古船整体打捞中端板纵梁的变形
Deformation of Longitudinal Beam of End Plate for Integral Salvage of Ancient Ships
收稿日期: 2023-07-7 修回日期: 2023-07-25 接受日期: 2023-08-22
基金资助: |
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Received: 2023-07-7 Revised: 2023-07-25 Accepted: 2023-08-22
作者简介 About authors
周东荣(1978-),教授级高级工程师,主要从事打捞及海洋工程研究;E-mail:
针对古沉船整体打捞工程,利用分布式光纤传感技术替代常规的变形监测手段,在“端板-纵梁”框架整体下放过程中对纵梁和端板进行变形监测.监测结果表明:“端板-纵梁”下放全过程中,端板的变形控制在1.5 mm内,变形量可以忽略;受定位桩与“端板-纵梁”间摩擦力的影响,纵梁最大变形量为50 mm;对定位桩打磨切割可有效减小纵梁变形量,纵梁最终变形量约为35 mm.
关键词:
For the integral salvage project of ancient sunken ships, the distributed optical fiber sensing technology is used instead of conventional deformation monitoring methods to monitor the deformation of the longitudinal beam and end plate during the overall lowering process of the “end plate longitudinal beam” frame. The monitoring results show that during the entire process of lowering the “end plate longitudinal beam”, the deformation of the end plate is controlled within 1.5 mm, and the deformation amount can be ignored. Due to the friction between the positioning pile and the “end plate longitudinal beam”, the maximum deformation of the longitudinal beam is 50 mm. Grinding and cutting the positioning pile can effectively reduce the deformation of the longitudinal beam, and the final deformation of the longitudinal beam is about 35 mm.
Keywords:
本文引用格式
周东荣, 朱小东, 魏良孟, 蒋哲, 庄欠伟, 袁一翔, 张弛, 袁玮皓.
ZHOU Dongrong, ZHU Xiaodong, WEI Liangmeng, JIANG Zhe, ZHUANG Qianwei, YUAN Yixiang, ZHANG Chi, YUAN Weihao.
本文依托于“长江口二号”沉船打捞工程,利用分布式光纤传感技术在“端板-纵梁”框架整体下放过程中对纵梁和端板进行变形监测,以便实时获取纵梁和端板的变形情况,保证端板-纵梁组合体的安全到位,为后续管节施工提供精度保障.
1 工程背景
1.1 古船概况
2015 年 9 月,上海市文物保护研究中心在长江口横沙岛附近发现“长江口二号”古沉船,经过多年的探摸和调查,确定“长江口二号”沉船是目前国内发现体量最大、保存最为完整的古代木船(见图1).
图1
“长江口二号”古沉船的整体打捞工作于2023年正式开展, 采用国际首创的曲线顶管底幕法进行整体打捞.
1.2 工法概况
曲线顶管底幕工法融合了曲线顶管、管幕法等技术核心,如图2所示.主要步骤包含:①在沉船四角打入定位桩;②下沉纵梁和端板;③完成首根弧形梁的顶进;④依次顶进22根弧形梁管节.
图2
2 监测装置
图3
图4
光纤的主要测量原理是基于瑞利散射频移,由于光纤制造工艺中因折射率分布不均而存在特定瑞利散射频谱分布,当光纤某位置受温度或应变影响导致出现瑞利散射频移,而频移量与温度和应变呈线性关系,所以光纤可以精准地测量并计算产生的应变,同时还可以通过专用算法测量位移、形变,主要参数如表1所示.
表1 光纤设备主要参数
Tab.1
参数 | 取值 |
---|---|
测量范围/m | 100 |
最高分辨率/mm | 1 |
应变测量范围×106 | ±12 000 |
应变测量精度×106 | ±1 |
温度测量范围/℃ | -200~1200 |
温度测量精度/℃ | ±1 |
3 光纤布置
端板和纵梁在下放过程中会穿越青灰泥层和铁板砂层,其中铁板砂层质地较硬.单根纵梁长度为22 m,端板高度为8 m,因此为保证下放过程中对于“端板-纵梁”框架整体变形的监测,在端板和纵梁上布置光纤进行监测.
3.1 端板光纤布置
图5
3.2 纵梁光纤布置
纵梁作为连接端板的构件,共有4 根,由于其跨度较长,在下放过程中极易产生变形,故作为本次监测的重点.每根纵梁布置4根光纤,布置位置见图6.
图6
4 光纤监测结果分析
“端板-纵梁”整体框架下放时间共计3天,由于时间跨度较长,测量数据较多,所以只选取关键节点数据进行分析.
4.1 端板监测结果分析
端板整体的变形较为稳定,在下放全过程中,变形基本上控制在1.5 mm内,变形量可以忽略(见表2).
表2 端板变形监测数据
Tab.2
工况 | 无字侧变形量/mm | 有字侧变形量/mm |
---|---|---|
入泥1 m | 0.91 | 1.09 |
入泥2 m | 0.94 | 0.64 |
入泥3 m | 1.00 | -0.11 |
入泥4 m | 0.85 | 0.14 |
入泥5 m | 0.85 | 0.24 |
入泥6 m | 0.81 | 0.88 |
入泥7 m | 0.70 | 1.14 |
下放到位 | 0.81 | 0.39 |
4.2 纵梁监测结果分析
“端板-纵梁”下放时,以测量位置来看,其下放状态与图6(a)的状态位置一致,因此在分析过程中,将近船端的梁定义为左侧梁,远船端的梁定义为右侧梁.
4.2.1 入泥2 m
顶梁出现明显的变形(变形量为14 mm),各纵梁变形数据如图7所示.其中,左侧纵梁的变形趋势相同,为向下弯曲,但是数值差异较大,其中左侧外梁变形峰值约14 mm,左侧内梁峰值约3 mm.右侧纵梁变形趋势与左侧纵梁变形趋势不同,但是右侧内梁和右侧外梁变形趋势与数值均较为接近,为非对称向上弯曲,峰值约4 mm.造成此现象的原因可能是下放过程中,因吊机难以保证框架水平而产生了倾斜,导致两侧纵梁受力不均,也有可能是水下地形不均匀所致.
图7
4.2.2 入泥4 m
各纵梁变形均明显增大,趋势较之前没有明显变化.左侧外梁峰值约为13 mm.左侧内梁和右侧外梁峰值约为5 mm.右侧内梁峰值约为9 mm (见图8).
图8
4.2.3 入泥6 m
图9
图10
4.2.4 下放到位
光纤持续受到潮水和机械外力的影响,右侧光纤完全损坏,最终依据左侧光纤数值分析,当“端板-纵梁”下放到位时,纵梁的变形控制在35 mm以内(见图11).
图11
5 结论
(1) “端板-纵梁”下放全过程中,端板的变形控制在1.5 mm内,变形量可以忽略.
(2) 受定位桩与“端板-纵梁”间摩擦力的影响,纵梁最大变形量为50 mm.
(3) 对定位桩打磨切割可有效减小纵梁变形量,纵梁最终变形量约为35 mm.
参考文献
液压吊力缓冲系统在“世越号”打捞工程中的作用评估
[J].
Functional evaluation of hydraulic tension buffer system in SEWOL salvage project
[J].
分布式光纤监测技术在基坑监测中的应用
[J].
Application of distributed optical fiber monitoring technology in foundation pit monitoring
[J].
基于分布式光纤传感技术的结构受力测量新方法
[J].
New method to measure structure stress based on distributed optical fiber technology
[J].
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