JTJ-253-1987干船坞设计规范第三篇：坞门及灌水排水系统

中华人民共和国交通部(85)交基字2063号 2 4 1 3第三节浮箱式坞门选型及稳性 5第四节卧倒式坞门的选型及气控式卧倒门的起浮工艺 7第五节止水与承压装置 9第六节防腐蚀措施 第七节其他 第二章灌水排水系统 附录一坞门结构验算的表格和主要公式 附录二卧倒门水下重量的计算 附录三卧倒门水下稳定性计算 附录四潮汐舱水孔面积的计算 附录五卧倒门落墩时的动能及防冲装置数量的计算 附录六止水橡皮主要物理机械性能 附录七钢板的平均腐蚀速度 34附加说明本篇主编单位、参加单位和主要起草人名单 34规范条文中用词和用语的说明 第一章坞门第一节一般规定第1.1.1条本章适用于船坞工程钢质焊接坞门的设计。第1.1.2条船坞坞门一般采用浮箱式、卧倒式两大类。第1.1.4条坞门设计应符合下列基本要求：第1.1.5条坞门等级同船坞等级。第1.1.7条材料及容许应力-3)采用。钢材尺寸(mrm)16锰钢型钢或异型钢的厚度注：型钢包括角钢、工字钢、槽钢。工字钢和槽钢的厚度系指腹板的厚度。16锰钢注：局部承压是指构件腹板局部挤压或端面承压(磨平顶焊缝的容许应力(N/cm²)焊缝分类自动焊、半自动焊和用T₄2自动焊、半自动焊和用Tox型焊条的手工焊，当钢号为16锰钢对接焊缝自动焊半自动焊或手注；1.检查焊缝质量的普通方法为外观检查、测量尺寸等；精确方法是在普通方法的基础上，采用“x”射第1.1.8条坞门设计应考虑下列荷载：一、坞门自重(包括压载)及浮力；第1.1.9条坞门的设计水位取重现期为五十年一遇的高潮位。第二节结构设计压力的大小，也可在该段增设1～2道水平桁架或隔板，下甲板(第1.2.2条坞门梁格的布置，宜使面板支承的长短边之比大于1.5,并使长边沿主梁轴线方得大于表1.1.7-2规定的容许应力值。第1.2.6条坞门门体大梁的最大挠度与计算跨度之比一般不超过1/1000。若能保证水密良第1.2.6条坞门构件的允许长细比，应不超过下列数值：主要构件120次要构件150联系构件200主要构件200次要构件250联系构件350第1.2.8条坞门面板、水舱壁板，各层甲板和底板的计算及其兼作梁系翼缘有效宽度的确定：一、面板、水舱壁板、中、下层甲板(或隔板)和底板可按四边固定承受均布水压力的弹性薄板计算。气控式卧倒门的有关舱室板应按减压后通至该舱室的压缩空气的使用压力验算其局部应力。二、坞门上甲板应根据通过车辆的轮压验算其局部应力；浮箱门的底板尚应验算在压载荷重作用下，门外无水情况的局部弯曲应力。三、初选板厚度，可按下式计算：Ky——弹性薄板支承长边中点的弯应力系数，按附录一中附表1.1采用；q——板计算区格中心的水压力强度(N/cm²);a——弹塑性调整系数，b/a≤3时，α=1.65,a、b——板计算区格短边和长边的长度(cm);[o]——钢材的容许弯曲应力，按表1.1.7—2采用；η——考虑整体弯应力影响的系数，对于水平区格(长边为水平方向),可由附录一中附表1.2和附表1.3查得η1和η2并取其中的较小值；竖直区格(长边为竖直方向),可由附表第1.2.9条坞门骨架根据其支承情况接单跨梁、连续梁或刚架计算。第1.2.10条坞门主要受力构件的钢板厚度、型钢截面不得小于：第1.2.11条坞门的焊接设计和技术要求，可参照船体焊接规范。第三节浮箱式坞门选型及稳性第1.3.3条浮箱式坞门一般设有潮汐舱。上部设有潮汐舱的浮箱门重加固定压载后的吃水线)应在中甲板(潮汐舱底板)以下，其值一般不小于200毫米。第1.3.5条当为两层甲板时，上部为水泵舱，下部为压载水舱(固定压载放在舱底)。当为第1.3.9条浮箱式坞门应有一定的横向初稳性高度：初稳性高度应不小于0.6米；当长度大于30米时，应不小于1米。第1.3.10条对上部设有大潮汐舱的浮箱式坞门，应进行纵向稳定性验算。第1.3.11条新建浮箱式坞门完工时应进行倾斜试验和浮沉试验。倾斜试验要编制试验报告。第1.3.12条泵舱室、操作平台处应有照明、通风和防潮设施；压载水舱应设通气管，通气第1.3.13条上甲板应设带缆桩、导缆钳及栏杆，水密舱口盖等附属设备。门体舷侧应设钢第四节卧倒式坞门的选型及气控式卧倒门的起浮工艺第1.4.1条卧倒式坞门按其操作方式可分为气控式和机械操作式。大、中型坞门宜选用气控第1.4.2条在潮差较大地区卧倒式坞门，一般采用双面板结构；潮差较小或采用机械操作的第1.4.3条卧倒门舱格布置应保证在设计进出坞水位时起卧的平稳。起卧时间一般取5～7分钟。卧倒后应有一定重量并满足稳定力矩大于船舶进出坞时对卧倒门的掀动力矩，(亦可参三、坞外水位高于坞内水位3～5厘米时，坞门能卧倒。第1.4.4条固定浮舱舱容可按下式估算：式中V₁——固定浮舱舱容(m³);第1.4.5条操作舱舱容可按下式估算：式中V₂——操作舱舱容(m³);V——卧倒门在设计进出坞水位浮起关闭时所需的操作舱最小舱容(m³)(图1.4.5)式中Mo——卧倒门对支铰O的倾倒力矩(kN·m);b——操作舱形心至支铰O的距离(m)。第1.4.6条潮汐舱水孔、气孔应有足够的面积。第1.4.7条操作舱进出水孔面积可按下式估算：式中S——水孔面积(m²);a——系数(1/m),一般取0.0015～0.003。第1.4.8条操作舱进出气管直径可根据减压后输入舱内的压缩空气的压力、卧倒门起浮时间第1.4.9条卧倒门应设置防冲装置。防冲装置应能吸收卧倒门的落墩时的全部动能。防冲装置宜采用橡胶护舷，其压缩变形一般取30～40%,卧倒门落墩时的动能及所需防冲装置数量可第1.4.10条卧倒门宜设置卧门坑。门坑墙面到门体侧面及上甲板栏杆端部的距离，应满足第1.4.11条卧倒门应设置简易的角度指示器、锁定器(或拉紧装置)等辅助设施。第1.4.12条卧倒门一般对称设置两个支铰，支铰设计应考虑坞门操作及安装时可能出现的第1.4.13条对重要的气控式卧倒门，应做水力模型试验，验证各项设计技术指标。第五节止水与承压装置第1.5.1条坞门门体上应设止水、承压装置。各部位的止水、承压装置应具有连续性和水密第1.5.2条止水与承压装置一般由承压木和止水橡皮组成。止水橡皮一般采用“Q”形、“P”形二种，(图1.5.2—1)、(图1.5.2-2)。图1.5.2-1止水橡皮的顶缘凸出于承压木支承面的距离△一般取15～25毫米，允许安装误差为±1第1.5.3条承压木宜采用硬木。对沿海船坞坞门所用的承压木必要时应进行防虫和防腐处理第1.5.4条坞门承压木支承平面应平整，其整体不平整度应不大于3～5毫米；局部不平整度应不大于1毫米每米。第1.5.5条坞门承压木的受力计算，对单面板卧倒门可根据具体结构按门墩和门槛处的反力计算其最大压应力；对一般尺度的双面板卧倒门及浮箱式坞门可按下式估算门墩及门槛处承压木的压应力(图1.5.5):式中o——计算点的压应力(N/cm²);P——总水压力(N);A——槽形承压面面积(cm²);e——总水压力至承压面X-X形心轴的偏心距(cm);y——计算点至承压面X-X形心轴的距离(cm);I——槽形承压面对X-X形心轴的惯性矩(cm⁴);[o₁]——承压木容许应力(可参照《水利水电工程钢闸门设计规范》)第六节防腐蚀措施第1.6.1条根据钢坞门的腐蚀情况，可分为三个腐蚀区：一、大气区：指浪溅区以上及卧倒门的背水面；二、间湿区：指潮差区、浪溅区、可排空的压水舱、潮汐舱；三、水下区：低潮位以下长期浸水部分，固定压水舱。第1.6.2条钢坞门可采用如下防腐蚀措施：一、钢板表面涂覆防腐层(涂漆、喷金属);第1.6.3条各腐蚀区防腐蚀措施的要求：第1.7.2条北方寒冷地区应考虑坞门内潮汐舱、压载水舱和管路的防冻措施。第二章灌水排水系统第一节一般规定第2.1.4条排水系统应满足下列要求：第2.1.9条对大型船坞的廊道灌水、虹吸灌水和流态复杂的泵站集水池的布置，宜通过水力第2.2.6条廊道灌水和虹吸灌水进口扩大断面的平均流速不宜大于4第2.2.7条廊道灌水系统的线型应力求简单，避免断面突变，转弯处宜取a≤90°,R≥b图2.2.7第2.2.8条廊道灌水系统的控制阀门断面可比廊道断面适当缩小，但不得小于廊道断面的第2.2.11条灌水廊道闸门后收缩断面的最大流速不宜大于15米/秒，超过的部位应采取衬第2.2.13条坞门灌水应尽量采用直线圆管水平布置，灌水孔数一般不少于2个，出口中心第2.2.14条虹吸灌水系统驼峰中心转弯半径宜取R≥2b(图2.2.14),虹吸驼峰底部不得低图2.2.14第2.2.15条虹吸灌水系统的真空抽气管和真空破坏管应设于驼峰第2.2.18条灌水系统水力计算内容包括：第2.2.19条灌水水力计算的一般规定：第2.2.20条灌水系统的水力计算一般按如下公式：式中Hn——灌水系统在阀门开度为n时的流量系数；5n——灌水阀门开启度为n时的阻力系数。二、淹没出流计算(一个灌水系统)1.阀门瞬间开启(to=0)2.阀门连续均匀开启Qt计算公式同(2.2.20-4)Q——坞室水面面积(m²);H——初始水头(m),对廊道灌水一般取坞外水位与坞底标高之差；w——灌水廊道计算断面面积(m²),对廊道灌水一般取灌水阀门断面，对虹吸灌水一wn——灌水阀门开启度为n时的断面面积(m²);T₀——阀门瞬间开启的灌水总历时(s);T——灌水总历时(s);Q——时间为t时的灌水流量(m³/s);——值可列表计算。值可列表计算或按表2.2.20选用。锐底平板门式中Q——灌水系统为自由出流时的流量(m³/s);式中0c——阀门后收缩断面的流速(m/s); 阀门后收缩断面的压力水头(m);a——阀门断面中心至坞底的距离(m);低于坞底为正值，反之为负值；h₁——坞内水深(m);0——廊道计算断面平均流速(m/s);52——阀门后灌水廊道阻力系数总和。五、虹吸灌水系统驼峰底最小压力估算式中H——驼峰底最小压力水头(m);H——从上游(或下游)按能量方程计算得出的驼峰断面中心的平均压头(m);(其中阻力计算不包括驼峰弯道的局部阻力);b——驼峰断面高度(m);C——驼峰断面高度之半(m);R——驼峰中心转弯半径(m);vt——驼峰断面平均流速(m/s)。(I)泵站形式及设备的选择第2.3.1条泵站应满足下列要求：第2.3.2条主泵应根据船坞水量、排水时间、排除坞内水体所需的最大扬程等因素进行选择。宜优先选用立式轴流泵或混流泵。主泵一般设2～3台。不另设备用泵。第2.3.3条主泵排水时间一般按下式计算：式中T₁——主泵排水时间(s);V——船坞水量(m³),系指坞内无船，水位为进出坞设计水位时的水量；ZQ₁——各台主泵在排水过程中的平均流量总和(m³s)。第2.3.4条当主泵出水管采用虹吸出水形式时，最大扬程(即起动扬程)可按如下公式计算：K——系数，当真空破坏阀在19.6千帕正压下可自行排气时，取K=1.05～1.10;h₁——坞外为进出坞设计水位时虹吸管出口上缘的淹没深度(m);h₂——出水管和吸水管的水头损失(m);h₃——主泵可能起动的坞内最低水位(取龙骨墩顶面标高)与虹吸驼峰中心之高差(m)。第2.3.5条当主泵出水管采用非虹吸出水形式时，最大扬真空破坏阀，真空破坏阀的设计和三、当虹吸驼峰处的正压力等于或小于19.6千帕时能部分开启；第2.3.17条当主泵出水管采用非虹吸出水形式时，主泵出水阀门第2.3.19条泵站内水泵机组的布置应首先满足主泵机组的布置要第2.3.20条水泵机组的布置应遵循《室外排水设计规范》中的有第2.3.21条当主泵采用立式泵时，对地下式泵站其竖向一般分为第2.3.22条当主泵采用卧式离心泵时，泵站沿竖向一般分为三层第2.3.23条当主泵采用轴流泵或混流泵时，主泵底座安装高度应第2.3.25条每台离心泵宜设单独的吸水管，吸水管的允许流速一般采用1.2～2.0米/秒，第2.3.26条除主泵外，凡是水泵轴线低于其工作水位的吸水管，第2.3.28条每台主泵和辅泵宜设置单独的出水管，出水管的允许流速一于0.5米，当管径小于800毫米时，不小于0.3米。敷设在层面上的管路，当直径等于或大于第2.3.31条大型水泵的出水管段应有固定和低水位0.5米；第2.3.35条泵站内起重设备的布置一般根据吊装孔的位置确定。第2.3.36条集水池的形状和尺寸应按下列原则确定：二、尽量使不利的水力条件远离水泵吸水口。三、便于主泵安装和检修。第2.3.37条主泵进水流道前应设置排气前池或排气管道。第2.3.38条每台主泵应设独自的进水流道，流道内的平均流速应控制在0.3～0.9米/秒范围内。第2.3.39条当主泵进口为喇叭口时，进水流道尺寸宜采用下列数据(图2.3.39):图2.3.39一、B=(2～3)D(D为喇叭口直径);且不小于1.2米；第2.3.40条当主泵进口为肘形管时，肘形管前应设流道过渡段，过渡段尺寸宜采用下列数据(图2.3.40):的三、H=H₁+h(m),H₁第2.3.41条主泵进口为喇叭口的进水流道首端、主泵进口为肘形管的进口处和流道过渡段首端均应设置导流栅。导流栅尺寸一般按下式确定：式中s——栅条厚度(mm);b——栅条净距(mm),一般取b=30～40(mm);1——栅条沿水流方向的长度(mm)。第2.3.42条当主泵进口为喇叭口时，一般在喇叭口下沿流道中心线设垂直隔板。隔板应与流道顶、底以及后墙接触，隔板一般伸出喇叭口外缘0.2～0.3米。(II)水泵控制要求第2.3.43条泵站设备的操作和运行，一般采用集中控制。并在设备附近安装必要的仪表和就地操作按扭。第2.3.44条主泵的起动一般采用手动控制，排水后期的停车宜采用自动控制。辅泵的操作可第2.3.45条设计水泵自动控制系统时要求：轴流泵起动时，出水第2.3.46条坞内排水形式宜采用边沟排水或纵坡排水。边沟的排水第2.3.47条排水边沟出口处或泵站集水池前的大明渠处宜设置沉砂池。第2.3.49条大明渠应设置盖板。盖板宜采用栅条状，栅条最大净距附录一坞门结构验算的表格和主要公式图1.1)选取。(垂直边)附表1.1(垂直边)验算点支承长边中点(A)支承短边中点(B)K验算点支承长边中点(A)K0123456AAyB(水平边)水平区格水平边中点(A)的整体弯应力影响系数η1(四边固定板),由附表1.2查得。1注为板的水平边中点(A)沿x方向的整体弯应力，其中M为作用于板水平边中点(A)的弯矩；W为梁对应于板验算点的截面模量。水平区格竖直边中点(B)的整体弯应力影响系数n₂(四边固定板α=1.65),由附表1.3附表1.3oo附表1.43B=εb(附1.1)月(附1.2)月式中B——板兼作梁翼缘的有效宽度(cm),式(附1.2)中对称截面时取50,不对称时取e——板有效宽度系数，由附表1.5查得；对于简支梁或连续梁的正弯矩段，应采用表中的e₁;对于连续梁的负弯矩段或悬臂段，应采用表中的E₂;附表1.5t4o=0.8/计算主b——计算次梁时取所计算的梁至相邻梁的间距之算术平均值，计算主梁时取主梁之间距；n——宽度b范围内板的区格数，计算纵横次梁时n=1;o₈——钢材屈服强度(N/cm²)。总应力一般可按折算应力法计算，也可按单向应力迭加法计算。(附1.3)附图1.3附图1.4(附1.4)(附1.4)(附1.5)竖向梁轴线方向竖向梁轴线方向B(附1.6)(附1.6)(附1.7)(附1.8)式中σ——式中σ——弯曲应力(N/cm²);t——剪应力(N/cm²);M——验算截面的弯矩(N·cm);Q——验算截面的剪力(N);I——毛截面对中和轴的惯性矩(cm⁴);W——净截面截面模量(cm⁴);S——验算剪应力处以外毛截面面积对中和轴的面积矩(cm³);2.稳定验算(1)整体稳定：单面板卧倒门，当受压翼缘不在连续面板一侧时，应按钢结构规范进行整体稳定性验算。(2)局部稳定：局部稳定验算可参照《钢结构设计规范》(TJ、17—74)。当h₀/S>340时，一般应考虑加大腹板厚度。六、轴心受拉和轴心受压构件浮箱式坞门桁架杆件，舱室支柱，可按其工作条件分别验算有关项目。N——轴心力(拉或压)(N);A——构件的净截面面积(cm²)。(附1.10)σ=N/yA≤[o](附1.11)式中A——构件的毛截面积(cm²);y——轴心受压构件稳定系数，根据构件的最大长细比(λ)按(TJ17—74)《钢结构设附录二卧倒门水下重量的计算(附2.1)Wsx=aW(附2.2)式中a——系数，对双面板卧倒门取0.1～0.15;单面板卧倒门取0.05～0.10。附录三卧倒门水下稳定性计算Mj≥KMa(附3.1)式中M——门的水下重量对支铰中心的力矩(稳定力矩);Ma——船舶进出坞时对卧倒门产生的吸力对支铰中心的力矩(掀动力矩);K——安全系数，取1.5～2.0Ma=PAm