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文檔簡介

中國水運(yùn)建設(shè)行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

挖泥船壓纜樁設(shè)計(jì)與制造技術(shù)要求

編制說明

二〇二一年五月

一、工作簡況

(一)任務(wù)來源

廣航局2018年10月根據(jù)水運(yùn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)通知申報(bào)本標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)編制,通過

水運(yùn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)專家審查,按水運(yùn)協(xié)會(huì)2019年5月印發(fā)的“關(guān)于發(fā)布2019年

(第一批)中國水運(yùn)建設(shè)行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃的通知”,開始承擔(dān)編制任

務(wù),組織編寫。

(二)主要工作工程

(1)2019年5月,成立標(biāo)準(zhǔn)編寫組,編制研究大綱,落實(shí)編寫任務(wù),對(duì)標(biāo)

準(zhǔn)編制工作計(jì)劃和主要技術(shù)路線、人員分工、費(fèi)用預(yù)算做了安排。

(2)2019年8月28日,中國水運(yùn)建設(shè)行業(yè)協(xié)會(huì)在廣州召開了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編寫

工作大綱送審稿審查會(huì),與會(huì)專家對(duì)《挖泥船壓纜樁設(shè)計(jì)與制造指南》編寫大

綱進(jìn)行審查,要求團(tuán)標(biāo)更名為《挖泥船壓纜樁設(shè)計(jì)與制造技術(shù)要求》審查并確

定內(nèi)容和章節(jié)。

(3)2019年6月~12月,標(biāo)準(zhǔn)編寫組進(jìn)行了行業(yè)內(nèi)的調(diào)研及相關(guān)資料的查

詢,并對(duì)技術(shù)資料進(jìn)行研究與分析。

(4)2020年1月~6月,編寫組完成了標(biāo)準(zhǔn)草稿的編制,并研究標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

及計(jì)算公式的推導(dǎo);

(5)2020年7月~12月,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行討論與審查,明確標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)出現(xiàn)的

公式進(jìn)行理論分析并再次推導(dǎo),期間對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及條款進(jìn)行多次商榷、會(huì)

審,完成標(biāo)準(zhǔn)文本初稿。

(6)2021年1月~3月,完成編制單位初稿內(nèi)部審稿。

(7)2021年4~5月,初稿與有關(guān)制造廠家討論,內(nèi)部討論,修改,形成

征求意見稿初稿。

(三)標(biāo)準(zhǔn)起草單位

主編單位:中交廣州航道局有限公司

參編單位:中交華南交通建設(shè)有限公司、華南理工大學(xué)

(四)起草人員及其所做的具體工作

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草人員為:李曉燕、劉建、馬培良、韋杏靜、侯明新、黃

1

誠昭、鄭必前、劉虓、劉靜。所有的貢獻(xiàn)見表1。

表1標(biāo)準(zhǔn)起草人員及所做工作

序號(hào)姓名工作單位分工工作內(nèi)容

1李曉燕中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)全文編寫與編制說明編寫

標(biāo)準(zhǔn)全文編寫、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條文

2劉建中交廣州航道局有限公司主要起草人

修訂工作

3馬培良中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)編寫技術(shù)顧問

4韋杏靜中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)全文編寫與編制說明

5侯明新中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)總體負(fù)責(zé)

6黃誠昭中交廣州航道局有限公司主要起草人標(biāo)準(zhǔn)全文編寫與編制說明

標(biāo)準(zhǔn)報(bào)審、校對(duì)、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條

7鄭必前中交疏浚(集團(tuán))股份有限公司主要起草人

文修訂工作

8劉虓華南理工大學(xué)主要起草人壓纜樁強(qiáng)度公式推導(dǎo)、校對(duì)

調(diào)研成果整理、人員組織協(xié)

9劉靜中交廣州航道局有限公司主要起草人

調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)條文修訂工作

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和依據(jù)

(一)編制原則

適用性:疏浚業(yè)是國家水運(yùn)交通建設(shè)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè),也是國家水環(huán)境治理的基

礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)國家交通建設(shè)總體規(guī)劃、水環(huán)境治理規(guī)劃和各省市發(fā)展規(guī)劃,大型

挖泥船研制項(xiàng)目與海洋石油鉆井平臺(tái)等項(xiàng)目一并被列入國家中長期科技發(fā)展規(guī)

劃,是我國當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)船舶與海工設(shè)備類型之一。挖泥船特種船舶及

疏浚裝備國家標(biāo)準(zhǔn)很少,幾乎空白,標(biāo)準(zhǔn)的缺失不適應(yīng)我國疏浚業(yè)大國向疏浚強(qiáng)

國的發(fā)展。

先進(jìn)性:本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮使用、制造、設(shè)計(jì)研發(fā)的實(shí)際需求與現(xiàn)狀。內(nèi)容反

映當(dāng)前國內(nèi)、外(尤其是國內(nèi))疏浚工程施工與裝備技術(shù)的迅速發(fā)展,設(shè)備制造

2

廠家加工工藝技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品質(zhì)量提高的現(xiàn)狀,技術(shù)進(jìn)步亟待解決的相關(guān)問題

等等,為疏浚行業(yè)配套裝備業(yè)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)支持。

經(jīng)濟(jì)性:標(biāo)準(zhǔn)要求考慮了制造成本因素,在確定技術(shù)要求時(shí),充分評(píng)估了制

造成本的影響,在保證標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求條件下兼顧了制造成本和資源節(jié)約。

(二)編制依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)為技術(shù)要求,按照交通運(yùn)輸部《水運(yùn)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》(〔2020〕

12號(hào))和《中國水運(yùn)建設(shè)行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法(試行)》相關(guān)要求進(jìn)行編

寫,在中交廣州航道局有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行編制,根據(jù)編制內(nèi)容需要,

本標(biāo)準(zhǔn)還引用了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容主要有:總則、規(guī)范性引

用文件、術(shù)語、設(shè)計(jì)、制造等。

三、確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)

(一)壓欖樁結(jié)構(gòu)

壓纜樁由樁體、上滑輪、下滑輪等部件組成,其結(jié)構(gòu)見圖1。

3

1——上滑輪;H——樁體高度;

2——上滑輪軸;d——壓纜深度;

3——支撐板;h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體;L——樁體截面長邊;

5——下滑輪;B——樁體截面短邊;

6——下滑輪軸;e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承;

圖1壓纜樁結(jié)構(gòu)示意圖

(二)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)設(shè)計(jì)公式推導(dǎo)過程

壓纜樁在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到制造工藝簡單,降低制造成本等,選擇截面為方形的

箱型梁結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)依據(jù)包括如下:作業(yè)海況、靠泊駁船主尺度、船舶主尺度、

船舶總體布置、船舶舾裝數(shù)。

在設(shè)計(jì)壓纜樁尺寸時(shí),我們簡化壓纜樁為中空箱型梁,如圖2所示,壓纜樁

橫截面扁平比:

B

L(1)

式中:

B——樁體截面短邊,單位為毫米(mm)

L——樁體截面長邊,單位為毫米(mm)

短邊板

長邊板

L

B

圖2壓纜樁樁體橫截面

4

F

LL

F

BB

(a)工況1(b)工況2

圖3壓纜樁受力工況

如圖3所示,壓纜樁典型受力工況有兩種,工況1是最不利的。下面按照工

況1來分析。

短邊板相對(duì)于豎直形心軸慣性矩

13

I1B

12(2)

式中:

B——樁體截面短邊,單位為毫米(mm);

d——壓纜樁壁厚,單位為毫米(mm)。

長邊板相對(duì)于豎直形心軸慣性矩為(根據(jù)移軸公式,面域慣性矩=自身慣性

矩+面積×距離的平方):

2

13B

I2LL

122(3)

式中:

d——壓纜樁壁厚,單位為毫米(mm);

L——樁體橫截面長邊,單位為毫米(mm);

B——樁體橫截面短邊,單位為毫米(mm)。

公式(3)右邊的第一項(xiàng)為自身慣性矩,其數(shù)值較小,可以忽略(這也是偏于

安全的考慮)。將公式(1)代入上式,得:

123

I2L

4(4)

式中:

b——壓纜樁橫截面扁平比,無量綱;

d——壓纜樁壁厚,單位為毫米(mm);

L——樁體橫截面長邊,單位為毫米(mm)。

綜合公式(2)、(4),得到整個(gè)壓纜樁橫斷面的慣性矩:

123

I2I12I23L

6(5)

式中:

5

b——壓纜樁橫截面扁平比,無量綱;

d——壓纜樁板材壁厚,單位為毫米(mm);

L——樁體橫截面長邊,單位為毫米(mm)。

槽口固定端

h

F

圖4壓纜樁力學(xué)模型

如圖4所示,可將壓纜樁(1——上滑輪;

H——樁體高度;

2——上滑輪軸;d——壓纜深度;

3——支撐板;h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體;L——樁體截面長邊;

5——下滑輪;B——樁體截面短邊;

6——下滑輪軸;e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承;

圖1)抽象為一根懸臂梁,其最大彎曲應(yīng)力:

Mmax

max

W(6)

式中:

MFh

max——懸臂梁最大彎矩,單位為牛頓·毫米(N·mm);

F——壓纜樁額定負(fù)載,單位為牛頓(N);

h——圖4中懸臂梁長度,也即1——上滑輪;

H——樁體高度;

2——上滑輪軸;d——壓纜深度;

3——支撐板;h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體;L——樁體截面長邊;

5——下滑輪;B——樁體截面短邊;

6——下滑輪軸;e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承;

6

圖1中壓纜樁伸出槽口的長度,單位為毫米(mm);

?=——抗彎模量,單位為毫米3(mm3);

/

B——樁體橫截面短邊,單位為毫米(mm);

I——壓纜樁橫斷面的慣性矩,單位為毫米4(mm4)。

令梁的最大彎曲應(yīng)力等于許用彎曲應(yīng)力:

s

max

n(7)

式中:

s——壓纜樁材料屈服應(yīng)力,單位為兆帕(Mpa);

n——安全系數(shù),無量綱。

將(6)代入(7),可得:

3nFh

L

13

s(8)

式中:

L1——按照彎曲強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)的樁體截面長邊,單位為毫米(mm);

n——安全系數(shù),無量綱;

F——壓纜樁額定負(fù)載,單位為牛頓(N);

h——圖4中懸臂梁長度,也即1——上滑輪;

H——樁體高度;

2——上滑輪軸;d——壓纜深度;

3——支撐板;h——壓纜樁伸出樁槽底緣長度

4——樁體;L——樁體截面長邊;

5——下滑輪;B——樁體截面短邊;

6——下滑輪軸;e——下滑輪偏心距。

7——旋轉(zhuǎn)軸承;

圖1中壓纜樁伸出槽口的長度,單位為毫米(mm);

b——壓纜樁橫截面扁平比,無量綱;

s——壓纜樁材料屈服應(yīng)力,單位為兆帕(Mpa);

d——壓纜樁壁厚,單位為毫米(mm)。

下面按照剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì):

考慮到材料剪切應(yīng)力極限=0.6~0.8倍的抗拉極限,這里將壓纜樁材料的剪

切應(yīng)力許用值取為:

0.6s

n(9)

7

式中:

s——壓纜樁材料屈服應(yīng)力,單位為兆帕(Mpa);

n——安全系數(shù),無量綱。

如圖3(a)所示,工況1是剪切強(qiáng)度最不利的情況。面板(圖3a工況1中

的長邊板)對(duì)剪切強(qiáng)度的貢獻(xiàn)很小,腹板(圖3a工況1中的短邊板)對(duì)剪切

強(qiáng)度貢獻(xiàn)是主要的,因此從保守和方便的角度考慮,可以忽略面板面積,只考

慮腹板對(duì)剪切強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。另外矩形斷面的等效剪切面積As=2/3*A。因此壓纜

樁等效剪切面積為:

24

As2BB

33(10)

壓纜樁最大剪切應(yīng)力:

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