施工期跨海桥梁矩形设置基础波流力研究

为给跨海桥梁矩形设置基础施工提供参考,研究跨海桥梁矩形设置基础定位下沉过程中墩位水深及结构吃水深度对其波流力的影响。基于垂向多层σ坐标变换模型和大涡模拟LES方法建立三维波浪-流与结构物相互作用的数值仿真模型,分析不同水深及结构吃水深度时,单独波浪作用和波流共同作用下矩形设置基础的波流力及其统计值和流场分布特征,并提出施工期矩形设置基础下沉过程波流力简化算法。结果表明:矩形设置基础在定位下沉过程中,垂直来流传播方向的结构阻水面积随之增大,流场的复杂绕射作用使得波流力峰值呈非线性增大趋势;由于浅水波在整个水深范围影响都比较大,矩形设置基础波流力对结构吃水深度的变化相对深水条件更为敏感;结构波流力峰值不对称系数随吃水深度增加逐渐减小,且波流力表现为正向峰值大于负向峰值的强烈不对称性特点;随着结构吃水深度增加,单独波浪作用、波流共同作用时,在流场复杂绕射作用下,矩形设置基础迎浪侧的波面爬高增大,涡脱现象愈加明显;提出的跨海桥梁矩形设置基础下沉着床过程波流力简化算法可用于估算设置基础施工期波流力。

复杂环境下跨海桥梁深水基础方案研究

研究目的:甬舟铁路金塘水道主航道桥建设环境复杂,墩位处最大水深49 m,设计流速3.14 m/s;设计风速42 m/s,最大浪高8.89 m;海底岩面起伏较大,覆盖层厚薄不均。本文就金塘水道主航道桥深水浅覆盖层地区和深水厚覆盖层地区基础方案展开研究,探寻适用于不同地质条件下的深水跨海桥梁合理基础类型,以期为复杂环境下跨海桥梁深水基础设计提供借鉴。研究结论:(1)跨海桥梁深水基础选择应结合水文、气象、地质、通航等边界条件,从结构受力、经济性、可实施性、水流适应性及通航要求等方面综合确定;(2)深水浅覆盖层地区应优先采用整体刚度大、承载力高的设置基础;(3)深水厚覆盖层地区应优先采用整体刚度大、承载力高的沉井基础;(4)水深30 m以上桥梁基础采用桩基础施工难度大、经济性差,设置沉井基础、沉箱基础、复合基础,沉井基础应为复杂恶劣海洋环境下跨海桥梁优先考虑的基础形式;(5)本研究成果可为复杂环境下跨海桥梁深水基础设计提供参考。

甬舟铁路金塘水道双悬索桥方案共锚碇深水基础研究

甬舟铁路金塘水道主航道桥研究两大跨共锚碇钢桁梁悬索桥方案,孔跨布置为(112+224+1050+238+42) m+(42+238+980+336+84) m。桥址位置台风频发、水深流急、浪大潮高、地质复杂、航道众多,为适应共锚碇基础荷载大,建设环境复杂等条件,从结构受力、经济性、可实施性、水流适应性等方面对大直径钻孔桩基础、复合基础和沉井基础进行方案比选。研究结果表明:复合基础结构紧凑、刚度大,施工周期较短、风险低,但其防冲刷性能、受力特性等需开展系列专题试验研究验证,沉井基础相对成熟且在结构受力、工程造价、施工工期等方面均优于钻孔桩基础方案;圆形沉井和矩形沉井工程造价及施工周期基本相当,考虑到圆形沉井方案对水流适应性好,冲刷深度小,经综合比较共锚碇基础推荐采用圆形沉井基础方案。

水下沉箱冲淤特性模型实验研究

水下沉箱是渤海通航区水下生产系统的重要防护装置,但海流冲刷作用可能导致沉箱暴露,使其面临被渔业活动、船舶抛锚等破坏的风险。为支撑渤海浅水水下生产系统水下沉箱方案设计,以某实际工程闭口型水下沉箱为例,通过物理模型实验,研究沉箱凸出高度、回填砂与原场砂等对沉箱冲淤特性的影响。实验中考虑海床面与沉箱顶面相对位置的不同,设置了凸出式、齐平式(沉箱顶面与海床表面齐平)与掩埋式3种水下沉箱模型实验,研究沉箱在不同掩埋情况下其周边海床土层的冲淤特性。结果表明,闭口型沉箱顶部高于海床面或与海床面齐平时,沉箱来流方向上游发生了局部冲刷,下游则出现了不同程度的淤积,且淤积高度随沉箱凸出高度增大而增大;对于掩埋式沉箱,回填沙在极限流速下会被完全冲走,但原场砂会重新回填、淤积并覆盖沉箱;但如果上游泥砂量供给不足,随着时间发展,沉箱周围的泥砂将被冲刷并导致沉箱暴露。综合模型实验结果,建议该工程使用齐平式或者掩埋式闭口沉箱形式。本研究为水下生产系统水下沉箱的设计提供了参考。

FPSO海水提升管高强度铸钢件焊接技术

采用氢含量控制法确定铸钢件的预热温度,结合铸钢件结构的施工特点确定焊缝坡口形式,并进行焊接工艺评定试验,试验结果均满足规范要求,编制了FPSO海水提升管铸钢件的施工工艺要求。