（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）导管架下水技术.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着我国深海油气资源的逐步开发，钢质导管架平台向更深水域的运输交得越来越 重要。导管架的运输方式主要有两种：浮运和驳运。导管架滑移下水是安装重型导管架 的一种常见的方式 大中型导管架下水一般采用将导管架从驳船滑下去的方法，即导管架在下水之前， 驳船压载到预定的吃水和纵倾角，当下水开始时，导管架由液压顶推装置或绞车拖动 向驳船的尾部移动，同时驳船纵倾角增大当纵倾角超过滑道与导管架之间的动摩擦 角时，导管架沿滑道上自行滑动，直至导管架重心位置超出摇臂销轴心位置时，此时相 对于摇臂销轴的翻转力矩超过了总的扶正力矩，导管架就开始既滑动又转动，直到导 管架脱离下水驳船，下水过程结束。 在本文中，根据以往经验和工程条件确定以下因素：驳船的吃水、纵倾角度、总纵 弯矩、浸没深度、调载布置和驳船的运动、摇臂的强度以及摩擦因数。在这一范围内选 择有代表性的数值进行不同的组合，分析结果并进行比较，从而得出优化的驳船下水过 程。 关键词；导管架、下水驳船、压载布置、总纵强度、a n s y s 、驳船运动 导管架下水技术 t h et e c h n o l o g yo f j a c k e tp l a t f o r ml a u n c h a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ep e t r o l e u ma n dg a sr e s o u r c ei no n rd e 印s e aa r e a s ，t h e t r a n s p o r t a t i o no ft h es t e e lj a c k e tt o t h ed e e p e rw a t e ra r e a sw i l lb e c o m em o r ea n dm o r e i m p o r t a n t t h e r ea r ct w om e t h o d sf o rt r a n s p o r t i n gt h ej a c k e t , o n ei sf l o a t i n gt r a n s p o r t a t i o n ， a n dt h eo t h e ri sb a r g et r a n s p o r t a t i o n t h el a u n c hb ys l i d i n gf r o mt h eb a r g ei st h eu s u a lw a yo f i n s t a l l i n gt h eh u g e j a c k e t n em e t h o do ft h eh u n c ho fh u g ej a c k e ti sg e n e r a l l ys l i d i n gf r o mt h eb a r g e f i r s t l y , a 由u 或t h ew e i g h to fb a l l a s tw a t e ri no r d e rt om a k et h eb a r g er e a c ht h es c h e d u l e dd r a f ta n d t r i m a n g l e b e f o r e l a u n c h i n g ，a n dt h e n t h ej a c k e tm o v e st ot h es t e m b yu s i n g h y d r a u l i c p r e s s u r ep u s h i n ga p p a r a t u so rt h ew i n m a tt h i st i m e ，t h e 妇a n g l ei si n c r e a s i n g w h e nt h et r i ma n g l ei sb i g g e rt h a nt h ef r i c t i o na n g l e ，t h ej a c k e tw i l lg l i d ea l o n gt h es k i d b e a m u n t i lt h ep o s i t i o no f t h ej a c k e t sc e n t e ro fg r a v i t yi sb e y o n dt h a to f t h er o c k e r 蚴sp i n a tt h i st i m e , t h eo v e a u m i n gm o m e n ti sl a r g e rt h a nt h eg r o s su p r i g h t i n gm o m e n t t h e j a c k e ti s n o to n l ys l i d i n gb u ta l s or o t a t i n g ，a n dt h e ng e t sa w a yf r o mt h eb a r g e ，t h ep r o c e s so fl a u n c h i n g i so v e r i nt h i sp a p e r , w ew i l ld e f i n et h ef o l l o w i n gf a c t o r s ：t h ed r a f to ft h eb a r g e ，t r i ma n g l e ， l o n g i t u d i n a ls t r e n g t h ，i m m e r g e n e ed e p t h ，b a l l a s td i s p o s a la n dt h em o t i o no ft h eb a r g e ，t h e s t r e n g t ho fr o c k e ra i m sa n df r i c t i o nc o e m e i e n t w es h o u l dc h o o s et h er e p r e s e n t a t i v e n u m e r i c a lv a l u ef r o mc a e hf a c t o ra n dm a k ed i f f e r e n tc o m b i n a t i o nt oa n a l y s et h er e s u l ta n d c o m p a r et h e m , a n de v e n t u a l l yw eg e tt h eo p t i m u ml a u n c hp r o c e s s k e yw o r d s ：j a c k e t , l a u n c h i n gb a r g e ，b a l l a s td i s p o s a l , l o n g i t u d i n a ls t r e n g t h ， a n s y s ，t h em o t i o no fb a r g e 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：值日期：兰型二竺 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”。同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：篮 导师签名：蚴 型年上月旦日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 我国的海岸线超过1 8 0 0 0 公里，拥有4 7 3 万平方公里的海域。在我国的渤海、东 海及南海海域，蕴藏着丰富的石油和天然气资源，随着我国海上油气资源的逐步开发， 海上油田的地位也变得越来越重要。开发海上油气田，需要有钻井和采油的海上平台。 钢质导管架平台通过打桩的方法固定于海底，具有稳定性好和自持能力强的特点，它是 目前海上油田中使用最广泛的一种平台。 自1 9 4 7 年第一次被用在墨西哥湾6 m 水深的海域以来，发展十分迅速，到1 9 7 8 年， 其工作水深己达3 1 2 m 。据近一些年来的报道，已有一些钢质导管架平台的工作水深超 过了5 0 0 m 1 9 6 6 年1 2 月底，我国第一座固定式平台被成功地安装在渤海湾水深6 m 处 的油田上。从此以后，我国先后在渤海湾水深6 - 2 5 m 范围设计和安装了1 0 0 多座固定 式平台。固定式平台的迅速发展，创造了巨大的社会经济效益，对国民经济的发展起到 了重要的推动作用。随着我国对海上深水油田的迸一步开发，深水导管架的安装交得越 来越重要，吸收国外的先进经验，掌握这方面的分析技术并使之应用于我国深水开发工 程尤为紧迫。导管架滑移下水是安装重型导管架的一种常见的方式，本文将对其进行详 细的研究。 1 1 导管架平台的组成 钢质导管架平台是由导管架通过钢管桩固定于海底的结构。导管架平台可分为三个 主要组成部分，即上部结构、导管架和桩。 上部结构包括平台甲板、甲板支柱以及层问桁架结构，对钻井平台，甲板以两层居 多，对于采油平台，有时可采用单层甲板的型式。甲板结构的主要作用是在海上为钻并 或采油提供足够的场地，以便在其上布置钻井或采油设备、辅助设备、各种生活设施以 及供直升飞机升降。甲板结构有甲板板和相应的构架组成，甲板本身必须有足够的强度 来承受其上的各种设备荷重。 导管架是由导管( 桩腿) 和连接结构的纵横撑杆组成的空间结构。它是由柔性构件 用刚性结点连接而成。导管架主要作用是能保证桩基施工时，桩正确的定位和导向。导 管架除了要承受海上的环境载荷外，还要承受上部结构的载荷，并将这些载荷较均匀地 传到桩基上。在使用上，导管架还可以用来系靠船舶，以便于供应船靠离平台。 桩的作用是把平台固定于海底并承受横向载荷和垂向载荷。桩通过导管架打入海底 土中，由单桩组成群桩以形成桩基础。上部结构和导管架的载荷过桩基础传入地基。 导管架下水技术 窄援j 碡 窄虢氍 图1 1 导管架的组成部分 1 2 导管架平台的运输方式 点 然 翰 导管架是近海平台的一种支撑结构跚，由钢管焊接而成，一般在陆地上总装后，运 到海上安装导管架体积大、重量大，所以其运输与安装都十分复杂导管架的运输方 式主要有两种一种是浮运，若导管架重量较轻，可用大型浮吊将其从驳船上吊下， 放入海里，扶正、定位；另一种是驳运采用驳运时，导管架在陆地上总装后，用轨道 将其滑到驳船上，绑扎固定后运到海上安装地点，准备下水。 要提升现有起重船的利用率，拓展施工领域，增强市场竞争力，导管架滑移下水 方法无疑是一种行之有效的也是耳前世界上唯一采用的海上安装方法，大中型导管架 则通常采用从驳船上滑下去的方法，即在驳船甲板上安装滑道，尾端安装摇臂，在导管 架侧面安装滑板，再将导管架滑板面与滑道相结合，用液压顶推装置或绞车使导管架 餮翔 眩 大连理工大学硕士学位论文 向驳船尾端滑动，直至导管架重心摇臂转轴接近时，导管架开始随着摇臂绕摇臂转轴 旋转。当旋转角度超过滑道与导管架底部滑板的动摩擦角时，导管架相对摇臂边滑边转， 最后与驳船分离，在水中运行一段时间后处于稳定浮态，下水过程结束。导管架可以从 驳船纵向，也可以从横向或者用两个驳船装载一个导管架进行下水。 1 3 典型的导管架滑移下水过程口】 导管架由驳船上滑移下水，首先在倾斜的驳船上由外力( 液压缸或绞车) 推动克服 滑靴与滑道间的静摩擦力，其后在倾斜的滑道上靠自身重力的作用滑移，最后通过下水 驳船的摇臂滑入水中。典型的导管架滑移下水过程如下： ( 1 ) 对驳船调载，使下水驳船倾斜达到预定的角度和预定的吃水线； ( 2 ) 切割纵向固定板( 件) ，用液压缸或绞车带动导管架滑移； ( 3 ) 导管架在驳船上向前滑移时重力作用的变化使驳船更加倾斜，这时导管架依靠 自重继续滑移 ( 4 ) 当导管架滑移到一定位置时，船头的摇臂开始旋转，导管架从倾斜的摇臂上滑下， 为避免导管架受到损伤，在导管架底部到达摇臂之前，导管架和摇臂应分离； ( 5 ) 导管架在水中达到最大潜水深度，靠自身浮力转动上升，最终漂浮在水面，一般 情况下，导管架的“小头”略高出水面。 图4 所示出典型的导管架滑移下水过程。 图1 2 导管架下水过程 f i g 1 2 t h e l a u n c h i n g p r o c e s s o f j a c k e t p l a t f o r m 1 ，4 导管架下水系统中各部分的作用 一、下水驳船： 能够承担导管架下水作业的驳船称为下水驳船，下水驳船有别于普通驳船的关键 技术就是有一套能够使所运输的导管架从驳船上滑下水的特殊结构、设施、装备等等， 以此来保证导管架在下水过程中驳船有足够的稳性和安全。从船体结构上，下水驳的甲 导管架下水技术 板上除了有两条钢质滑道外，在船尾处还设有两个与滑道等宽，等高并且等间距的摇臂， 摇臂的长度一般为8 2 2 m ，它是靠设在船尾的两个销轴支撑，并可以绕轴转动。摇臂在 导管架下水前作为滑道的延长段，在导管架翻转的过程中又作为导管架的支撑，能有 效地缓和导管架的受力状态。导管架入水后，摇臂呈竖直状态与船上滑道呈9 0 0 ，而后 可用绞车将摇臂拉回初始位置。但由于导管架滑靴的间距不同，摇臂支点的位置也要随 之改变。船艉结构要能够承受整个导管架下水前的瞬时集中荷载作用，要有足够的强 度。由于上述荷载对船体产生巨大的弯距，对船体的总纵强度要求相当高。导管架下水 过程是一个复杂的过程，下水驳船的稳性状况与导管架的大小、调压载后驳船的初始纵 倾角度、滑道的摩擦系数以及作业海域的环境条件等因素有关，在这一过程中船体要有 足够的动稳性。 二、拖拉系统： 为下水驳设计的拖拉系统应具有两种功能，一种是将导管架拖拉滑移装上下水驳： 另一种是当下水驳将导管架运输到施工海域后，再由拖拉系统推动( 或反向拉动) 导管 架向船艉移动，直到导管架能够靠重力自由滑动为止。满足该项作业要求的拖拉设备有 两种： ( 1 ) 滚筒绞车和滑轮组系统：由于该系统必须满足既能将导管架拉上船，也能把导 管架拖下水，因此船上必须设有反拖时的反弯点和导向滑轮，设计两套滑轮组联接方 案，一套为正向( 从船尾到船头) 滑轮组联接方案将导管架由码头拖上船：另一套为反 向滑轮组联接方案( 从船头到船尾) 将导管架拉下水。也就是当导管架上船后，必须重 新联接滑轮组使之改变方向，为导管架下水做好准备 ( 2 ) 液压推进器：液压推进器主要是由液压夹紧装置和液压油缸组成，其工作原理 是：液压夹紧装置在高压油的作用下，使液压夹紧装置与钢滑道夹紧固定，然后推动 油缸左腔进入高压油，使油缸推杆右移，由于推杆的一端与导管架相连因而推动导管 架向右移动。推杆移到头后，高压油阀关闭同时液压夹紧装置放松，油缸右腔进入低压 油，使推杆收回并带动夹紧装置右移回到初始状态，如此往复循环直到将导管架送到 指定位置。它的最大优点就是，推拉转换方便，工艺简单，省时省力，施工安全。 三、驳船压载系统：采用下水驳运载深水导管架的过程一般分为两个阶段，导管 架滑移装船和滑移下水阶段，要求驳船必须具备一定的压排载能力和必要的压排载设 备，以此来调节驳船的吃水、横倾和纵倾，使其满足上述两个阶段各种工况不同受力状 态对驳船浮态的要求： ( 1 ) 导管架滑移装船 大连理工大学硕士学位论文 主要受两个条件制约：潮汐变化和压在驳船上的荷载变化。由于驳船随潮汐不停地 做升降运动，造成了它与码头面之间的垂向相对运动。在导管架滑移上船过程中，其作 用于驳船上的荷载大小，纵向重心位置都在不断变化，且某些导管架有较大的横向偏心， 从而造成了驳船浮态的不断交化。为抵消潮汐及荷载运动对驳船状态的不利影响，在装 船前须对驳船的调载能力、潮汐变化范围及速度、导管架重量分布等情况进行分析，拟 定滑移调载作业程序，计算出导管架在滑移过程中任一调载位置时相对于各个可能潮 位的一整套驳船调载数据，以保持驳船滑道面与码头滑道面处于同一水平面上，确保 导管架结构、码头前沿结构、滑靴和驳船船体结构的安全。 ( 2 ) 导管架滑下水 在完成了导管架的海上运输到达预定海域后，切除所有的海上固定支撑，进行驳 船压载使其产生一定艉倾，用设在驳船上的拖拉系统推动导管架慢慢向船尾移动，当 导管架开始自滑时，拖拉系统自动脱钩，随着导管架的重心离船尾越来越近，驳船的 艉倾越来越大，当导管架离开驳船的瞬间，驳船将产生巨大的跳动，由艉倾改为艏倾 并向前冲出很远距离，而后再将驳船调载成正常状态。 1 5 滑移下水分析与方案的设计 海上施工过程被认为是可控的过程。施工分析的目的就是通过详细模拟分析得出最 佳的施工方式和过程，并保证旌工过程安全。导管架滑移下水分析是为了预测和选择其 最佳的下水过程。从而保证导管架和驳船在下水过程中的安全，并筛选出此过程中最不 利的工况进行结构强度校核。 首先，对驳船进行压载，使其达到一定的纵倾角，然后用液压缸或绞车推动导管架 使其能够靠自重滑移，最后通过摇臂滑入水中。压载水的设计与选择是整个过程的第一 步，也是整个过程最关键的环节，它将影响以下方面：导管架是否以安全的方式脱离摇 臂、导管架最大入水深度、导管架水平杆收到的最大拍击速度、摇臂的强度、驳船的总 纵强度、驳船最大浸没深度和最大倾角、导管架和驳船在下水过程中和最终的漂浮位置 是否稳定。所以说调载布置的好坏将直接影响导管架下水的成功与失败。 我们选择不同的调载量和布嚣，然后对每一种方案进行参数分析、过程模拟分析和 结构强度分析以及相关附件的设计，最后通过对上述结果的分析来优化下水过程，确定 预定的下水参数，选择最佳的调载布置方案。 本文以一艘8 0 0 0 吨驳船运输1 2 7 米高的导管架下水为例。驳船和导管架的要素如以： 驳船要素： 总长 1 5 3 5 5 m 垂线问长1 4 2 o m船宽 3 6 o m 导管架下水技术 型深9 7 5 m运输吃水4 5 m 设计吃水 7 3 6 m 重心位置x = 6 8 5 3 m y = 0 0 1 m z = 5 4 5 m 空船重量8 9 9 0 8 t龙骨板厚 0 0 2 m 甲板板厚 o 0 2 m 平均板厚0 0 2 m滑道距离甲板1 8 0 m舭龙骨面积2 6 2 5 掰 图1 3 为驳船各舱室的示意图，包括俯视图和主视图。泵舱在船中，中间的p i p e t u n n e l 为管道主干，主要是将泵抽进来的海水向舱室中输送。 陟xx巢 k 一 峙 | 1 l ” 卢弋i 弋 海 一) 阳( p 嘤型多 俯视图 侧视图 图1 3 驳船各舱室示意图 f i g 1 3t h es k e t c hm a po f t h ec a b i no f b a r g e 导管架要素： 顶部尺寸长宽= 4 7 5 m 1 7 5 m底部尺寸长宽= 7 8 r e x 4 8 m 导管架高度1 2 7 m导管架重8 0 6 0 t 导管架排水量8 9 9 3 t导管架重心( v c g ) 1 8 1 2 0 0 m 导管架在驳船上距尾垂线( l c g ) 7 3 5 m 下水作业条件( 最大环境下水工况数据) ： 有义波高l ，5 m波浪周期8 0 9 0 s流速( 表面) 0 9 2 0 n 仇 最大纵倾l o o最大结构吃水2 1 ，i m ( 尾垂线处) 我们设计了6 种驳船调配载量情况的方案，如表1 1 所表示。由于导管架是由船尾 滑入水中，所以我们将对船中至船尾的5 、6 ，7 、8 舱进行调配载，使驳船能够产生不 同程度的尾倾。本文以其中的一种方案( 第三种方案) 为例对下水过程中导管架的运动 轨迹、驳船的总纵强度、摇臂的结构强度以及驳船的运动等这几个方面进行计算和分析， 对各参数进行优化，从而选取最佳方案。在表1 1 中，p 和s 为p o r t s i d e 和s t a r b o a r d 的 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 缩写，p c 和s c 为p o r t s i d ec e n t e r 和s t a r b o a r dc e n t e r 的缩写，p u m p 为泵舱。5 号舱 的两个舱的舱容5 p 和5 s 均为1 7 1 6 8 朋3 ，6 p 和6 s 的舱容为1 7 2 1 ，l 埘3 ，6 c p 和6 s c 的舱 容为1 2 9 6 5 m 3 ，7 p 和7 s 的舱容为1 7 1 7 9 m 3 ，7 p c 和7 的舱容为1 2 9 6 5 m 3 ，8 p 和8 s 的舱容为1 5 5 3 1m 3 , 8 p c 和8 s c 的舱容为1 5 7 0 8 m 3 。在下面几章中，我们将对整个下水 过程进行具体的计算和分析。 表1 1 六种方案的注水比例表 t a b 1 1t h ef i g u r eo f t h ep r o p o r t i o no f a f f u s i o no f e a c hp l a n c 8 5 e l8765 p 6 蹦 5 5 4 删 7 p c 6 8 9 65 5 4 0 9 6 p u m p s c6 8 5 5 4 0 p u m p s6 8 9 i5 5 4 0 7 第一种方案的注水比例 c a s e 38765 p7 5 6 2 5 8 1 0 p c 7 5 6 2 5 8 p u m p s c7 5 6 2 5 8 p u m p s7 5 6 2 5 8 1 0 第三种方案的注水比例 c a s e 58765 p 8 5 7 5 6 5 1 0 p c 8 5 7 5 6 5 p u m p s c8 5 7 5 6 5 p u m p s8 5 7 5 6 5 1 0 第五种方案的注水比例 c a s e 28765 p 7 2 6 0 5 0 1 0 p c7 2 6 0 5 0 p u m p s c 7 2 6 傩5 0 p u m p s7 2 6 0 5 0 1 0 第二种方案的注水比例 c a s e 4876 5 p 8 0 7 0 6 2 1 0 p c 8 0 9 67 0 6 2 p u m p s c8 0 7 0 6 2 p u m p s8 0 7 0 6 2 1 0 $ 第四种方案的注水比例 c a s e 68765 p 9 2 8 0 5 1 1 5 嚣 p c 9 2 8 0 5 1 p u m p s c9 2 8 0 5 1 p u m p s9 2 8 0 5 1 1 5 第六种方案的注水比例 导管架下水技术 2 导管架下水轨迹与受力的计算分析 我们对导管架下水的分析是模拟导管架和驳船在下水过程中的运动状态，从而对导 管架与驳船，导管架与海底的安全距离、导管架脱离摇臂的安全方式以及驳船的吃水深 度和纵倾角等方面进行预测和分析。从导管架完全支撑在驳船上到导管架离开驳船为止， 每一时刻驳船的浮态和导管架与驳船的相互作用的大小及方式都是不断变化的，所以我 们首先对驳船的浮态进行分析。 2 1 驳船浮态的计算 当注入压载水后，驳船将产生尾倾。随着导管架不断地向船尾滑移，驳船的重心和 浮心的位置、纵倾焦以及首吃水、尾吃水和平均吃水都将发生不断的变化，我们必须计 算出下水过程中每一时刻驳船的浮态才能对其进行更好地分析。图2 1 所示为驳船的浮 态图。 i l i v 卜前疋 g 飞套 一峪 b 0 j 图2 1 驳船浮态图 f i g 2 1t h ef l o a t i n gs t a t u so f b a r g e 在此，我们以导管架完全支撑在驳船上的这一时刻为例进行计算，其浮态的计算如 下所示。 1 、驳船的重心位置的计算 船舶总重量是船上各项重量的总和。若己知各个项目的重量形，则船舶总重量可 按下式求得 形= 磁+ + 暇+ + 呒= 形 ( 2 1 ) l - i 式中：n 一组成船舶总重量的各个重量项目的数目。 大连理工大学硕士学位论文 若已知各项重量彤的重心位置( 坐标值为而、乃、五) ，则船舶的重心位置( 、 ) 可按下式求得： 形薯彬片形弓 轳蔷驴蔷铲蔷形形形 在本文中，总重量为2 9 2 9 9 1 5 5 t ，总纵向力矩为5 0 4 4 2 2 ( t ，n 1 ) ， 形 ( 2 2 ) 所以船的总重心距 中= 总纵向力矩总重量t = 鼍一一1 7 3 7 7 9 m 。 窆形 ，1 2 、驳船的浮心位置的计算 首先应该进行静水平衡计算，以确定驳船在静水中的首尾吃水。当确定了驳船纵倾 后的第一次近似首尾吃水后，利用邦戎曲线求出对应于该吃水线时的浮力曲线，同时计 算出总浮力及浮心纵向坐标的第一次近似计算值。若求得的这两个数值不满足精度要求 时，则应作第二次近似计算。一般来说，平衡计算一直要进行到满足精度要求为止。表 2 1 为浮力、浮心的计算表。 表2 1 浮力、浮心的计算 t a b 2 1t h ec a l c u l a t i o no f b u o y a n c ya n db u o y a n c yc e n t e r 理力第一次近似第二次近似 理 浸水面积 论臂 浸水面积面积矩函数浸水面积 面积矩函数成对和 站距浮力 论 站乘 ( k n )站 号 数 ( 所2 )( m 2 )( m 2 )( 研2 ) ( 肼2 ) 距 l23456789 o- 1 03 2 5- 3 2 5 03 2 53 2 5 0 l- - 93 4 5- 3 1 0 53 4 53 1 0 56 7 02 3 8 9 2 0 30 - 1 2 - 83 5 1- 2 8 0 83 5 12 8 0 86 9 62 4 8 1 9 1 9i - 2 3- 73 4 2 6 2 1 52 3 9 8 3 53 0 9 1 9 5- 2 1 6 4 3 76 6 0 1 9 52 3 5 4 2 3 92 3 4- 63 2 3 0 1 9- 1 9 3 8 1 12 9 4 2 6 4- 1 7 6 5 5 8 6 0 3 4 5 92 1 5 1 9 2 3 - 4 5- 53 0 3 4 1 6 51 5 1 7 0 82 7 9 3 3 3- 1 3 9 6 6 75 7 3 5 9 72 0 4 5 4 3 34 - 5 6- 4 2 8 3 8 1 4 - 1 1 3 5 2 62 6 4 4 0 2- 1 0 5 7 6 15 4 3 7 3 51 9 3 8 9 4 55 - 6 7 32 6 4 2 1 1 5- 7 9 2 6 3 42 4 9 4 7 1- 7 4 8 4 1 35 1 3 8 7 31 8 3 2 4 5 85 - 7 导管架下水技术 8- 22 4 4 6 0 94 8 9 2 1 82 3 4 5 4- 4 6 9 0 84 8 4 0 1 11 7 2 5 9 7 17 8 9- 12 2 5 0 0 6 5 2 2 5 0 0 72 1 9 6 0 9- 2 1 9 6 0 94 5 4 1 4 91 6 1 9 4 8 48 - 9 1 002 0 5 4 0 402 0 4 6 7 804 2 4 2 8 71 5 1 2 9 9 79 - 1 0 1 111 8 5 8 0 1 51 8 5 8 0 1 51 8 9 7 4 71 8 9 7 4 7 3 9 4 4 2 51 4 0 6 5 1 l o 一1 l 1 2 21 6 6 1 9 93 3 2 3 9 81 7 4 8 1 63 4 9 6 3 23 6 4 5 6 31 3 0 0 0 2 31 1 1 2 1 331 4 6 5 9 6 54 3 9 7 8 9 61 5 9 8 8 54 7 9 6 5 53 3 4 7 0 11 1 9 3 5 3 51 2 - 1 3 1 4 41 2 6 9 9 4 5 0 7 9 7 6 11 4 4 9 5 45 7 9 8 1 6 3 0 4 8 3 91 0 8 7 0 4 81 3 1 4 1 551 0 7 3 9 1 55 3 6 9 5 7 71 3 0 0 2 36 5 0 1 1 52 7 4 。9 7 79 8 0 5 6 1 i1 4 1 5 1 668 7 7 8 9 0 56 2 6 7 3 4 31 1 5 0 9 26 9 0 5 5 22 4 5 1 1 58 7 4 0 7 41 5 - 1 6 1 776 8 1 8 6 5 54 7 7 3 0 5 91 0 0 1 6 17 0 1 1 2 7 2 1 5 2 5 37 6 7 5 8 6 81 6 - 1 7 1 884 8 5 8 4 0 63 8 8 6 7 2 58 5 2 36 8 l 8 41 8 5 3 9 16 6 1 0 9 9 71 7 - 1 8 1 992 8 9 8 1 5 72 6 0 8 3 4 17 0 2 9 96 3 2 6 9 11 5 6 6 2 95 6 4 5 1 2 51 8 - 1 9 2 01 09 3 7 9 0 7 49 3 7 9 0 7 45 5 3 6 85 5 3 6 8 1 2 5 6 6 74 4 8 1 2 5 41 9 - 2 0 4 1 8 9 0 0 5- 1 3 9 0 8 44 1 1 1 8 8 3- 1 0 1 1 5 54 1 1 1 8 8 32 9 3 2 5 7 4 彀胎在静水甲- v 衡位置的确足 ( 1 ) 第一次近似计算 首吃水：d f l = 元+ 生产呜一_ ) = o 2 6 m 尾吃水： 以。= 一( i l + x ) t a n 6 = 1 1 1 5 m 浮力： 旦= p g 址3 = 2 9 8 7 5 7 7 k n 浮心躲铲址琶吃1 3 m ( 2 ) 第二次近似计算 首喊咖”等畸一x ) t a n 9 = 1 5 3 8 m 尾毗d a 2 - = ”等一呜+ x s ) t a n 0 = 9 8 3 3 m 浮力： 垦= 昭址5 = 2 9 3 2 5 7 4 k n 浮心纵标：2 2 甓_ - 1 7 4 6 6 5 m 其中，矿驳船加压载水的总重量删) 一l o 大连理工大学硕士学位论文 曰驳船的所受到的浮力o z 水线面面积( 川2 ) 口驳船的纵倾角( o ) 厶驳船的平均吃水 d ，驳船的首吃水( m ) 幺驳船的尾吃水 驳船的重心距船中的距离 而驳船的浮心距船中的距离( m ) x ，驳船的漂心距船中的距离 上驳船的船长( m ) 列的求和 精度检查： = o 0 9 0 1 ， = 0 0 6 b ( x ) 时，q ( x ) 为正值，并画在纵向坐标轴的上方，反之为负，画 在纵向坐标轴的下方。如图所示 a ) 0仉，。胁 图3 4 载荷曲线示意图 f i g 3 , 4t h es k e t c hm a po f t h ec 1 t r v eo f l o a d 四、静水剪力、弯矩曲线 船体梁在静水中所受到的剪力和弯矩沿船长分布状况的曲线分别称为静水剪力曲 线和静水弯矩曲线。作用在船体梁任意剖面上的静水剪力和弯矩用下式计算： 虬= 一【a b ( x ) d x m = n 西：= j ：q , ( x ) d x d x 式中吼( 功静水载荷，吼( x ) = p ( ) ( ) 吃( ； p ( x 卜计算工况的重量曲线； 以( 功计算工况的静水浮力曲线。 由于计算误差的累积，使得自由端剪力和弯矩为零的条件一般很难达到。般计算 的精度要求是： 导管架下水技术 茎0 0 2 5 ：0 0 5 式中i 。是最大( 绝对值) 静水剪力， t 。是最大( 绝对值) 静水弯矩。此时，端 点的不封闭值只须用一根直线把剪力曲线和弯矩曲线封闭起来，并对各理论站的剪力和 弯矩按线性比例关系进行修正就可以了。 五、静波浪剪力和弯矩的计算 船舶由静水进入波浪时，重量曲线p ( x ) 并未变化，但水线面发生了变化，从而导致 浮力的重新分布。波浪下浮力曲线相对静水状态的浮力增量是引起静波浪剪力和弯矩的 载荷。由此可知，静波浪弯矩与船型、波浪要素以及船舶与波浪的相对位置有关。 静波浪剪力和弯矩由下式计算： k n = 一i 6 ( 功出 o ( 3 6 ) 帆= j 以( x ) d x = 一jj 出( x ) 触 式中6 ( 功是船舶在波浪中的浮力曲线相对于静水面的变化量。应按下式计算a b ( x ) ： 警12 粤一粤= p g a f ( x ) ( 3 7 ) a f ( 力= e ( x ) 一c o ) 式中p 水的密度： r 重力加速度； 丸o ) 船舶在波浪中的浮力曲线5 吃( x ) 船舶在静水中的浮力曲线； e ( 功船舶在波浪上各理论战横剖面的浸水面积； e ( 力船舶在静水中各理论战横剖面的浸水面积。 船舶由静水进入波浪，其浮态会发生变化。由此可见，为求静波浪剪力和弯矩，首 先必须确定船舶在波浪上的平衡位置。 确定船舶在波浪上平衡位置的方法一般有逐步近似法和直接法两种。逐步近似法一 般适用于小型船舶、内河船舶或军舰等，本文采用的是直接法。直接法是由麦卡尔提出 的，故亦称麦卡尔法。该方法是利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位置。 六、总纵弯矩 大连理工大学硕士学位论文 船舶在同一计算状态下，静水弯矩和静波浪弯矩的代数和，称为总纵弯矩，即 肘( = m a x ) + 以( 力 该弯矩的最大值就作为校核总纵强度的计算弯矩。 3 1 3 具体算例 根据上- d , 节的理论，我们将以纵倾角为3 3 4 度时的情况为例进行计算和分析。 一、静水剪力、弯矩的计算 表3 1 为静水剪力、弯矩计算表。 表3 ，1 静水剪力、弯矩的计算 t a b 3 1t h ec a l c u l a t i o no f s h e a r i n gf o r c ea n db e n d i n gm o m e n to f s t a t i o m r yw a t e r 理论站间重量站阅浮力站间载荷 自上而 修正值剪力值弯矩值理论 下和 站距( k n )( k n ) ( k n )( 1 c n )( k n )( 1 【n m )站号 ( k n ) ( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )( 5 )( 6 )( 7 )( 8 )( 9 ) 0o0oo 0 - 12 4 8 6 5 62 3 8 9 2 09 7 3 69 7 3 6- 1 3 39 8 6 93 5 0 3 61 1 - 22 5 3 6 5 22 4 8 1 9 25 4 6 i1 5 1 9 7- 2 6 61 5 4 6 31 2 4 9 6 52 2 - 32 3 7 3 6 52 3 5 4 2 41 9 4 11 7 1 3 83 9 91 7 5 3 72 4 2 1 1 53 3 - 42 2 3 1 3 32 1 5 1 9 z7 9 4 12 5 0 7 95 3 32 5 6 1 2 3 9 5 2 9 3 4 4 - 52 2 5 3 8 82 0 4 5 4 32 0 8 4 54 5 9 2 4- 6 6 64 6 5 9 06 5 1 6 0 85 5 62 2 0 3 8 61 9 3 8 9 52 6 4 9 27 2 4 1 6- 7 9 97 3 2 1 ，51 0 7 6 9 1 46 6 - 72 2 2 6 3 21 8 3 2 4 63 9 3 8 61 1 1 8 0 2- 9 3 21 1 2 7 3 41 7 3 7 0 3 2 7 7 - 81 6 3 7 6 21 7 2 5 9 7- 8 8 3 51 0 2 9 6 7- 1 0 6 51 0 4 0 3 22 5 0 6 5 5 08 8 - 9 1 0 2 6 0 1 1 6 1 9 4 8- 5 9 3 4 74 3 6 2 01 1 9 84 4 8 1 8 3 0 3 4 9 6 7 g 9 - 1 01 0 7 1 1 7 1 5 1 3 0 0- 4 4 1 8 2- 5 6 3- 1 3 3 27 6 9 3 1 9 6 8 0 21 0 l o l l9 5 5 5 51 4 0 6 5 1- 4 5 0 9 6- 4 5 6 5 9- 1 4 6 5- 4 4 1 9 43 0 4 2 6 4 3l l 1 1 - 1 2 1 0 0 1 1 3 1 3 0 0 0 2- 2 9 8 8 9 - 7 5 5 4 8 - 1 5 9 8- 7 3 9 5 02 6 2 3 2 3 1 1 2 1 2 - 1 31 0 2 3 9 81 1 9 3 5 41 6 9 5 5- 9 2 5 0 3- 1 7 3 i- 9 0 7 7 22 0 3 8 4 6 61 3 1 3 - 1 41 0 6 8 4 51 0 8 7 0 5- 1 8 5 99 4 3 6 3- 1 8 6 4- 9 2 4 9 91 3 8 7 8 5 4 1 4 1 4 - 1 51 0 9 3 1 79 8 0 5 61 1 2 6 1- 8 3 1 0 2- 1 9 9 7- 8 1 1 0 4 7 7 1 5 6 41 5 1 5 - 1 61 1 3 5 0 28 7 4 0 72 6 0 9 4- 5 7 0 0 82 1 3 1- 5 4 8 7 72 8 8 8 3 01 6 1 6 - 1 71 1 6 4 9 87 6 7 5 93 9 7 4 0- 1 7 2 6 8- 2 2 6 4- 1 5 0 0 4 4 0 7 5 21 7 1 7 - 1 87 5 7 8 58 6 1 1 。09 6 7 5- 7 5 9 2- 2 3 9 7- 5 1 9 6- 3 0 9 5 71 8 1 8 - 1 96 4 0 4 35 5 4 6 18 5 8 29 8 9- 2 5 3 0 3 5 1 9- 3 6 9 0 7 1 9 1 9 - 2 04 1 1 6 04 4 8 1 3- 3 6 5 3 - 2 6 6 3 - 2 6 6 30 0- 2 4 4 1 32 0 导管架下水技术 准确度：弯矩m _ ( 2 0 ) ：0 9 7 5 ，以上结果满足精度要求。 肘m “ 二、静波浪弯矩的计算 1 、船舶在波浪平衡位置的确定 本文用麦卡尔法计算船舶在波浪上( 波峰在船中) 的平衡位置。取首吃水 1 5 3 9 m 、尾吃水9 8 3 3 m 作为波轴线，按波峰在船中，量取各站浸水面积e ，再取 占= 一l m ，即波轴线向下移动l m ，量取各站浸水面积b ，按表3 2 进行计算。 表3 2 静波浪漫水面积的计算 t a b 3 2t h ec a l c u l a t i o no f t h ei n u n d a t e da r e a so f t h es t a t i o n a r yw a v e 理力 以静水线 移轴后的 论臂 为波轴线 ( 黾一) 站乘 的浸水面 i 浸水面积 f ( 一) i 2 ( 一只。) 号数积巳 ( 1 ) ( 2 ) 舀 ( 4 ) 一( 2 ) ( 埘2 ) ( 1 ) ( 5 ) ( 1 ) x ( 6 ) i ( 棚2 ) ( 埘2 ) ( 1 ) ( 2 ) ( 3 )( 4 )( 5 )( 6 ) ( 7 ) 03 2 5 0 00 0 03 1 7 9 9- 2 0oo l 3 4 5 0 0 3 4 5 0 0 3 0 3 0 6 - 2 4 2 4 - 2 4 23 5 1 0 07 0 2 0 02 8 8 1 32 7巧4- 1 0 8 33 0 9 2 09 2 7 5 92 7 3 2 0- 3 0- 9 0- 2 7 0 4 2 9 4 2 6 1 1 7 7 0 6 2 5 8 2 6 - 3 3 - 1 3 25 2 8 52 7 9 3 31 3 9 6 6 72 4 3 3 3- 3 6- 1 8 0- 9 0 0 6 2 6 4 4 0 1 5 8 6 4 1 2 2 8 4 0 - 3 6 2 1 6- 1 2 9 6 72 4 9 4 71 7 4 6 3 02 1 3 4 7- 3 6- 2 5 2- 1 7 6 4 82 3 4 5 41 8 7 6 。3 21 9 8 5 4- 3 6 - 2 8 8 2 3 0 4 9 2 1 9 6 1 1 9 7 6 4 8 1 8 3 6 1 - 3