第2臺轉(zhuǎn)子電氣角速度，一第1臺、第2臺卷筒的速比，—第1臺、第2臺卷筒的半徑，t—機(jī)器啟動時(shí)間，—放卷輥的鋼絲繩的內(nèi)張力，—收卷輥鋼絲繩的內(nèi)張力，一 大型構(gòu)件的滾動摩擦力，由式3－1可知，張力大小與鋼絲繩彈性模量、鋼絲繩橫截面積、導(dǎo)輥傳動點(diǎn)之間的距離及兩導(dǎo)輥的速差有關(guān)。和的工作狀態(tài)切換，大型構(gòu)件的搬運(yùn)方向會自動地改變一次，調(diào)節(jié)、運(yùn)行速度，使大型構(gòu)件的移動速度保持恒定，大型構(gòu)件就在合適的張力和恒速運(yùn)動狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)。圖中卷輥和卷輥分別通過機(jī)械傳動系統(tǒng)與臺三相交流感應(yīng)電動機(jī)相連接。 運(yùn)動同步控制系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件的搬運(yùn)需做到所有高壓氣囊能夠同步動作，整個(gè)搬運(yùn)系統(tǒng)能夠按施工工藝所要求的流程和步驟工作，而且，大型構(gòu)件要始終保持合適的姿態(tài)，使施工負(fù)載穩(wěn)定性各項(xiàng)參數(shù)和偏差均符合設(shè)計(jì)要求，因此，控制系統(tǒng)的功能如下：（1）實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的同步協(xié)調(diào)動作，包括整體聯(lián)動、局部聯(lián)動、單點(diǎn)單動等。（3）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動同步控制大型構(gòu)件整體頂升作業(yè)、搬運(yùn)作業(yè)易受到外部環(huán)境的影響，這就要求在頂升搬運(yùn)系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方向的控制。根據(jù)各中大型構(gòu)件的具體情況和移動的要求，將若干中高壓氣囊與氣動閥組、泵站等組合成高壓氣囊集群。第3章 控制系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的任務(wù)與要求氣動頂升搬運(yùn)系統(tǒng)涉及大型構(gòu)件的頂升氣囊集群、行走氣囊集群、牽引設(shè)備和氣動系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性高的要求，確定控制系統(tǒng)的任務(wù)一是控制氣動系統(tǒng)進(jìn)行頂升、搬運(yùn)作業(yè)，二是控制牽引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的前進(jìn)、后退動作，三是保證頂升搬運(yùn)過程中構(gòu)件安全。 圖3－13 沉箱結(jié)構(gòu)參數(shù)圖 (3)沉箱橫移初始狀態(tài)簡圖 圖3－15 沉箱橫移初始狀態(tài)簡圖(4)沉箱橫移時(shí)左右方向變形受力分析以與沉箱底部垂直且通過沉箱重心的橫截面做沉箱平面力系，建立沉箱力學(xué)模型如下： 圖3－16 受力圖圖中，箭頭－氣囊對沉箱的起重分布力q－氣囊集度，取172kNG－沉箱自重，kNf－沉箱下滑力，kN－沉箱與地面的水平夾角1）單條氣囊增加承載面積S=(1256－942)=1420580式中，Ｂ－氣囊變形后的寬度，mm b－氣囊變形前的寬度，mm L－氣囊長度，mm增加的承載形狀為三角形，其受力中心為距底邊的1/3處，其值為：L/3=3016mm則增加的承載力增加抗反轉(zhuǎn)力矩M2) 總的抗反轉(zhuǎn)力矩=M 本章小結(jié) 本章的主要工作是根據(jù)頂升和搬運(yùn)系統(tǒng)要求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與氣囊選用。根據(jù)工程施工要求，該構(gòu)件采取在陸地預(yù)制與水上施工安裝相結(jié)合的施工工藝，沉箱的具體形狀與尺寸要求見圖3－13。圖3－11 某箱梁重心坐標(biāo)圖在X－Y平面內(nèi)，設(shè)箱梁的重心坐標(biāo)為C(，)，根據(jù)物體的重心坐標(biāo)公式確定此箱梁的重心坐標(biāo)C(0，1520)mm。.表3－3 箱梁基本技術(shù)參數(shù)表箱梁長度（mm）箱梁頂寬（mm）底寬（mm）高（mm）自重（kN）60000115005800280015250(2) 箱梁橫移出一只氣囊時(shí)的力學(xué)模型建立l) 工況分析箱梁在水平移動過程中，只是在移動方向上受到牽引力作用，而沿箱梁長度方向不受力，根據(jù)箱梁這種受力特點(diǎn)，假設(shè)：同一氣囊在其承載長度上各處起重高度均相等，即忽略箱梁傾斜后對氣囊兩邊起重高度的影響。為此，牽引高度位置一般應(yīng)與卷揚(yáng)機(jī)架等高。大型構(gòu)件搬運(yùn)時(shí)牽引裝置布置示意圖見圖3－9。 牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì) 牽引系統(tǒng)設(shè)備的布置牽引系統(tǒng)由卷揚(yáng)機(jī)、動滑輪及牽引繩等組成。若伸長部分過長，在頂升過程中，氣囊頭部分受力情況復(fù)雜，易造成氣囊的磨損，降低氣囊的使用壽命。氣囊的工作高度過高或過低均不利于大型構(gòu)件的頂升，若氣囊的工作高度過高時(shí)，大型構(gòu)件穩(wěn)定性差，此外氣囊囊體壓力大，也不利于氣囊的安全；工作高度過低時(shí)既造成氣囊的取放不便，也會造成氣囊體與構(gòu)件和頂升槽的接觸面積加大，加劇了磨損，影響了氣囊的使用壽命。（2）囊公稱直徑D的選擇氣囊公稱直徑D是指氣囊在自由狀態(tài)下充填一定氣壓的壓縮空氣狀態(tài)下氣囊的直徑。行走氣囊的縱斷面結(jié)構(gòu)形式與起重氣囊相同。為實(shí)現(xiàn)氣囊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在氣囊壁材料選擇上采用高強(qiáng)度的表3－1行走氣囊參數(shù)表氣囊類型氣囊直徑（m）公稱壓力(MPa)氣囊試驗(yàn)壓力(MPa)工作高度(m)高壓氣囊 1 2 中壓氣囊 2 2 龍纖維增強(qiáng)材料和優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口橡膠。另外，搬運(yùn)時(shí)，氣囊工作氣壓較低，相應(yīng)的氣囊所需要的承載力也較小，一般采用中壓氣囊或高壓氣囊。與滾筒有所不同的是：滾筒與物體呈線接觸，氣囊與物體則為面接觸。搬運(yùn)時(shí)氣囊一般采用通長一列或左右兩列的擺放方法，方向垂直于大型構(gòu)件移動的方向。氣囊受壓后，其截面可看作由直徑為H的2個(gè)半圓和長度為B、H的長方形組成，見圖3－7所示。在頂升時(shí)，還應(yīng)計(jì)算出頂升氣囊集群的總長度。（4）氣囊長度的選擇氣囊長度是指氣囊囊體的長度，不包括氣囊頭部分的尺寸。氣囊的直徑愈大，價(jià)格愈高，氣囊的成本高；反之，氣囊的直徑愈小，允許的氣囊工作壓力愈大，同時(shí)對其配套設(shè)施(如：空壓機(jī)、壓力表、充氣管、連接件等)要求高，操作安全性降低。氣囊分為低壓、中壓、高壓三種，氣動頂升系統(tǒng)應(yīng)用的氣囊屬高壓氣囊類型。采用頂升溝槽及頂升托架其造價(jià)與單獨(dú)施工混凝土地面差不多，節(jié)省了處理專用頂升溝基礎(chǔ)費(fèi)用，只需施工預(yù)制場25cm混凝土面層的費(fèi)用。氣囊頂升時(shí)因?yàn)?