基于ANSYS的重大件滾裝裝船用跳板的設(shè)計(jì)

岑立 謝穎

廣州文船重工有限公司 廣東廣州 510727

1 概述

近年來廣東區(qū)域海上風(fēng)電發(fā)展迅速，海上風(fēng)電的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)主要采用3樁或4樁鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架基礎(chǔ)，該型鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)高度一般在40米到70米，重量從800噸到1500噸。目前廣東省內(nèi)的制造廠生產(chǎn)完導(dǎo)管架后，需通過浮吊吊裝裝船或模塊車滾裝上船[1]。廣州文船重工有限公司承接的廣東地區(qū)首套升壓站導(dǎo)管架，自重1500噸，高度45米，因浮吊資源及價(jià)格的限制，采用了動(dòng)力模塊車滾裝裝船。本文通過利用ansys有限元分析軟件對(duì)滾裝過程的跳板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證強(qiáng)度的前提下最大化的降低跳板成本[2]。

2 滾裝流程簡(jiǎn)析

2.1 碼頭滾裝潮位分析

根據(jù)滾裝碼頭資料，碼頭高程H=5.2m，潮汐高度h=0.3∽2.9m，碼頭前沿港池泥面高程為-5.5m。對(duì)于尾靠滾裝10000t級(jí)甲板駁：船長(zhǎng)85m，型寬40m，型深D=8m，跟碼頭齊平時(shí)其吃水Δ=D-(H-h)=3.1∽5.7m，而滾裝時(shí)船舶的最大可能吃水4.5m，最小可能吃水2.6m。該項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際當(dāng)天潮汐情況選擇平潮時(shí)段滾裝上船[3]。

2.2 模塊車裝載計(jì)算

導(dǎo)管架自重1500t，長(zhǎng)約33.2m，寬約30m，高約42米。SPMT配置8組2縱列共80軸線，共計(jì)4個(gè)PPU，軸線車總重388t，車子總承載能力80×40t=3200t，SPMT軸線分組最大負(fù)荷=24.4t，對(duì)地流動(dòng)載荷7.2t/m2，載荷率27.2/40=68%。

3 跳板設(shè)計(jì)

3.1 跳板初步設(shè)計(jì)

由于駁船靠泊后碼頭前沿與船甲板距離比較大，初步選用專用跳板(共布置18塊)連接過渡，在安裝跳板時(shí)，跳板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸板需要和船舶焊接。跳板結(jié)構(gòu)及受力如下：

根據(jù)碼頭前沿跳板過渡區(qū)域1300mm，SPMT軸線軸距1400mm，跳板受力最大時(shí)為一軸線作用于1300mm的最中間，按照軸載滿載40t集中受載以計(jì)算鋼板強(qiáng)度，單軸線下跳板由15根H200×200×8×12的H型鋼組成，分載至每根H型鋼受力=40/15=2.7t，詳見以下報(bào)告：

單跨梁形式：簡(jiǎn)支梁；計(jì)算模型基本參數(shù)：長(zhǎng)L=1.3M

集中力：標(biāo)準(zhǔn)值Pk=Pg+Pq=27+0.75=27.75KN

設(shè)計(jì)值Pd=Pg×γG+Pq×γQ=27×1.2+0.75×1.4=33.45KN

3.2 選擇受荷截面

截面類型：H型鋼：200×200×8×12

截面特性：Ix=4610.49cm4Wx=461.04cm3Sx=256.57cm3G=48.73kg/m

翼緣厚度tf=12mm腹板厚度tw=8mm

3.3 相關(guān)參數(shù)

材質(zhì)：Q235，x軸塑性發(fā)展系數(shù)γx：1.05，梁的撓度控制［v］：L/250。

3.4 內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

①座反力RA=RB=16.7KN②支座反力RB=Pd/2=16.7KN

③最大彎矩Mmax=Pd＊L/4=28.4KN.M

強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算結(jié)果

彎曲正應(yīng)力σmax=Mmax/(γx×Wx)＝58.7N/mm2

剪應(yīng)力τA=RA×Sx/(Ix×tw)＝116.3N/mm2

最大撓度fmax=Pk×L^3/48×1/(E×I)=2.35mm

相對(duì)撓度v=fmax/L=1/1447

彎曲正應(yīng)力σmax=58.7N/mm2<抗彎設(shè)計(jì)值f：215N/mm2

支座最大剪應(yīng)力τmax=116.3N/mm2<抗剪設(shè)計(jì)值fv：125N/mm2

跨中撓度相對(duì)值v=L/1447<撓度控制值［v］：L/250

利用ansys建立等比例模型并施加載荷計(jì)算如下：

4 結(jié)語

此次采用SPMT進(jìn)行海上風(fēng)電導(dǎo)管架的滾裝裝船，正式裝船時(shí)間在一小時(shí)左右，裝船過程平穩(wěn)可控，跳板目測(cè)無明顯變形，相比浮吊吊裝裝船，節(jié)省了不菲的浮吊費(fèi)用，縮減了了裝船時(shí)間，對(duì)于后續(xù)產(chǎn)品的按時(shí)交付，起到了一定的促進(jìn)作用。