起重机驳船组合设备验算探究

起重机驳船组合设备验算探究1引言随着水运工程施工的发展，专业船机设备由于其高昂的价格而在一些中小型水运项目上被施工单位减少使用，各种陆用施工机械上驳船形成的组合设备以其价格低廉、使用灵活等特点被越来越多的应用在水运工程施工当中，但这些组合设备的施工安全性却往往不被人们所关注，本文将通过对一组生产实例进行的验算来说明陆用施工机械上驳船组合作业的可行性。2工程概况石岛湾核电厂大件设备运输码头工程为重力式沉箱结构，码头基槽采用大开挖方案，持力层为风化岩层，基床抛石采用开体驳分四层进行抛石，每层抛石完成后需进行夯实作业。基床夯实计划采用1台陆上16t履带（吊配6t夯锤）上478t方驳组合作业的方式进行夯实施工，并根据《水运工程施工安全防护技术规范》（JTS205-1-2008）中4.7.3要求“陆用施工机械上驳船组合作业必须制定专项施工方案，并附具船舶稳性和结构强度验算结果”进行了起重机驳船组合设备验算。3起重机驳船组合设备验算本工程起重機驳船组合设备是16t陆上履带吊固封在478t方驳上。在稳定性验算时，分别考虑船体稳定性；履带吊稳定性和组合设备稳定性三个方面。其中组合设备稳定性，按照组合船体能够抵抗横摇运动产生的最大横向加速度下的固封是否可靠来验算。3.1基本数据：船舶资料：船长：54.32m，船宽：10m，型深：2.8m，满载吃水：2m，空载吃水：0.689m，满载排水量：772t，空载排水量：181.1t。起重机资料：自身重量：40t，夯锤6t。3.2船体稳定性验算：船舶稳定性要想达到要求，其定倾高度必须大于0.6m，船舶定倾高度m按下式计算：m=p-a式中：a——重心在浮心上的高度。P——定倾半径甲板布满荷载时要求m≥0.6m。3.2.1重心在浮心上的高度a计算：因为本工程船舶为扁平的浮体，通常定倾高度均能满足要求，故可适当简化计算：一般船体重心可取在船体高度的一半，浮心可取在吃水的一半。因此船舶在空载时重心g1=2.8/2=1.40m，G1=181.1t，本工程履带吊重心在甲板1.0m以上，g2=2.8+1.0=3.8m，G2=46t，船舶加载后重心g=（G1×g1+G2×g2）/（G1+G2）=1.89m式中：G1——船体重量（取船舶空载排水量：1680KN）G2——堆载重力（取参考载货量：460KN）船舶加载时吃水0.77m，因此浮心c1=0.39m。因此船舶满载时重心在浮心上的高度a=g-c1=1.89-0.39=1.5m。3.2.2定倾半径p计算：定倾半径p计算公式：P=（I-∑i）/V其中：I——船舶在水面处的断面对纵向中心轴的惯性矩（m4），本次计算可简化为矩形断面，因此I=L×B3/12，L为船长54.32m，B为船宽10m；∑i——各船舱压载水的水面对该水面纵向中心轴的惯性矩之和（m4）。由于压载水远小于甲板荷载，因此本次计算可将此惯性矩之和简化，不做计算：V——船舶满载水时的排水量772m³。经计算，船舶在满载时的定倾半径p=（L×B3/12-0）/V=5.86m故船舶定倾高度m=p-a=5.86-1.5=4.36m>0.6m根据以上计算结果，船舶稳定性满足要求。3.2.3履带吊稳定性验算：本工程采用的履带吊为16t，臂长16m，吊重为夯锤6t，能够满足需求。3.2.4组合船体稳定性验算：本次组合船体稳定性验算是按照组合船体能够抵抗横摇运动产生的最大横向加速度下的固封是否可靠来验算。本工程组合船体在施工过程中，无需航行，在作业时有三种运动形式。即横摇运动，纵摇运动和垂向运动。本次打夯作业考虑在船侧面实施，此时受到横摇运动产生的影响最大。因此，在横摇运动下组合船体能够稳定，则可以满足本工程需要。纵摇运动和垂向运动较横向摇动产生的加速度较小，在此不做验算。最小横摇周期、最大横向加速度、最大横向力是我们验算的基本数据。A、最小横摇周期计算根据CCS《钢质海船入级规范》2009年版第2分册第七章第2-246页，第4.2节，船舶的运动船舶的最大摇晃角：度可按照下式计算，但可不大于30°。φm=41-0.5BB-船宽φm=41-0.5B=36°船舶的最大横摇角，不必大于30°，因为我们需要计算最大的横摇加速度，所以在计算中取最大横摇角φm=30°；最小横摇周期：根据CCS《钢质海船入级规范》2009年版第2分册第七章第2-246页，第4.2节：船舶的横摇周期Tr，可按下式计算：根据公式Tr=1.7式中B——船宽，m；船宽B=10m横摇周期Tr=1.7=9.31（s）B、最大的由船舶横摇运动产生的最大横摇加速度计算根据CCS《国内航行海船建造规范（2006）》第2篇第9章，第2-260页：横摇角加速度应按下式计算：ar=φm（6.28/Tr）2ar最大横摇加速度；φm最大横摇角；Tr船舶的横摇周期D船舶的型深ar=φm（6.28/Tr）2D=30°（6.28/9.31）2=（3.14/6）×（6.28/9.31）2×2.8=0.67m/s2打夯过程中，夯锤下落瞬间吊机和船体受到较大的反力，考虑增加一个横向加速度，取a=0.2m/s2根据F=ma最大横向力F=ma=46000×（0.67+0.2）=40020N此时：船舶横摇最不利情况下，方驳上的履带吊系统受到的最大横向力为40020N。最大横向力由固封装置抵抗，下面进行固封装置验算。本工程对起重机履带前后采用10#槽钢焊接在甲板上进行封固，焊接4处，8个点，每个点的焊缝长度：100+48+48=196mm，焊缝宽度10mm，焊喉按照宽度的/2考虑。根据《钢结构设计规范GB_50017-2003_》7.1.3直角角焊缝的强度计算。б=б==3.61Mpa角焊缝许用应力[σ]=160MPa远远大于3.61Mpa。由以上验算可知，本次组合船体在施工过程中稳定性能够保证。4结语陆用施工上驳船组合作业在施工中应用广泛，如水运工程中的方驳吊机、方驳抛石船、方驳打夯船等，在实际施工前根据计划的机