呂波

摘 要：斗橋設(shè)計(jì)是鏈斗式挖泥船設(shè)計(jì)過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)于作業(yè)于深水區(qū)的鏈斗式挖泥船，其斗橋尺度大，特別是長(zhǎng)度與寬度之比很大，在作業(yè)過(guò)程中的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題較為突出。本文主要研究了大水深鏈斗式挖泥船的斗橋設(shè)計(jì)方法，參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)箱型梁的規(guī)定，并結(jié)合挖泥船實(shí)際工作對(duì)斗橋的要求來(lái)確定斗橋的主要尺度和結(jié)構(gòu)布置。

關(guān)鍵詞：鏈斗式挖泥船；斗橋設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

中國(guó)分類號(hào)：671.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：The bucket ladder design is important in the design of bucket dredger. With large dimensions， particularly in the ratio of the length and the width， the ladder of bucket dredger working in deepwater area is faced with prominent strength problems during different operating conditions. This Paper mainly studies the ladder design method of bucket dreger working in deepwater area. The principal dimensions are determined by reference to the regulations on box girders in Design Code for Steel Structures and combined with the dreger's actual work reqiurements.

Key Words：Bucket dredger；Bucket ladder design；Structure strength

1 引言

三峽水庫(kù)建成后，庫(kù)區(qū)內(nèi)尤其是大壩和庫(kù)尾區(qū)泥沙淤積問(wèn)題日益突出。作為河道清理的主要工程設(shè)備。鏈斗式挖泥船適用于挖掘淤泥、松散沙等，在三峽庫(kù)區(qū)的泥沙清理中能夠發(fā)揮其巨大的作用。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，目前國(guó)內(nèi)鏈斗式挖泥船的挖深一般在20 m～30 m以下，其挖深遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足庫(kù)區(qū)挖泥作業(yè)的要求，增大挖深成為必然，斗橋的長(zhǎng)度也會(huì)隨之加長(zhǎng)，其在作業(yè)過(guò)程中的強(qiáng)度問(wèn)題也尤為突出。本文的研究是為這種大尺度斗橋的設(shè)計(jì)提供一定的參考，為大水深挖泥船的挖泥作業(yè)提供依據(jù)。

2 斗橋的一般設(shè)計(jì)思路

斗橋是鏈斗式挖泥船挖泥機(jī)具的重要組成部分。目前，關(guān)于斗橋的設(shè)計(jì)還沒(méi)有一種很完善的方法，斗橋的跨度一般較大，在水下作業(yè)時(shí)所承受的外力較為復(fù)雜，在設(shè)計(jì)中，對(duì)其強(qiáng)度和剛度的要求很高。而箱型梁截面抗扭剛度大，具有較大的剖面模數(shù)，是大跨度梁最好的結(jié)構(gòu)形式，在施工和作業(yè)過(guò)程中又具有良好的靜、動(dòng)力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)，箱型梁的頂板具有很高的平整度，有利于泥斗自下而上的輸泥運(yùn)動(dòng)，所以一般采用箱型梁作為斗橋的基本結(jié)構(gòu)形式。

對(duì)于大水深鏈斗式挖泥船斗橋的設(shè)計(jì)，由于船的設(shè)計(jì)挖深大，便要求斗橋尺度相應(yīng)很大，長(zhǎng)度可能達(dá)到100 m以上，且自身重量很大，為了保證斗橋作業(yè)過(guò)程中的受力和變形在正常范圍內(nèi)，需要將斗橋設(shè)計(jì)為封閉式結(jié)構(gòu)。在作業(yè)工況時(shí)，會(huì)向斗橋的部分艙室中注水，保證斗橋前端下放到預(yù)定深度的工作區(qū)域，并使吊點(diǎn)處的鋼絲繩承受一定的拉力，以及維持斗橋受力的均勻性和合理性。

3 大水深斗橋作業(yè)載荷分析及模型簡(jiǎn)化

3.1 斗橋作業(yè)載荷分析

斗橋作為鏈斗式挖泥船必不可少的一部分，在作業(yè)中所受到的載荷種類與船的載荷十分相似，但由于其作為挖泥機(jī)具，功能和工作狀態(tài)的不同又會(huì)使其相應(yīng)的受到其他不同的靜、動(dòng)載荷。大水深斗橋的載荷一般包含以下幾類：

式中：表示環(huán)境載荷的數(shù)量，表示第個(gè)環(huán)境載荷， 表示第個(gè)環(huán)境載荷對(duì)斗橋結(jié)構(gòu)的影響因子（0≦≦1）；

（4）斗橋的約束：在以上各載荷的作用下，斗橋還受到后斗塔上齒輪箱的支撐，以及前斗塔處鋼絲繩的約束，從而達(dá)到最終的平衡狀態(tài)。

3.2 斗橋作業(yè)工況力學(xué)模型簡(jiǎn)化

斗橋在各作業(yè)工況時(shí)，其固定載荷均保持不變。本文研究的大水深鏈斗式挖泥船斗橋主要是針對(duì)三峽庫(kù)區(qū)這一水域進(jìn)行作業(yè)的，三峽庫(kù)區(qū)的風(fēng)和波浪本身較為平穩(wěn)，斗橋在作業(yè)過(guò)程中，大部分都處于水下，受風(fēng)和波浪的影響相對(duì)很小，因此，在模型簡(jiǎn)化中，將環(huán)境載荷中風(fēng)和波浪的影響進(jìn)行忽略處理。對(duì)斗橋的模型簡(jiǎn)化如圖1所示。

在圖1中，將斗橋簡(jiǎn)化成后端簡(jiǎn)支于支座A，吊點(diǎn)B處實(shí)際是采用鋼絲繩約束，以鋼絲繩對(duì)吊點(diǎn)產(chǎn)生的豎直向上的拉力T表示其對(duì)斗橋的作用。

假設(shè)斗橋自身重量沿長(zhǎng)度方向均勻分布，斗橋上方鏈斗及斗中泥砂的重量也均勻分布在其頂板上，這兩部分重量對(duì)斗橋的作用可簡(jiǎn)化為對(duì)梁向下的均布載荷，斗橋下方處于懸鏈狀態(tài)的鏈斗重量和下導(dǎo)輪重量簡(jiǎn)化為作用于梁兩端的集中載荷、，水面以下部分對(duì)斗橋產(chǎn)生的浮力為。此時(shí)梁沿 軸方向的力和對(duì)支座A的力矩平衡方程為：

4.2 斗橋截面的初步設(shè)計(jì)

斗橋在作業(yè)狀態(tài)下由于受到浮力的作用，而浮力的作用是有利于斗橋總縱強(qiáng)度的，可以在一定程度上緩解其由重力作用引起的變形，因此，吊起狀態(tài)是斗橋最危險(xiǎn)的工況，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以此工況的載荷情況作為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

4.2.1 水平吊起狀態(tài)下斗橋的載荷分析

斗橋處于水平吊起狀態(tài)時(shí)，所承受的固定載荷包括斗橋自身重量、泥斗重量、鏈條及導(dǎo)輪重量、銷(xiāo)子重量以及斗橋前端六角輪的重量；可變載荷包括泥斗中泥的重量（設(shè)計(jì)過(guò)程中取極限狀態(tài)，認(rèn)為泥斗充泥率均為1），雖然在水平吊起狀態(tài)下，泥斗中并無(wú)泥砂，但該狀態(tài)作為其他工況分析的參考，依然將泥砂重量視為設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)固定載荷。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)大水深鏈斗式挖泥船的斗橋設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，從大水深作業(yè)斗橋與大跨度箱型梁和船體結(jié)構(gòu)的相似之處著手，參考這兩種結(jié)構(gòu)的一般設(shè)計(jì)過(guò)程，研究了作業(yè)于深水區(qū)域斗橋的設(shè)計(jì)方法。文中所考慮的是斗橋結(jié)構(gòu)的總縱強(qiáng)度問(wèn)題，在大水深作業(yè)過(guò)程中，斗橋前段空艙處所承受的水壓力而引起的局部強(qiáng)度問(wèn)題也應(yīng)在后續(xù)設(shè)計(jì)中加以考慮，另外，斗橋在不同作業(yè)工況下各艙室的注水方案也需進(jìn)行充分研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張晨. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單步驟和設(shè)計(jì)思路[J]. 山西建筑， 2005， 31（20）.

[2] 陳紹蕃. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M]. 科學(xué)出版社， 1987.

[3] 汪一駿， 顧泰昌， 馮東. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 2004.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2003.

[5] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)： GBJ 17[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2000.

[6] 秦東晨， 袁華. 復(fù)雜箱形梁初級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種方法[J]. 鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1997， 18（4）.

[7] Bocheński D.： Operational loads of power system of bucket dredgers in main service states. Journal of Polish CIMAC， Energetic aspects vol. 2， no 1， Gdańsk 2007.

[8] Vlasblom W. J.： Designing dredging equipment. Lecture notes，TUDelft 2003-05.endprint