熊偉

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 400000）

已完工的馬爾代夫跨海大橋的施工，為本公司的外?？绾４髽蚴┕しe累了寶貴的施工經(jīng)驗，隨著越來越多的跨海大橋施工要求與施工環(huán)境不同，以及對成本控制及使用安全的需求，同時，也是特定國別船機設(shè)備資源的限制，為了保證項目安全順利施工，采取履帶吊上駁船的特殊施工工藝。

1 履帶吊上駁船可行性施工說明

針對巴西薩爾瓦多跨海大橋項目所考慮的履帶吊上方駁形成組合方駁方案，進行施工窗口期、加固方案分析。

方駁在波浪、風(fēng)、水流等作用下，產(chǎn)生縱搖、橫搖等六自由度運動，履帶吊在隨方駁同步搖動時，應(yīng)在船舶傾斜下能抵抗船體六自由度運動引起的慣性力，并不發(fā)生滑移和傾覆。

同時，履帶吊的接地比壓一般大于船舶甲板設(shè)計承載力，故考慮通過路基板等形式對履帶吊進行荷載分?jǐn)偂?/p>

履帶吊在方駁上的布置圖，如圖1所示，考慮其通過路基板分?jǐn)偤奢d，路基板位于橫艙壁以及船首橫肋上，項目部考慮的極限工況為18m吊幅和50t吊重。

圖1 履帶吊在3000t方駁上的布置

2 履帶吊上駁船施工基本條件

（1）生存工況波浪條件：H=2m，做加固分析時，周期取最危險工況下的周期和浪向角。

（2）作業(yè)工況波浪條件：H=1m，做加固分析時，周期取最危險工況下的周期和浪向角。

（3）履帶吊為300t履帶吊，站位規(guī)格參數(shù)13320×3000×3200mm。

（4）船舶基本參數(shù)如表1所示。

表1 船舶基本參數(shù)

3 調(diào)研

調(diào)研國內(nèi)外已有項目案例，具體如圖2所示。

圖2 類似加固案例調(diào)研

除了結(jié)構(gòu)安全外，履帶吊在船舶上作業(yè)時，由于船舶存在一定的傾角，以及吊物在慣性力下的作用，一般需進行性能折減。從《300T履帶起重機駁船作業(yè)作業(yè)安全研究與應(yīng)用》論文中，可以得出履帶吊吊重折減系數(shù)，在船舶搖擺幅度為1～3度時，吊重折減系數(shù)為0.9～0.8；在德馬格CC1400 250T起重機的履帶吊性能參數(shù)表中，指出在1°傾角下，履帶吊負(fù)荷應(yīng)折減15%；在2°傾角下，履帶吊負(fù)荷應(yīng)折減30%。在巴拿馬項目經(jīng)驗中，履帶吊在駁船上進行起重作業(yè)吊重折減系數(shù)為0.8。

4 工作下靜水浮態(tài)分析

考慮在設(shè)計吃水下，通過Sesam/Gemie建模，建立模型圖如圖3所示。

圖3 Sesam/Gemie創(chuàng)建模型圖

根據(jù)Sesam/HydroD計算，18m吊幅和50t吊重下，引起縱傾角約0.49°，橫傾角約0.93°。

5 波浪下的運動響應(yīng)

計算方駁屬于大尺度結(jié)構(gòu)物，主要承受波浪的慣性力和繞射力，可采用繞射理論計算，應(yīng)用三維勢流理論和面元法求解方駁的運動響應(yīng)及波浪載荷，計算可得船舶在波浪作用下的橫搖、縱搖值，如圖4、5所示。

圖4 單位波高下的船舶橫搖運動響應(yīng)

圖5 單位波高下的船舶縱搖運動響應(yīng)

6 施工窗口期

根據(jù)馬爾代夫項目實測數(shù)據(jù)，當(dāng)橫搖幅值大于0.6°或縱搖大于0.7°時，吊裝作業(yè)完全無法進行；當(dāng)橫搖幅值小于0.5°且縱搖幅值小于0.55°時，起重船可以正常作業(yè)；其他情況視被吊物的重量及安裝精度而定?？紤]到吊裝作業(yè)受工人操作風(fēng)險承擔(dān)能力影響比較大，同時樣本點中，更多數(shù)據(jù)集中在0.45°縱搖范圍內(nèi)，故考慮0.45°作為設(shè)備選型的依據(jù)。

根據(jù)Matlab編制的波浪窗口期分析程序，考慮波浪后報數(shù)據(jù)中大波偏小，在大于1m波高范圍內(nèi)，后報數(shù)據(jù)統(tǒng)計的頻率較實測有約5%的誤差，計算窗口期結(jié)果中將扣除這5%的誤差，以此作為合理的誤差糾正。

分析可得各墩位月平均及年平均的施工波浪窗口期，計算結(jié)果未考慮因雷雨天氣、節(jié)假日造成的窗口期折減，僅考慮由于波浪引起的窗口期要求。

7 履帶吊在方駁上的荷載分?jǐn)?/h2>

由于履帶吊配重和扒桿長度不同，將導(dǎo)致履帶吊不同的接地比壓，在當(dāng)前項目暫未租賃階段，考慮最長扒桿長度和最大配重進行復(fù)核，即在90m扒桿下。

履帶吊總重362.8t，考慮50t吊重，履帶吊輪長10m、輪寬1.22m，則履帶吊接地比壓為：

遠(yuǎn)大于通常該規(guī)格方駁的50～80kPa。考慮采用2塊12m長×4.58m寬的路基板分?jǐn)偤奢d，路基板自重共40t，則分?jǐn)偤?，荷載為

可以滿足要求。同時，為了安全起見，履帶吊位于船首橫艙壁及加強肋骨上。

8 履帶吊在方駁上的穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計

履帶吊在方駁上，一方面，由于船舶在吊物吊重下會產(chǎn)生傾斜角；另一方面，由于縱橫搖作用下會產(chǎn)生搖擺角，在兩個角度疊加下，履帶吊的回復(fù)力矩和抗滑力會變小。在船舶運動下，履帶吊和重物會產(chǎn)生加速度，在慣性力作用下，履帶吊也會存在更大的滑移力和傾覆力矩。

抗傾覆能力：在工作工況和生存工況中，由于生存工況不存在吊物引起的傾覆力矩，計算的極端工況屬于工作工況下的最大極限吊裝工況。

通過SESAM計算，可得出工作海況下重物的重力加速度為0.6m/s2，履帶吊的重力加速度為0.525m/s2，在工作允許海況下，船舶橫搖傾角0.45°，考慮存在起吊后無法安裝的情況，考慮取安全值為1°，由于吊物自重導(dǎo)致的傾角為0.93°。

在船上吊裝運動時，起傾覆力矩的重物會產(chǎn)生一定的加速度，起回復(fù)支撐作用的履帶吊整體也會產(chǎn)生一定的加速度。最極限的工況是船上履帶吊吊物時，起回復(fù)作用的履帶吊，其存在向上的加速度，相當(dāng)于存在向上的慣性力，從而折減了回復(fù)力和回復(fù)力矩；而吊物受到向下的加速度，相當(dāng)于吊物自重增加，從而增加了傾覆力矩；與此同時，由于船舶傾角的影響，導(dǎo)致回復(fù)力臂發(fā)生了折減。

因項目尚處未開工階段，履帶吊選型未定，考慮履帶吊配重在120t～160t，選取回復(fù)力矩更小的120t進行計算，考慮扒桿長度小于或等于72m。則根據(jù)履帶吊性能參數(shù)表，其在平地上的最大回復(fù)力矩為：

考慮其自重約為325t，則履帶吊的回復(fù)力臂約為3.6m。

在慣性加速度的影響下，同時，船舶共產(chǎn)生傾角1.93°，則可以考慮回復(fù)力臂存在一定折減，則履帶吊回復(fù)力矩為：

而對于18m吊幅和50t重物而言，由于重物存在0.6m/s2的加速度，由于雙擺共振下，吊物運動較為復(fù)雜，考慮1.2倍的安全系數(shù)，則重物產(chǎn)生的彎矩如下所示：

其中

存在傾覆風(fēng)險，需額外補充165.8kN×m回復(fù)力矩。

考慮到履帶吊下方已墊有路基板，當(dāng)采用型鋼將履帶吊與路基板連成一體后，路基板相當(dāng)于額外配重，起到了回復(fù)力矩的作用。由于路基板產(chǎn)生的回復(fù)力矩為：

采用工25型鋼，對履帶吊履帶進行限位，當(dāng)施加20t荷載時，考慮1.5倍的荷載組合，計算型鋼應(yīng)力162MPa。

考慮斜撐45°夾角，考慮焊腳高度5mm滿焊，滿焊下焊縫長度約為3m。

9 結(jié)語

本文以歷史5年波浪后報數(shù)據(jù)為參照，計算了巴西薩爾瓦多跨海大橋300t履帶吊在77m方駁上的施工窗口期、甲板荷載分?jǐn)偤吐膸У醯募庸谭桨?。通過窗口期分析，以馬代0.45°運動幅度下可施工為標(biāo)準(zhǔn)，該船在各墩位的年平均窗口期在80%以上；履帶吊在方駁上的荷載分?jǐn)偡矫?，擬采用2塊12m長×4.58m寬的路基板分?jǐn)偤奢d；在船舶上加固方面，通過抗傾覆和抗滑移計算分析，通過左右兩側(cè)6根14t花籃螺栓設(shè)計，首尾兩側(cè)4根14t花籃螺栓設(shè)計，花籃螺栓水平夾角約40°，花籃螺栓長度不夠時，與破斷應(yīng)力49t的鋼絲繩連接，鋼絲繩直徑約30mm，同時，采用工25型鋼在路基板上固定履帶吊履帶；履帶吊上方駁后，履帶吊性能參數(shù)按80%折減配型；通過以上配置與計算分析，滿足安全使用要求。計算分析以履帶吊配重120～160t為依據(jù)，扒桿長度不超過72m為依據(jù)，考慮極限工況為50t×18m進行分析；考慮極限生存工況的作業(yè)波高為2m，在2m波高及以上的海況來臨之前，組合浮吊應(yīng)前往錨區(qū)拋錨定位。