CN114991186B - 一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置及方法，装置包括沿钢围堰的端部外壁布置的射流管，所述射流管的不同高度位置开孔并安装有喷管，且钢围堰外壁上部的喷管朝向向下，钢围堰外壁下部的喷管朝向向上；所述射流管通过水管连接到钢围堰内部的液面以下，水管上设置抽水泵；抽水泵通过水管从钢围堰的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管，经射流管上的喷管喷出，在钢围堰的端部形成逆向水流罩，对钢围堰的端部水流产生射流抑制作用。本发明能够对钢围堰前端水流提供长期稳定的动力振动抑制作用，装置的安装步骤简单，射流管的水流稳定，水动力振动抑制效果较好。
Description
技术领域
本发明属于桥梁围堰结构技术领域，具体涉及一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置及方法。
背景技术
随着我国近海岸工程的不断建设，跨海桥梁的数量也不断增多，跨海桥梁大多处于深水海域，因此给桥梁的基础和围堰设计带来更高的要求。桥梁围堰结构由于波浪力的作用引起的动力响应，对于围堰结构的设计、施工等环节都会产生重要的影响。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。其中，康啊真等人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。徐伟等人研究了超大型深水钢吊箱围堰在随机波浪力作用下的动力响应。
现有技术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，尚未提出对于深水钢围堰节段振动的中心射流抑制的类似研究。
[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.
[2]徐伟,徐赞云,吴加云.随机波浪力下超大型钢吊箱围堰动力响应分析[J].沈阳工业大学学报,2012,34(04):461-468.
[3]黄剑锋,彭强,李冕,陈鸣,袁航,李建强.一种海洋桥梁深水区装配式双壁钢围堰结构与施工方法[P].湖北省：CN109653224B,2022-03-18.
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发明内容
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节段振动的中心射流抑制装置及方法，实现对钢围堰前端起到长期水动力振动抑制的作用。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，包括沿钢围堰的端部外壁布置的射流管，所述射流管的不同高度位置开孔并安装有喷管，且钢围堰外壁上部的喷管朝向向下，钢围堰外壁下部的喷管朝向向上；
所述射流管通过水管连接到钢围堰内部的液面以下，水管上设置抽水泵；抽水泵通过水管从钢围堰的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管，经射流管上的喷管喷出，在钢围堰的端部形成逆向水流罩。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述射流管布置在钢围堰的前端外壁，或者同时布置在钢围堰的前端和后端外壁。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述射流管通过管扣固定在钢围堰的端部外壁上。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述管扣设置在射流管的上下两端以及相邻的喷管之间。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述管扣为弧面的金属固定带，且弧面的金属固定带两端加工有水平向外延伸的边缘；其中，弧面与射流管的外表面贴合，两端的边缘与钢围堰的外壁进行焊接。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述喷管等间距设置有7个，按照由上至下进行排序，其中，第1-3排的喷管朝向向下，第4排的喷管水平设置，第5-7排的喷管朝向向上，并且第1-3排的喷管分别与第5-7排的喷管关于第4排的喷管呈对称角度安装。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述第1-3排的喷管倾角依次减小，第5-7排的喷管倾角依次增大。
作为本发明中心射流抑制装置的一种优选方案，所述抽水泵放置在钢围堰上；水管通过弯头连接件与射流管丝接，射流管的开孔处通过管箍连接件与喷管丝接，螺纹上使用密封胶进行密封，再用管钳拧紧。
一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制方法，包括以下步骤：
制作即将沿钢围堰的端部外壁布置的射流管，在射流管的不同高度位置开孔并安装喷管，使钢围堰外壁上部的喷管朝向向下，钢围堰外壁下部的喷管朝向向上；
在钢围堰的端部外壁上，对即将固定射流管的区域进行打磨；
通过管扣将射流管固定在钢围堰的端部外壁上；所述管扣为弧面的金属固定带，且弧面的金属固定带两端加工有水平向外延伸的边缘；其中，弧面与射流管的外表面贴合，两端的边缘与钢围堰外壁打磨后的区域进行焊接；
通过水管将射流管连接到钢围堰内部的液面以下，在水管上设置抽水泵；
开启抽水泵，抽水泵通过水管从钢围堰的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管，经射流管上的喷管喷出，在钢围堰的端部形成逆向水流罩，对钢围堰的端部水流产生射流抑制作用。
作为本发明中心射流抑制方法的一种优选方案，将射流管布置在钢围堰的前端外壁，或者同时布置在钢围堰的前端和后端外壁。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
钢围堰由若干个节段逐节段接长并下沉至着床，采用焊接拼装，本发明通过在钢围堰的端部安装射流管，射流管上装有多个不同角度的喷管，且钢围堰外壁上部的喷管朝向向下，钢围堰外壁下部的喷管朝向向上，抽水泵通过水管从钢围堰的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管，经射流管上的喷管喷出，在钢围堰的端部形成逆向水流罩，可抑制钢围堰绕流的动水阻力和振动。本发明通过射流管、抽水泵以及相配合的水管形成水动力振动的抑制装置，通过该抑制装置的持续作用，能够对钢围堰前端水流提供长期稳定的动力振动抑制作用，该装置安装步骤简单，射流管的水流稳定，产生的水动力振动抑制效果较好。
附图说明
图1本发明深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置结构俯视图；
图2本发明深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置结构侧视图；
图3本发明深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置结构正视图；
图4本发明实施例射流管上的喷管角度设置示意图；
图5本发明实施例管扣的结构示意图；
图6本发明实施例管扣在射流管上的安装位置示意图；
图7本发明实施例直角钢围堰三维绕流涡量分布图；
图8本发明实施例圆角钢围堰均方根(r.m.s)流速分布图；
图9本发明实施例钢围堰流速实测图(沿钢围堰中线流速)；
附图中：1-抽水泵；2-水管；3-钢围堰；4-射流管；5-喷管；6-管扣。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1至3，本发明实施例的一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，包括沿钢围堰3的端部外壁布置的射流管4，本实施例的射流管4布置在钢围堰3的前端外壁，也可以同时布置在钢围堰3的前端和后端外壁，射流管4的不同高度位置开孔并安装有喷管5，并且钢围堰3外壁上部的喷管5朝向向下，钢围堰3外壁下部的喷管5朝向向上。
射流管4通过水管2连接到钢围堰3内部的液面以下，水管2上设置抽水泵1，将抽水泵1放置在钢围堰3上，水管2通过弯头连接件与射流管4丝接，射流管4的开孔处通过管箍连接件与喷管5丝接，螺纹上使用密封胶进行密封，再用管钳拧紧。
抽水泵1通过水管2从钢围堰3的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管4，经射流管4上的喷管5喷出，在钢围堰3的端部形成逆向水流罩，对水流产生射流抑制作用。
在一种可能的实施方式当中，射流管4通过管扣6固定在钢围堰3的端部外壁上。如图5所示，本实施例的管扣6为弧面的金属固定带，且弧面的金属固定带两端加工有水平向外延伸的边缘；其中，弧面与射流管4的外表面贴合，两端的边缘与钢围堰3的外壁进行焊接。如图6所示，本实施例的管扣6设置在射流管4的上下两端以及相邻的喷管5之间。
在一种可能的实施方式当中，喷管5等间距设置有7个，按照由上至下进行排序，其中，第1-3排的喷管5朝向向下，第4排的喷管5水平设置，第5-7排的喷管5朝向向上，并且第1-3排的喷管5分别与第5-7排的喷管5关于第4排的喷管5呈对称角度安装。第1-3排的喷管5倾角依次减小，第5-7排的喷管5倾角依次增大。如图4所示，本发明实施例第1-3排的喷管5倾角分别为20°、15°和10°，第5-7排的喷管5倾角分别为10°、15°和20°。
本发明另一实施例的一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制方法，包括以下步骤：
制作即将沿钢围堰3的端部外壁布置的射流管4，在射流管4的不同高度位置开孔并安装喷管5，使钢围堰3外壁上部的喷管5朝向向下，钢围堰3外壁下部的喷管5朝向向上。
在钢围堰3的端部外壁上，对即将固定射流管4的区域进行打磨；在一种可选的实施方式中，将射流管4布置在钢围堰3的前端外壁，或者同时布置在钢围堰3的前端和后端外壁。
通过管扣6将射流管4固定在钢围堰3的端部外壁上；本实施例的管扣6为弧面的金属固定带，且弧面的金属固定带两端加工有水平向外延伸的边缘；其中，弧面与射流管4的外表面贴合，两端的边缘与钢围堰3外壁打磨后的区域进行焊接。
通过水管2将射流管4连接到钢围堰3内部的液面以下，在水管2上设置抽水泵1。
检查上述装置的整体稳定性，开启抽水泵1，抽水泵1通过水管2从钢围堰3的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管4，经射流管4上的喷管5喷出，在钢围堰3的端部形成逆向水流罩，对钢围堰3的端部水流产生射流抑制作用。
本实施例的射流管4、水管2与喷管5均采用304不锈钢钢管制作，射流管4与水管2的外径为159mm，壁厚为4.5mm。射流管4的长度应与钢围堰3的高度一致，并在射流管4等长间距(0.75m)内开孔，用来安装喷管5。喷管5外径76mm，壁厚3.5mm。根据围堰尺寸和施工流速，上述管径可适当调整，材质亦可替换为PVC等轻质管并用热熔连接。
通过计算分析发现，钢围堰绕流的涡旋结构沿竖向(展向)是不均匀的，靠近中心位置涡旋最为强烈，如图7所示。通过图8所示的均方根流速分布图亦可以确定涡旋中心位于钢围堰的中心位置，因此，本发明射流管4上的喷管5均朝向中心位置。由于钢围堰3内部空间的水流稳定，因此，水管2从钢围堰3的内部抽水，不增加水体扰动。
针对实际钢围堰3的结构进行流速实测，如图9所示，在钢围堰3的前端分别测量水面流速和水下2m流速，测量数据表明，水下流速要高于水面流速，在进行振动控制时，需要注意流速分布的不均匀性，因此，本发明提出针对性的中心射流抑制方法。
本发明能够对钢围堰前端水流提供长期稳定的动力振动抑制作用，装置的安装步骤简单，射流管4的水流稳定，水动力振动抑制效果较好。
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。
Claims (8)
1.一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，其特征在于：包括沿钢围堰(3)的端部外壁布置的射流管(4)，所述射流管(4)的不同高度位置开孔并安装有喷管(5)，且钢围堰(3)外壁上部的喷管(5)朝向向下，钢围堰(3)外壁下部的喷管(5)朝向向上；
所述射流管(4)通过水管(2)连接到钢围堰(3)内部的液面以下，水管(2)上设置抽水泵(1)；抽水泵(1)通过水管(2)从钢围堰(3)的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管(4)，经射流管(4)上的喷管(5)喷出，在钢围堰(3)的端部形成逆向水流罩；
所述喷管(5)等间距设置有7个，按照由上至下进行排序，其中，第1-3排的喷管(5)朝向向下，第4排的喷管(5)水平设置，第5-7排的喷管(5)朝向向上，并且第1-3排的喷管(5)分别与第5-7排的喷管(5)关于第4排的喷管(5)呈对称角度安装；
所述第1-3排的喷管(5)倾角依次减小，第5-7排的喷管(5)倾角依次增大。
2.根据权利要求1所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，其特征在于：所述射流管(4)布置在钢围堰(3)的前端外壁，或者同时布置在钢围堰(3)的前端和后端外壁。
3.根据权利要求1所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，其特征在于：所述射流管(4)通过管扣(6)固定在钢围堰(3)的端部外壁上。
4.根据权利要求3所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，其特征在于：所述管扣(6)设置在射流管(4)的上下两端以及相邻的喷管(5)之间。
5.根据权利要求3所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，其特征在于：所述管扣(6)为弧面的金属固定带，且弧面的金属固定带两端加工有水平向外延伸的边缘；其中，弧面与射流管(4)的外表面贴合，两端的边缘与钢围堰(3)的外壁进行焊接。
6.根据权利要求1所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置，其特征在于：所述抽水泵(1)放置在钢围堰(3)上；水管(2)通过弯头连接件与射流管(4)丝接，射流管(4)的开孔处通过管箍连接件与喷管(5)丝接，螺纹上使用密封胶进行密封，再用管钳拧紧。
7.一种深水钢围堰节段振动的中心射流抑制方法，其特征在于，基于权利要求1至6中任意一项所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制装置来实现，包括以下步骤：
制作即将沿钢围堰(3)的端部外壁布置的射流管(4)，在射流管(4)的不同高度位置开孔并安装喷管(5)，使钢围堰(3)外壁上部的喷管(5)朝向向下，钢围堰(3)外壁下部的喷管(5)朝向向上；
在钢围堰(3)的端部外壁上，对即将固定射流管(4)的区域进行打磨；
通过管扣(6)将射流管(4)固定在钢围堰(3)的端部外壁上；所述管扣(6)为弧面的金属固定带，且弧面的金属固定带两端加工有水平向外延伸的边缘；其中，弧面与射流管(4)的外表面贴合，两端的边缘与钢围堰(3)外壁打磨后的区域进行焊接；
通过水管(2)将射流管(4)连接到钢围堰(3)内部的液面以下，在水管(2)上设置抽水泵(1)；
开启抽水泵(1)，抽水泵(1)通过水管(2)从钢围堰(3)的内部抽水并加压，水流加压后进入射流管(4)，经射流管(4)上的喷管(5)喷出，在钢围堰(3)的端部形成逆向水流罩，对钢围堰(3)的端部水流产生射流抑制作用。
8.根据权利要求7所述深水钢围堰节段振动的中心射流抑制方法，其特征在于：将射流管(4)布置在钢围堰(3)的前端外壁，或者同时布置在钢围堰(3)的前端和后端外壁。
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