熊偉

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 400000）

已完工的馬爾代夫跨海大橋的施工，為本公司的外?？绾４髽蚴┕しe累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，隨著越來越多的跨海大橋施工要求與施工環(huán)境不同，以及對(duì)成本控制及使用安全的需求，同時(shí)，也是特定國別船機(jī)設(shè)備資源的限制，為了保證項(xiàng)目安全順利施工，采取履帶吊上駁船的特殊施工工藝。

1 履帶吊上駁船可行性施工說明

針對(duì)巴西薩爾瓦多跨海大橋項(xiàng)目所考慮的履帶吊上方駁形成組合方駁方案，進(jìn)行施工窗口期、加固方案分析。

方駁在波浪、風(fēng)、水流等作用下，產(chǎn)生縱搖、橫搖等六自由度運(yùn)動(dòng)，履帶吊在隨方駁同步搖動(dòng)時(shí)，應(yīng)在船舶傾斜下能抵抗船體六自由度運(yùn)動(dòng)引起的慣性力，并不發(fā)生滑移和傾覆。

同時(shí)，履帶吊的接地比壓一般大于船舶甲板設(shè)計(jì)承載力，故考慮通過路基板等形式對(duì)履帶吊進(jìn)行荷載分?jǐn)偂?/p>

履帶吊在方駁上的布置圖，如圖1所示，考慮其通過路基板分?jǐn)偤奢d，路基板位于橫艙壁以及船首橫肋上，項(xiàng)目部考慮的極限工況為18m吊幅和50t吊重。

圖1 履帶吊在3000t方駁上的布置

2 履帶吊上駁船施工基本條件

（1）生存工況波浪條件：H=2m，做加固分析時(shí)，周期取最危險(xiǎn)工況下的周期和浪向角。

（2）作業(yè)工況波浪條件：H=1m，做加固分析時(shí)，周期取最危險(xiǎn)工況下的周期和浪向角。

（3）履帶吊為300t履帶吊，站位規(guī)格參數(shù)13320×3000×3200mm。

（4）船舶基本參數(shù)如表1所示。

表1 船舶基本參數(shù)

3 調(diào)研

調(diào)研國內(nèi)外已有項(xiàng)目案例，具體如圖2所示。

圖2 類似加固案例調(diào)研

除了結(jié)構(gòu)安全外，履帶吊在船舶上作業(yè)時(shí)，由于船舶存在一定的傾角，以及吊物在慣性力下的作用，一般需進(jìn)行性能折減。從《300T履帶起重機(jī)駁船作業(yè)作業(yè)安全研究與應(yīng)用》論文中，可以得出履帶吊吊重折減系數(shù)，在船舶搖擺幅度為1～3度時(shí)，吊重折減系數(shù)為0.9～0.8；在德馬格CC1400 250T起重機(jī)的履帶吊性能參數(shù)表中，指出在1°傾角下，履帶吊負(fù)荷應(yīng)折減15%；在2°傾角下，履帶吊負(fù)荷應(yīng)折減30%。在巴拿馬項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)中，履帶吊在駁船上進(jìn)行起重作業(yè)吊重折減系數(shù)為0.8。

4 工作下靜水浮態(tài)分析

考慮在設(shè)計(jì)吃水下，通過Sesam/Gemie建模，建立模型圖如圖3所示。

圖3 Sesam/Gemie創(chuàng)建模型圖

根據(jù)Sesam/HydroD計(jì)算，18m吊幅和50t吊重下，引起縱傾角約0.49°，橫傾角約0.93°。

5 波浪下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)

計(jì)算方駁屬于大尺度結(jié)構(gòu)物，主要承受波浪的慣性力和繞射力，可采用繞射理論計(jì)算，應(yīng)用三維勢流理論和面元法求解方駁的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及波浪載荷，計(jì)算可得船舶在波浪作用下的橫搖、縱搖值，如圖4、5所示。

圖4 單位波高下的船舶橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)

圖5 單位波高下的船舶縱搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)

6 施工窗口期

根據(jù)馬爾代夫項(xiàng)目實(shí)測數(shù)據(jù)，當(dāng)橫搖幅值大于0.6°或縱搖大于0.7°時(shí)，吊裝作業(yè)完全無法進(jìn)行；當(dāng)橫搖幅值小于0.5°且縱搖幅值小于0.55°時(shí)，起重船可以正常作業(yè)；其他情況視被吊物的重量及安裝精度而定?？紤]到吊裝作業(yè)受工人操作風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)能力影響比較大，同時(shí)樣本點(diǎn)中，更多數(shù)據(jù)集中在0.45°縱搖范圍內(nèi)，故考慮0.45°作為設(shè)備選型的依據(jù)。

根據(jù)Matlab編制的波浪窗口期分析程序，考慮波浪后報(bào)數(shù)據(jù)中大波偏小，在大于1m波高范圍內(nèi)，后報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的頻率較實(shí)測有約5%的誤差，計(jì)算窗口期結(jié)果中將扣除這5%的誤差，以此作為合理的誤差糾正。

分析可得各墩位月平均及年平均的施工波浪窗口期，計(jì)算結(jié)果未考慮因雷雨天氣、節(jié)假日造成的窗口期折減，僅考慮由于波浪引起的窗口期要求。

7 履帶吊在方駁上的荷載分?jǐn)?/h2>

由于履帶吊配重和扒桿長度不同，將導(dǎo)致履帶吊不同的接地比壓，在當(dāng)前項(xiàng)目暫未租賃階段，考慮最長扒桿長度和最大配重進(jìn)行復(fù)核，即在90m扒桿下。

履帶吊總重362.8t，考慮50t吊重，履帶吊輪長10m、輪寬1.22m，則履帶吊接地比壓為：

遠(yuǎn)大于通常該規(guī)格方駁的50～80kPa?？紤]采用2塊12m長×4.58m寬的路基板分?jǐn)偤奢d，路基板自重共40t，則分?jǐn)偤螅奢d為

可以滿足要求。同時(shí)，為了安全起見，履帶吊位于船首橫艙壁及加強(qiáng)肋骨上。

8 履帶吊在方駁上的穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計(jì)

履帶吊在方駁上，一方面，由于船舶在吊物吊重下會(huì)產(chǎn)生傾斜角；另一方面，由于縱橫搖作用下會(huì)產(chǎn)生搖擺角，在兩個(gè)角度疊加下，履帶吊的回復(fù)力矩和抗滑力會(huì)變小。在船舶運(yùn)動(dòng)下，履帶吊和重物會(huì)產(chǎn)生加速度，在慣性力作用下，履帶吊也會(huì)存在更大的滑移力和傾覆力矩。

抗傾覆能力：在工作工況和生存工況中，由于生存工況不存在吊物引起的傾覆力矩，計(jì)算的極端工況屬于工作工況下的最大極限吊裝工況。

通過SESAM計(jì)算，可得出工作海況下重物的重力加速度為0.6m/s2，履帶吊的重力加速度為0.525m/s2，在工作允許海況下，船舶橫搖傾角0.45°，考慮存在起吊后無法安裝的情況，考慮取安全值為1°，由于吊物自重導(dǎo)致的傾角為0.93°。

在船上吊裝運(yùn)動(dòng)時(shí)，起傾覆力矩的重物會(huì)產(chǎn)生一定的加速度，起回復(fù)支撐作用的履帶吊整體也會(huì)產(chǎn)生一定的加速度。最極限的工況是船上履帶吊吊物時(shí)，起回復(fù)作用的履帶吊，其存在向上的加速度，相當(dāng)于存在向上的慣性力，從而折減了回復(fù)力和回復(fù)力矩；而吊物受到向下的加速度，相當(dāng)于吊物自重增加，從而增加了傾覆力矩；與此同時(shí)，由于船舶傾角的影響，導(dǎo)致回復(fù)力臂發(fā)生了折減。

因項(xiàng)目尚處未開工階段，履帶吊選型未定，考慮履帶吊配重在120t～160t，選取回復(fù)力矩更小的120t進(jìn)行計(jì)算，考慮扒桿長度小于或等于72m。則根據(jù)履帶吊性能參數(shù)表，其在平地上的最大回復(fù)力矩為：

考慮其自重約為325t，則履帶吊的回復(fù)力臂約為3.6m。

在慣性加速度的影響下，同時(shí)，船舶共產(chǎn)生傾角1.93°，則可以考慮回復(fù)力臂存在一定折減，則履帶吊回復(fù)力矩為：

而對(duì)于18m吊幅和50t重物而言，由于重物存在0.6m/s2的加速度，由于雙擺共振下，吊物運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，考慮1.2倍的安全系數(shù)，則重物產(chǎn)生的彎矩如下所示：

其中

存在傾覆風(fēng)險(xiǎn)，需額外補(bǔ)充165.8kN×m回復(fù)力矩。

考慮到履帶吊下方已墊有路基板，當(dāng)采用型鋼將履帶吊與路基板連成一體后，路基板相當(dāng)于額外配重，起到了回復(fù)力矩的作用。由于路基板產(chǎn)生的回復(fù)力矩為：

采用工25型鋼，對(duì)履帶吊履帶進(jìn)行限位，當(dāng)施加20t荷載時(shí)，考慮1.5倍的荷載組合，計(jì)算型鋼應(yīng)力162MPa。

考慮斜撐45°夾角，考慮焊腳高度5mm滿焊，滿焊下焊縫長度約為3m。

9 結(jié)語

本文以歷史5年波浪后報(bào)數(shù)據(jù)為參照，計(jì)算了巴西薩爾瓦多跨海大橋300t履帶吊在77m方駁上的施工窗口期、甲板荷載分?jǐn)偤吐膸У醯募庸谭桨?。通過窗口期分析，以馬代0.45°運(yùn)動(dòng)幅度下可施工為標(biāo)準(zhǔn)，該船在各墩位的年平均窗口期在80%以上；履帶吊在方駁上的荷載分?jǐn)偡矫?，擬采用2塊12m長×4.58m寬的路基板分?jǐn)偤奢d；在船舶上加固方面，通過抗傾覆和抗滑移計(jì)算分析，通過左右兩側(cè)6根14t花籃螺栓設(shè)計(jì)，首尾兩側(cè)4根14t花籃螺栓設(shè)計(jì)，花籃螺栓水平夾角約40°，花籃螺栓長度不夠時(shí)，與破斷應(yīng)力49t的鋼絲繩連接，鋼絲繩直徑約30mm，同時(shí)，采用工25型鋼在路基板上固定履帶吊履帶；履帶吊上方駁后，履帶吊性能參數(shù)按80%折減配型；通過以上配置與計(jì)算分析，滿足安全使用要求。計(jì)算分析以履帶吊配重120～160t為依據(jù)，扒桿長度不超過72m為依據(jù)，考慮極限工況為50t×18m進(jìn)行分析；考慮極限生存工況的作業(yè)波高為2m，在2m波高及以上的海況來臨之前，組合浮吊應(yīng)前往錨區(qū)拋錨定位。