客滾連接橋升級(jí)改造設(shè)計(jì)

劉職榮

摘要：客滾橋是連接客滾船與岸壁的重要設(shè)施，為適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展需要，大連港集團(tuán)客運(yùn)總公司決定將大連灣港區(qū)17#泊位已有的客滾橋能力由100t提升至120t。本文介紹了利用ALGOR有限元分析軟件對(duì)客滾橋的整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部位建模分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)。本著經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠、維修方便等原則，確?？蜐L橋升級(jí)改造的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：港口;客滾橋;ALGOR軟件;升級(jí)改造

隨著客滾運(yùn)輸量的增多、滾裝車(chē)載貨量的增加和船舶大型化、專(zhuān)業(yè)化、現(xiàn)代化程度的不斷提高，原有的客滾橋承載能力已不能滿(mǎn)足大噸位車(chē)輛裝卸的要求，新建或改擴(kuò)建大噸位客滾橋已成為必然趨勢(shì)。根據(jù)用戶(hù)需求，結(jié)合目前大噸位運(yùn)輸車(chē)輛載貨能力，決定升級(jí)改造現(xiàn)有客滾橋使其承載能力達(dá)到120t。

1.橋體結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)有客滾橋?yàn)?011年新建設(shè)備，為開(kāi)式上承平臺(tái)、全長(zhǎng)24m、最大寬度16m、最小寬度8m、設(shè)計(jì)荷載為100t。

設(shè)備由橋體、拱門(mén)桅柱、安全鎖定裝置、導(dǎo)向裝置、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等部件組成。橋體后部鉸接于橋臺(tái)上，前部由液壓缸懸吊于拱門(mén)桅柱的外伸臂上，拱門(mén)桅柱焊接于桅柱墩上表面。通過(guò)自控及液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液壓缸的伸縮帶動(dòng)橋體上仰及下俯，以適應(yīng)不同船型、潮位、吃水時(shí)滾裝作業(yè)的要求。

2.設(shè)計(jì)依據(jù)

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研，120t重載車(chē)總長(zhǎng)為16m～22m、輪間距約2m、各軸荷載比例1：3：6、結(jié)構(gòu)安全系統(tǒng)1.48、動(dòng)載系數(shù)1.3。

3.結(jié)構(gòu)校核及改造設(shè)計(jì)

由于此設(shè)備的水工結(jié)構(gòu)已建成、設(shè)備已投產(chǎn)使用。設(shè)備的升級(jí)改造應(yīng)以改動(dòng)量少、節(jié)省投資為目的。

具體結(jié)構(gòu)分析采用ALGOR20.4有限元分析軟件，采用板單元和梁?jiǎn)卧?，?jì)算輸入?yún)?shù)取Q235（質(zhì)量密度為7.85x10-9、彈性模量為2x105、泊松比為0.3），主材類(lèi)型為工字鋼。

3.1重載車(chē)下船偏載情況校核

重載車(chē)下船偏載，此時(shí)液壓缸吊點(diǎn)處所受到的力最大，約為146t，經(jīng)液壓缸生產(chǎn)廠(chǎng)家核算，液壓缸滿(mǎn)足使用要求。

3.2重載車(chē)上船情況校核

重載車(chē)處于上船狀態(tài)，車(chē)頭已越過(guò)橋板，假設(shè)此時(shí)車(chē)頭懸空，兩前輪的重量移到中軸，此工況為最不利工況，經(jīng)核算最不利應(yīng)力為173Mpa，如圖，發(fā)生在橋體前端梁，安全系數(shù)為1.36，不滿(mǎn)足要求，需對(duì)前端梁進(jìn)行加固。

升級(jí)改造中考慮在原倒“T”梁的翼板焊接20mm厚的鋼板。經(jīng)復(fù)核，此時(shí)最不利應(yīng)力降至為117 Mpa，安全系數(shù)為2，滿(mǎn)足要求。

橋體應(yīng)力云圖

3.3尾梁校核

尾梁為箱型結(jié)構(gòu)，它的荷載除自重外，最大外荷載是重載車(chē)的后輪，考慮一定程度的沖擊，計(jì)算結(jié)果最不利應(yīng)力為224Mpa，安全系數(shù)為1.05，不滿(mǎn)足要求，需對(duì)尾梁進(jìn)行加固。

升級(jí)改造中考慮在原箱型梁底部加焊鋼板，使箱型梁增高130mm，增大箱形梁橫截面。經(jīng)復(fù)核，最不利應(yīng)力降至155.4MPa，安全系數(shù)為1.51，滿(mǎn)足要求。

3.4桅柱校核

桅柱是呈直角相交的兩個(gè)箱形結(jié)構(gòu)，荷載是液壓缸重量、橋體重量、車(chē)輛荷載、自重，1/2拱門(mén)重，還有風(fēng)荷載。最不利應(yīng)力158 ，安全系數(shù)為1.49。由于建模時(shí)有部分簡(jiǎn)化，實(shí)際受力情況要比計(jì)算結(jié)果好些，故滿(mǎn)足要求。

3.5鎖定銷(xiāo)校核

鎖定銷(xiāo)在完全伸出時(shí)加載，最不利應(yīng)力為390Mpa，應(yīng)力最大處是在與橋板上鎖定銷(xiāo)耳板孔緣相交處，材料選用40Cr合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，屈服極限不低于490 ?，安全系數(shù)為1.26，不滿(mǎn)足要求，需對(duì)鎖定銷(xiāo)進(jìn)行改造。

升級(jí)改造時(shí)考慮在不調(diào)整鎖定板前提下加大鎖定銷(xiāo)直徑。經(jīng)復(fù)核，最不利應(yīng)力為329MPa，安全系數(shù)為1.49，滿(mǎn)足要求。

3.6鎖定銷(xiāo)耳板校核

鎖定銷(xiāo)耳板與橋板起吊梁焊接部分的厚度為30 mm，上伸部分用一塊30 mm厚的相同材料并焊在一起，總厚度為60 mm，以降低局部應(yīng)力。校核結(jié)果最大應(yīng)力為277.5Mpa，安全系數(shù)為1.44，不滿(mǎn)足要求。

升級(jí)改造考慮鎖定銷(xiāo)直徑加大后，相應(yīng)調(diào)整鎖定銷(xiāo)耳板及相應(yīng)部件尺寸，最不利應(yīng)力為248MPa，材料選用Q460c，屈服極限不低于400 ，安全系數(shù)為1.61，滿(mǎn)足要求。

3.7液壓缸鉸鏈校核

液壓缸鉸鏈分上下鉸鏈，上鉸鏈與桅柱焊接在一起，下鉸鏈?zhǔn)芙Y(jié)構(gòu)限制只能直接焊在橋板起吊梁上，使焊縫處于直接受拉的不利狀態(tài)。

上鉸鏈每片耳板經(jīng)校核最不利應(yīng)力為187.4 ，位置在孔的側(cè)壁上。由于原設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到此鉸鏈?zhǔn)侵匾考?，而且在意外情況下施加其上的荷載有可能超過(guò)計(jì)算值，所以耳板材料選用Q460c，屈服極限不小于400 ?，焊接性也較好，安全系數(shù)為2.1，滿(mǎn)足要求。

下鉸鏈的直角角焊縫直接承受動(dòng)力荷載，受通過(guò)焊縫形心的拉力作用，其強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中： —通過(guò)焊縫形心的拉力， ;

—角焊縫的計(jì)算厚度，一般取 ， 為較小焊角尺寸;

—角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度，對(duì)每條焊縫取其實(shí)際長(zhǎng)度減去10mm， 。

—角焊縫的許用剪切應(yīng)力，

焊縫滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

本次升級(jí)改造是在原設(shè)計(jì)能力基礎(chǔ)上進(jìn)行的。改造后經(jīng)相關(guān)單位的安裝調(diào)試和壓載試驗(yàn)，證明其能力已提升至120t。經(jīng)近3年的實(shí)際運(yùn)營(yíng)，效果良好，大大加快了港口物流的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T3811-2008

[2]張立明.《Algor、Ansys在橋梁工程中的應(yīng)用方法與實(shí)例》北京：人民交通出版社，2003