框架式简易整平平台的设计应用.doc

框架式简易整平平台的设计应用韩其新(北海船厂)提 要 本文介绍了一种用于长江口水域治理的新型整平平台。该平台具有在水深29米、风力6级、流速2.8m/s、波高1.2米的工况下，通过调配载实现坐底、抛石筑坝、整平、自浮、移位的功能。文中就该平台的设计条件、主要技术参数、设计载荷的选取、载荷的组合情况、平台的稳性及其使用条件作了说明。该平台具有结构简单、造价低的特点，已于1999年交付使用，整平效率明显高于其它同类设施，各项性能指标均满足设计和使用要求。Summary This paper presents a new type leveling-platform to be used for harnessing an estuary of the yangtze-river. The leveling-platform has some functions of floating and bottom-supported and riprap and leveling and shifting as the environmental condition is as follows. The water depth of working is in two meter to mine meter and the wind force is less than six scale of Beaufort wind and the flow velocity is less than 2.8m/s and the wave-height is lower than 1.2 meter. The paper describes the design environmental conditions, principal particulars, alternative design load, loading combination, stability and service conditions of the platform. The platform is simply construction and cost effective design. It is to be put into service in 1999. It has a high efficiency of leveling as compared with similar devices. All of the performance indexes are to the satisfaction of the design and operational requirements. 关键词 框架式 简易 整平平台1 前 言长江口航道疏浚工程属国家“九五”重点工程项目，一航局航务二公司为该工程的主要施工单位之一。为确保工程质量、进度、效益和安全，急需一座特殊形式的整平平台，以满足施工过程中漂浮、移位、坐底、抛石整平、上浮、再漂移的要求。我厂受航务二公司的委托承接了该平台的设计研究和制造任务。我厂技术人员在深入细致地调研、论证的基础上，进行了必要的试验，从而较好地解决了诸多技术难题，寻求到较为合理的设计方案，设计出了既满足施工要求，又高效、低价的简易整平平台。该整平平台于1998年8月完成设计，1999年初建成并交付使用后，整平效率明显高于其他同类设施，各项性能指标均满足设计要求。 2 设计条件和主要技术参数1工作条件服务水域： 长江口水域工作水深： 2.09.0M风力： 6级（按6级突风设计）水流速度： 2.8m/s波高： 1.2M停靠船舶： 2000载重吨驳船2自存条件当风力10级、水深9米、波高2.8米时，平台能就地抛锚抗风；当风力10级、波高2.8米时，平台拖至异地坐底抗风；平台性能满足二类航区拖航。3主要技术参数总长： 57.0M型宽： 25.0M艏艉楼型深： 12.0M片体型宽： 4.5M片体型深： 5.0M满载吃水： 3.5M轻载吃水： 2.6M内开口尺寸： 42.0M16.0M作业水深： 2.09.0M石料舱容积： 400M3主调载泵排量： 480m3/h2台(双向)辅调载泵排量： 192m3/h2台(双向)克令吊： 2台，15T22M整平机： 1台锚机： 3台，35T船员： 40人坐底压力： 4t /m2，线负荷6t / m3 设计载荷及荷载组合该平台受风、浪、流、载荷及停靠船舶系缆力的共同作用，现将所受诸力作简要分析：1风载荷（1）整平平台自身所受载荷的大小同平台水线以上高度、平台水线上形状系数、受风面面积成正比关系。（2）停靠船舶产生的风成系缆力的大小随着风向与船舶纵轴的夹角的变化而变化；该力同系缆柱数量、停靠船所受的风压力、系船缆的水平投影与平台纵向沿线的夹角有关。2水流载荷（1）整平平台自身所受的水流力同水流速度的平方成正比；同水流系数（随平台水下的形状、水深的变化而变化）成正比；同平台与水流方向垂直平面上的投影面积成正比；同水的密度成正比。（2）停靠船舶引起的系缆力的大小同水流速的平方成正比；同船舶浸水面积成正比；同水的密度成正比；同船型、系缆柱数量及水的流向紧密相关。3波浪载荷计算考虑到平台同停靠船舶的相对位置，设计时仅就平台所受波浪载荷进行了计算。（1）当平台工作吃水d=2.85.2m时，作用在平台的单位长度上的总波浪力为： (H+ hs+ d1)( Pb+rd1)-rd12 P= 2（2）当平台工作吃水d=5.29.2m时，作用在平台的单位长度上的总波浪力为： H2 H sinhK(d - d1)P=r + tanhkd - 2 K coshKd（3）平台的单位长度上的波浪浮托力为： bPu = Pb 2式中：hs立波的波浪中线超出静水面高度；Pb平台底部的波浪压强；H波高；r水重度；K波数；d平台工作水深；d1平台吃水；b平台底部宽度。 4载荷汇总表（见表1） 5设计载荷的几种组合在此就平台各工况的载荷组合作简要说明。 （1）整平平台拖航工况：二类航区轻载吃水2.6M，风、浪、流共同作用。 （2）平台坐底整平工况：工作吃水2.09.0M，风、浪、流共同作用；且风、浪、流方向各异。 （3）平台坐底整平停靠船舶：工作吃水4.09.0M，风、浪、流共同作用；船舶系缆。 （4）平台自存工况：风力10级、水深9米、波高2.8米时，坐底抛锚抗风。 （5）平台避台工况：水深4米、波高4米、坐底、顺风顺流、抛锚、拖离工作区。4 稳性设计该平台的稳性主要分为漂浮状态的完整稳性和坐底状态的稳性两类。下面将对以上两类状态的稳性计算加以说明并提供稳性总结表。1平台漂浮状态各工况完整稳性，按有关规范进行计算，结果见稳性总结表（见表2）2平台的坐底稳性 （1）平台的倾覆力矩及抗倾覆力矩。平台的倾覆力矩包括风压倾覆力矩、波浪倾覆力矩和波浪浮托力引起的倾覆力矩。该平台坐底所需的最小坐底重量为928T，最大允许坐底重量为1368T，其抗倾覆力矩为11600TM 17600TM。（2）平台的滑移力和抗滑移力。该平台工作时，坐于4条300mm的砂肋上，经试验钢板同砂肋间的摩擦系数=0.4，平台底同砂肋间的摩擦力即为抗滑阻力，砂肋的承载力为1368吨，故最大抗滑阻力为547.2吨。（3）平台的坐底稳性总结表（见表3）3平台操作指南因该平台各工况受力较复杂，为操作安全可靠，对该平台的各种工况在风、浪、流、停靠船舶共同作用（不同组合方式）下，进行负载计算，以确定极限负荷，制订调配载表，提供平台的适应条件和环境，既要满足坐底稳性，又要确保底部砂肋所受的线负荷在允许的范围内，通过采用强力进排水的方式加以实现。（1）安全系数n=1.4当水流方向与平台纵轴的夹角=0020，工作水深7.0m时，可停靠船，其它状态则不能停靠船；100时，平台自身能坐稳；100时，平台自身不能坐稳。（2）安全系数n=1.2当=0020时,各种工作状态均可靠船; 当=2050时,工作水深6.0m时,可以停靠船; 当50150时,各种工作状态均能保证平台自身坐稳，但不能靠船.。（3）安全系数n=1.1当80时,各种工作状态均可靠船; 当80100时,除工作吃水小于5.0m不能靠船外，其它各工况均可靠船； 当100150时,平台能保证自身坐稳，但不能靠船.。（4）安全系数n=1.0当150时,各种工作状态均可停靠船舶，并确保平台坐稳。5 结构设计及主要设备配置1结构设计该平台为框架船式结构，采用船用钢焊接而成，类似双体船。横向通过艏艉楼连接桥将两片体连在一起，片体为方型剖面、斜舭。两片体同艏艉楼构成长42米、宽16米的内开口，此开口作为整平机作业区，片体上方艏艉楼间为桁架结构，每片体上均设有两个100m3石料备料舱。平台结构设计按有关规范进行，并对其结构采取有限元计算法校核，满足强度要求。2其它系统主要设备配置该整平平台设系泊系统、石料装卸设备、石料整平系统、进排水系统、消防系统、救生系统、供配电系统、监控检测系统、通导系统、照明系统等相应设备。平台配40人的床位和相应消耗品。6 结论 1本简易整平平台适用于水深29米、风力6级、流速2.8m/s水域抛石、筑坝、整平施工。2本简易整平平台坐底稳性，在一定条件下，满足规范要求及施工要求，同时确保坐底时底部砂肋不遭破坏。 3本简易整平平台可坐底、自浮、移位、拖航，拖航稳性满足二类航区要求。4本简易整平平台结构简单、造价低、整平效率高。主要参考文献1顾民权海港工程设计手册1999.42海上移动平台入级与建造规范CCS船级社3顾心怿、马志良等胜利二号步行坐底式钻井平台中国海洋平台1994论文集4框架式整平平台稳性计算书北海船厂船研所 表1 载荷汇总表水深(m)流向a整平平台2000T驳船水平合力F(t)正压力P(t)P=1.4F/波浪浮托力(t)风力(t)流力(t)波浪力(t)风系缆力(t)水流系缆力(t)2.69025.191.1257.815.4090389.41157.6420.6 019.433.1113.13.8169.4677.6420.6 521.639.5135.16.0202.2808.8420.61023.545.6156.17.3232.5930.0420.61525.351.4175.98.6261.21044.8420.63.69022.4126.1272.915.4436.81747.2376.7 018.245.8119.73.851.5256.6350.71402.8376.7 520.154.7143.06.051.7255.6375.81503.2376.71021.963.3165.27.352.3252.7399.91599.6376.71523.471.2186.28.653.3247.8422.91691.6376.75.09018.7175.2300.215.4509.52038315.0 016.663.6131.73.851.5172317.81271.2315.0 518.176.0157.46.051.7171.3353.51414315.01019.687.8181.87.352.3169.4387.81551.2315.01520.998.9204.98.653.3166.1420.81683.2315.06.09017.1182.2278.815.4493.51974.0274.0 015.579.7128.83.851.5149316.61266.4274.0 516.894.5152.66.051.7148.4354.21416.8274.01018.2109.5175.37.352.3146.7391.21564.8274.01519.4123.2196.68.653.3143.9426.11704.4274.07.09015.4189.1257.315.4477.21908.8234.5 014.395.9125.53.851.5126317.11268.4234.5 515.5107.1147.46.051.7125.5350.91403.6234.51016.7131.3168.37.352.3124.1395.91583.6234.51517.8147.5187.88.653.3121.7432.51730234.58.09013.8196.1236.015.4461.31845.2194.0 013.1112.0122.53.851.5102.9319.91279.6194.0 514.3131.6142.66.051.7102.5361.61444.4194.01015.3153161.67.352.3101.3402.51608.8194.01516.3171.7179.48.653.399.4440.71762.8194.09.09012.1203.0189.015.4419.51678155.5 011.9128.1120.13.851.579.7325.31301.2155.5 513.0150.1136.16.051.779.4365.61462.4155.51013.9174.7151.17.352.378.5406.91627.6155.51514.7196164.98.653.377.0444.21776.8155.5 表2 完整稳性总结表漂浮状态轻载加调压载水不加石料轻载加调压载水加石料满载加调压载水不加石料满载加调压载水加石料吃水T=5M吃水T=9M排水量(t)1688.942450.941688.942450.943483.945021.94平均吃水(m)2.613.632.613.635.009.00艏吃水(m)2.6143.6382.6153.645.0029.003艉吃水(m)2.6073.6232.6053.624.9988.