海底電纜埋設(shè)犁犁體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

高樹娟

摘 要：本文根據(jù)埋設(shè)犁極限工作狀態(tài)計(jì)算犁體開溝阻力，運(yùn)用solidWorks軟件對(duì)埋設(shè)犁犁體進(jìn)行三維建模，利用ANSYS軟件建立有限元模型進(jìn)行典型荷載工況下的應(yīng)力分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。探討了有限元軟件對(duì)犁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算及改進(jìn)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：埋設(shè)犁；犁體；開溝阻力三維建模；有限元；應(yīng)力分析

電纜埋設(shè)犁是布纜船上的一種主要布纜設(shè)備，通常帶有可變角度的犁體，用于埋設(shè)海底電纜。犁體由高壓水腔、電纜腔、導(dǎo)纜蓋板和牽引裝置組成，高壓水腔底部安裝噴嘴進(jìn)行高壓水射流開溝。犁體通過旋轉(zhuǎn)軸固定在前龍門架的軸承座上，犁體正常工作位置是前緣與海底平面成47°夾角，滿足3m埋深的要求。犁體是埋設(shè)犁重要工作構(gòu)件，其工作性能直接影響成溝效果。

1開溝阻力計(jì)算

埋設(shè)犁在水底切削開溝，其阻力是切削泥土面積與單位面積泥土阻力-比阻力的乘積來計(jì)算。開溝的總阻力可按下式計(jì)算：

R=K平均.f

=15×320×36=172800N=172.8KN

式中：R——開溝的總阻力 N；

K——泥層切泥比阻力 N/cm2 ，參照下表取15；

f——為埋設(shè)犁開溝的截面積cm2；

表1：泥土比阻力數(shù)據(jù)表

序號(hào) 土質(zhì) 泥土比阻力（N/cm2）

1 砂、砂質(zhì)土、輕沙質(zhì)黏土 6-12

2 沙質(zhì)黏土、細(xì)砂、輕黏土 10-27

3 中等和重質(zhì)黏土 27-48

4 重黏土 >48

2 埋設(shè)犁抗拔力計(jì)算

2.1計(jì)算犁體自重Gp【根據(jù)《樁基規(guī)范》5.4.5式5.4.5-2計(jì)算】，地下水位以下取浮重度。

2.2犁體非整體破壞的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Tuk

犁體的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（根據(jù)《樁基規(guī)范》5.4.6 式5.4.6-1）

式中：Tuk----基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）

λi----抗拔系數(shù)

qsik----樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）

ui----樁身周長(zhǎng)（圓樁取πd，方樁取4b），對(duì)于擴(kuò)底樁擴(kuò)底影響范圍內(nèi)取擴(kuò)底周長(zhǎng)πdk（m）

li----樁側(cè)表面第i層土厚（m）

Tuk=216.000 kN

2.3計(jì)算基樁抗拔極載力Tu

計(jì)算基樁抗抗承載力Tu（根據(jù)《樁基規(guī)范》5.4.5式5.4.5-2計(jì)算）

3犁體鋼結(jié)構(gòu)受力分析

埋設(shè)犁由犁體、前后龍門架、滑靴三部分組成。計(jì)算內(nèi)容為采用有限元分析軟件分別對(duì)犁體、前龍門架進(jìn)行進(jìn)行有限元分析。根據(jù)開溝阻力計(jì)算、埋設(shè)犁抗拔力計(jì)算及施工經(jīng)驗(yàn)，犁體底部承受最大水平荷載30T，分別計(jì)算犁體及前龍門架的應(yīng)力和變形。

4結(jié)束語

海纜埋設(shè)犁在作業(yè)中犁體與海底平面的夾角盡量不要小于20度，夾角越小對(duì)機(jī)架受力越不利；由于埋設(shè)犁在海洋中的使用環(huán)境惡劣，應(yīng)使用優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼。

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