框架式簡易整平平臺的設(shè)計應(yīng)用

1、框架式簡易整平平臺的設(shè)計應(yīng)用 韓其新 (北海船廠) 提 要 本文介紹了一種用于長江口水域治理的新型整平平臺。該平臺具有在水深29米、風(fēng)力6級、流速2.8m/s、波高1.2米的工況下，通過調(diào)配載實現(xiàn)坐底、拋石筑壩、整平、自浮、移位的功能。文中就該平臺的設(shè)計條件、主要技術(shù)參數(shù)、設(shè)計載荷的選取、載荷的組合情況、平臺的穩(wěn)性及其使用條件作了說明。該平臺具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低的特點，已于1999年交付使用，整平效率明顯高于其它同類設(shè)施，各項性能指標(biāo)均滿足設(shè)計和使用要求。Summary This paper presents a new type leveling-platfor

2、m to be used for harnessing an estuary of the yangtze-river. The leveling-platform has some functions of floating and bottom-supported and riprap and leveling and shifting as the environmental condition is as follows. The water depth of working is in two meter to mine meter and the wind force is les

3、s than six scale of Beaufort wind and the flow velocity is less than 2.8m/s and the wave-height is lower than 1.2 meter. The paper describes the design environmental conditions, principal particulars, alternative design load, loading combination, stability and service conditions of the platform. The

4、 platform is simply construction and cost effective design. It is to be put into service in 1999. It has a high efficiency of leveling as compared with similar devices. All of the performance indexes are to the satisfaction of the design and operational requirements. 關(guān)鍵詞 框架式 簡易 整平平臺  1 前 言

5、長江口航道疏浚工程屬國家“九五”重點工程項目，一航局航務(wù)二公司為該工程的主要施工單位之一。為確保工程質(zhì)量、進(jìn)度、效益和安全，急需一座特殊形式的整平平臺，以滿足施工過程中漂浮、移位、坐底、拋石整平、上浮、再漂移的要求。我廠受航務(wù)二公司的委托承接了該平臺的設(shè)計研究和制造任務(wù)。我廠技術(shù)人員在深入細(xì)致地調(diào)研、論證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了必要的試驗，從而較好地解決了諸多技術(shù)難題，尋求到較為合理的設(shè)計方案，設(shè)計出了既滿足施工要求，又高效、低價的簡易整平平臺。該整平平臺于1998年8月完成設(shè)計，1999年初建成并交付使用后，整平效率明顯高于其他同類設(shè)施，各項性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。 2 設(shè)計條件和主要技術(shù)參數(shù)1工作

6、條件服務(wù)水域： 長江口水域工作水深： 2.09.0M風(fēng)力： 6級（按6級突風(fēng)設(shè)計）水流速度： 2.8m/s波高： 1.2M?？看埃?2000載重噸駁船2自存條件當(dāng)風(fēng)力10級、水深9米、波高2.8米時，平臺能就地拋錨抗風(fēng)；當(dāng)風(fēng)力10級、波高2.8米時，平臺拖至異地坐底抗風(fēng)；平臺性能滿足二類航區(qū)拖航。3主要技術(shù)參數(shù)總長： 57.0M型寬： 25.0M艏艉樓型深： 12.0M片體型寬： 4.5M片體型深： 5.0M滿載吃水： 3.5M輕載吃水： 2.6M內(nèi)開口尺寸： 42.0M×16.0M作業(yè)水深： 2.09.0M石料艙容積： 400M3主調(diào)載泵排量： 480m3/h×2臺(雙

7、向)輔調(diào)載泵排量： 192m3/h×2臺(雙向)克令吊： 2臺，15T×22M整平機： 1臺錨機： 3臺，35T船員： 40人坐底壓力： 4t /m2，線負(fù)荷6t / m3 設(shè)計載荷及荷載組合該平臺受風(fēng)、浪、流、載荷及?？看跋道|力的共同作用，現(xiàn)將所受諸力作簡要分析：1風(fēng)載荷（1）整平平臺自身所受載荷的大小同平臺水線以上高度、平臺水線上形狀系數(shù)、受風(fēng)面面積成正比關(guān)系。（2）?？看爱a(chǎn)生的風(fēng)成系纜力的大小隨著風(fēng)向與船舶縱軸的夾角的變化而變化；該力同系纜柱數(shù)量、?？看艿娘L(fēng)壓力、系船纜的水平投影與平臺縱向沿線的夾角有關(guān)。2水流載荷（1）整平平臺自身所受的水流力同水流速度的平方

8、成正比；同水流系數(shù)（隨平臺水下的形狀、水深的變化而變化）成正比；同平臺與水流方向垂直平面上的投影面積成正比；同水的密度成正比。（2）?？看耙鸬南道|力的大小同水流速的平方成正比；同船舶浸水面積成正比；同水的密度成正比；同船型、系纜柱數(shù)量及水的流向緊密相關(guān)。3波浪載荷計算考慮到平臺同?？看暗南鄬ξ恢?，設(shè)計時僅就平臺所受波浪載荷進(jìn)行了計算。（1）當(dāng)平臺工作吃水d=2.85.2m時，作用在平臺的單位長度上的總波浪力為：  (H+ hs+ d1)( Pb+rd1)-rd12 P= 2 （2）當(dāng)平臺工作吃水d=5.29.2m時，作用在平臺的單位長度上的總波浪力為：  H

9、2 H sinhK(d - d1)P=r + tanhkd - 2 K coshKd （3）平臺的單位長度上的波浪浮托力為： bPu = Pb 2式中：hs立波的波浪中線超出靜水面高度；Pb平臺底部的波浪壓強；H波高；r水重度；K波數(shù)；d平臺工作水深；d1平臺吃水；b平臺底部寬度。 4載荷匯總表（見表1） 5設(shè)計載荷的幾種組合在此就平臺各工況的載荷組合作簡要說明。 （1）整平平臺拖航工況：二類航區(qū)輕載吃水2.6M，風(fēng)、浪、流共同作用。 （2）平臺坐底整平工況：工作吃水2.09.0M，風(fēng)、浪、流共同作用；且風(fēng)、浪、流方向各異。 （3）平臺坐底整平?？看埃汗ぷ鞒运?.09.0M，風(fēng)、浪

10、、流共同作用；船舶系纜。 （4）平臺自存工況：風(fēng)力10級、水深9米、波高2.8米時，坐底拋錨抗風(fēng)。 （5）平臺避臺工況：水深4米、波高4米、坐底、順風(fēng)順流、拋錨、拖離工作區(qū)。4 穩(wěn)性設(shè)計該平臺的穩(wěn)性主要分為漂浮狀態(tài)的完整穩(wěn)性和坐底狀態(tài)的穩(wěn)性兩類。下面將對以上兩類狀態(tài)的穩(wěn)性計算加以說明并提供穩(wěn)性總結(jié)表。1平臺漂浮狀態(tài)各工況完整穩(wěn)性，按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行計算，結(jié)果見穩(wěn)性總結(jié)表（見表2）2平臺的坐底穩(wěn)性 （1）平臺的傾覆力矩及抗傾覆力矩。平臺的傾覆力矩包括風(fēng)壓傾覆力矩、波浪傾覆力矩和波浪浮托力引起的傾覆力矩。該平臺坐底所需的最小坐底重量為928T，最大允許坐底重量為1368T，其抗傾覆力矩為11600TM

11、 17600TM。（2）平臺的滑移力和抗滑移力。該平臺工作時，坐于4條300mm的砂肋上，經(jīng)試驗鋼板同砂肋間的摩擦系數(shù)=0.4，平臺底同砂肋間的摩擦力即為抗滑阻力，砂肋的承載力為1368噸，故最大抗滑阻力為547.2噸。（3）平臺的坐底穩(wěn)性總結(jié)表（見表3）3平臺操作指南因該平臺各工況受力較復(fù)雜，為操作安全可靠，對該平臺的各種工況在風(fēng)、浪、流、停靠船舶共同作用（不同組合方式）下，進(jìn)行負(fù)載計算，以確定極限負(fù)荷，制訂調(diào)配載表，提供平臺的適應(yīng)條件和環(huán)境，既要滿足坐底穩(wěn)性，又要確保底部砂肋所受的線負(fù)荷在允許的范圍內(nèi)，通過采用強力進(jìn)排水的方式加以實現(xiàn)。（1）安全系數(shù)n=1.4當(dāng)水流方向與平臺縱軸的夾角=0

12、020，工作水深7.0m時，可?？看渌鼱顟B(tài)則不能?？看?00時，平臺自身能坐穩(wěn)；100時，平臺自身不能坐穩(wěn)。（2）安全系數(shù)n=1.2當(dāng)=0020時,各種工作狀態(tài)均可靠船; 當(dāng)=2050時,工作水深6.0m時,可以停靠船; 當(dāng)50150時,各種工作狀態(tài)均能保證平臺自身坐穩(wěn)，但不能靠船.。（3）安全系數(shù)n=1.1當(dāng)80時,各種工作狀態(tài)均可靠船; 當(dāng)80100時,除工作吃水小于5.0m不能靠船外，其它各工況均可靠船； 當(dāng)100150時,平臺能保證自身坐穩(wěn)，但不能靠船.。（4）安全系數(shù)n=1.0當(dāng)150時,各種工作狀態(tài)均可?？看?，并確保平臺坐穩(wěn)。5 結(jié)構(gòu)設(shè)計及主要設(shè)備配置1結(jié)構(gòu)設(shè)計該平臺為框架

13、船式結(jié)構(gòu)，采用船用鋼焊接而成，類似雙體船。橫向通過艏艉樓連接橋?qū)善w連在一起，片體為方型剖面、斜舭。兩片體同艏艉樓構(gòu)成長42米、寬16米的內(nèi)開口，此開口作為整平機作業(yè)區(qū)，片體上方艏艉樓間為桁架結(jié)構(gòu)，每片體上均設(shè)有兩個100m3石料備料艙。平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計按有關(guān)規(guī)范進(jìn)行，并對其結(jié)構(gòu)采取有限元計算法校核，滿足強度要求。2其它系統(tǒng)主要設(shè)備配置該整平平臺設(shè)系泊系統(tǒng)、石料裝卸設(shè)備、石料整平系統(tǒng)、進(jìn)排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控檢測系統(tǒng)、通導(dǎo)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等相應(yīng)設(shè)備。平臺配40人的床位和相應(yīng)消耗品。 6 結(jié)論 1本簡易整平平臺適用于水深29米、風(fēng)力6級、流速2.8m/s水域拋石、筑

14、壩、整平施工。2本簡易整平平臺坐底穩(wěn)性，在一定條件下，滿足規(guī)范要求及施工要求，同時確保坐底時底部砂肋不遭破壞。 3本簡易整平平臺可坐底、自浮、移位、拖航，拖航穩(wěn)性滿足二類航區(qū)要求。4本簡易整平平臺結(jié)構(gòu)簡單、造價低、整平效率高。   主要參考文獻(xiàn) 1顧民權(quán)海港工程設(shè)計手冊1999.42海上移動平臺入級與建造規(guī)范CCS船級社3顧心懌、馬志良等勝利二號步行坐底式鉆井平臺中國海洋平臺1994論文集4框架式整平平臺穩(wěn)性計算書北海船廠船研所   表1 載荷匯總表水深(m)流向a整平平臺2000T駁船水平合力F(t)正壓力P(t)P=1.4F/波浪

15、浮托力(t)風(fēng)力(t)流力(t)波浪力(t)風(fēng)系纜力(t)水流系纜力(t)2.69025.191.1257.815.4090389.41157.6420.6 019.433.1113.13.8  169.4677.6420.6 521.639.5135.16.0  202.2808.8420.61023.545.6156.17.3  232.5930.0420.61525.351.4175.98.6  261.21044.8420.63.69022.4126.1272.915.4  436.81

16、747.2376.7 018.245.8119.73.851.5256.6350.71402.8376.7 520.154.7143.06.051.7255.6375.81503.2376.71021.963.3165.27.352.3252.7399.91599.6376.71523.471.2186.28.653.3247.8422.91691.6376.75.09018.7175.2300.215.4  509.52038315.0 016.663.6131.73.851.5172317.81271.2315.0 518.176.0157.46.051.7171.33

17、53.51414315.01019.687.8181.87.352.3169.4387.81551.2315.01520.998.9204.98.653.3166.1420.81683.2315.06.09017.1182.2278.815.4  493.51974.0274.0 015.579.7128.83.851.5149316.61266.4274.0 516.894.5152.66.051.7148.4354.21416.8274.01018.2109.5175.37.352.3146.7391.21564.8274.01519.4123.2196.68.653.

18、3143.9426.11704.4274.07.09015.4189.1257.315.4  477.21908.8234.5 014.395.9125.53.851.5126317.11268.4234.5 515.5107.1147.46.051.7125.5350.91403.6234.51016.7131.3168.37.352.3124.1395.91583.6234.51517.8147.5187.88.653.3121.7432.51730234.58.09013.8196.1236.015.4  461.31845.2194.0 013.

19、1112.0122.53.851.5102.9319.91279.6194.0 514.3131.6142.66.051.7102.5361.61444.4194.01015.3153161.67.352.3101.3402.51608.8194.01516.3171.7179.48.653.399.4440.71762.8194.09.09012.1203.0189.015.4  419.51678155.5 011.9128.1120.13.851.579.7325.31301.2155.5 513.0150.1136.16.051.779.4365.61462.415

20、5.51013.9174.7151.17.352.378.5406.91627.6155.51514.7196164.98.653.377.0444.21776.8155.5  表2 完整穩(wěn)性總結(jié)表漂浮狀態(tài)輕載加調(diào)壓載水不加石料輕載加調(diào)壓載水加石料滿載加調(diào)壓載水不加石料滿載加調(diào)壓載水加石料吃水T=5M吃水T=9M排水量(t)1688.942450.941688.942450.943483.945021.94平均吃水(m)2.613.632.613.635.009.00艏吃水(m)2.6143.6382.6153.645.0029.003艉吃水(m)2.6073.6232.6053.624.9988.998燃油(t)33303033淡水(t)10101001001010壓載水(t)43140921029221