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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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