崇启大桥钢箱梁吊装船舶锚缆系统设计.doc

1、崇启大桥钢箱梁吊装船舶锚缆系统设计摘要：崇启大桥主桥大节段钢箱梁的重量及长度均居国内首位，采用两艘大型起重船抬吊，大桥位于长江入海口，环境条件恶劣，合理的船舶锚泊系统的是钢箱梁吊装安全的保证，也是吊装成功的关键。 关键词：大节段钢箱梁起重船抬吊锚缆系统 中图分类号：S611 文献标识码： A 1、概述 1.1 工程概述 崇启大桥主桥跨度为 102+1854+102= 944m，横桥向为左右分离的两幅钢箱梁连续梁桥，钢箱梁为变高等宽断面，箱梁单幅宽 16.1m。 1.2.2 气象、地理及水文条件 大桥处于长江入海口，春夏季主导风向为东南风，秋冬季主导风向为西北风，每年受台风影响月份为 511 月

2、，历年极大风速 26m/s。桥位地处长江下游入海口北汊，河床较为平缓，河床表层多为淤泥质沙土。潮型呈不规则半日潮，潮周期平均为 12 小时 25 分，其落潮时间为 7 小时 31 分，涨潮时间为 4 小时 24 分；涨潮流速大于落潮流速，历年实测最流速为 2.2m/s。 1.3 钢箱梁吊装总体施工工艺 全桥钢箱梁分为 12 个大节段钢箱梁，大节段钢箱梁吊装时，除号节段支撑在两个主墩上外，其余节段均一端支撑在主墩上，另一端则支撑在已装梁段上由启东方向向崇明方向逐段架设。 图 1 钢箱梁分段图 大节段钢箱梁在工厂制作拼装，运梁船运至现场， ，在高潮位平潮时，采用 2 艘起重船抬吊（节段只用振浮 6

3、 号一艘起重船） ，起重船与运梁船均停在上游，先吊装下游幅后吊装上游幅，由北岸向南岸逐段吊装。由于 I#-V#梁的吊装方式都相同，而 II#梁最长最重，后文的船舶锚缆设置都以吊 II 梁为例。 2、锚缆设计与验算 2.1、起重船锚缆设计 由于吊装时起重船和运梁船在同侧，在起重船吊起梁后需两艘起重船同步绞锚将梁移至桥位下落，所以起重船的锚位既要满足起重船停泊时的要求，也要能满足起重船绞锚移动的要求，同时为了保证起重船的同步移动，在两艘起重船之间绑扎了垫档驳船。 图 2 II 梁段吊装锚位图 2.2、水流力计算 2.2.1 起重船水流力计算 起重船采用振浮 5 号,振浮 6 号,船型参数见表 表

4、1-1 振浮 5 号、振浮 6 号船型参数 总长 L（m） 型宽 B（m） 型深 H(m) 起吊梁段后吃水深 T(m) 振浮 5 号(2200t) 94 36 6。8 4。26 振浮 6 号(1600t) 98 38 7。2 3。9 根据港口工程荷载规范 （JTJ-215-1998）附录 E 中的解释，作用于船舶上的水流力受来流方向影响，可能存在摩擦力、形体阻力和兴波力时，不同情况下这三种阻力成分不同。由于起重船处理锚泊状态，兴波阻力可以忽略不计。所以按公路施工手册 桥涵中给出的具体公式计算和规范中的解释比较吻合。 所受水阻力：F=(fsv2+av2)*10-2KN 式中: F：水流力标准值

5、f:摩阻力系数，铁船取 0.17 :阻力系数,流线型取 5,方头型取 10 s:船只浸水面积 s=L(2T+0.85B) a：船只入水部分垂直水流方向的投影面积。a=B*T V:水流速。 L船长（m） ； T船舶吃水（m） ； B船宽（m） ； 振浮 5 号的水流力：F 振 5=134.9KN 振浮 6 号的水流力：F 振 6=134.4KN 2.2.2 垫档船水流力计算 采用振驳 8#、振驳 24#作为垫档船，船型参数见表 1-5。 表 1-5 垫档船船型参数 总长 L（m） 型宽 B（m） 型深 H(m) 起吊梁段后吃水深 T(m) 振驳 8# 80 28 6.5 1.2 振驳 24# 8

6、5 32 7.5 1.3 振驳 8 号、振驳 24 号水流力计算得： F 振驳 8=43.3KN F 振驳 24=52.9KN 2.2.3 起重船+垫档船水流力计算 起重船+垫档船水流力计算得:Fyc =134.9+134.4+43.3+52.9=365.5 kN 23 风载荷计算 2.3.1 起重船风作用力计算 1）振浮 5 号风作用力计算 根据港口工程荷载规范 （JTJ-215-1998）第 10.2 条作用在船舶上的计算风压力分为垂直于船轴线方向的横向分力和平行于船轴线方向的纵向分力 式中: 分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力（kN） 分别为船体水面以上横向和纵向受风面积（m

7、2） ； 分别为设计风速的横向和纵向分量，此处按 7 级风 17.1m/s 计。风压不均匀折减系数，此处取 1。 根据船机资料得振浮 5 号 Axw =1239.3m2 Ayw =830.6m2 振浮 5 号风荷载为：Fyw=119KN Fxw=266.7KN 振浮 5 号 Axw =1440m2 Ayw =1294m2 振浮 6 号风荷载为：Fyw=185.4KN Fxw=309.9KN 2）垫档船风作用力计算 振驳 8#风荷载为： Fyw=21.3KNFxw=91.2KN（按起吊后 1.2 米吃水） 振驳 8#风荷载为： Fyw=28.4KNFxw=113.4KN(按起吊后 1.3 米吃水

8、) 3）一榀 185m 钢箱梁风作用力计算（大节段钢箱梁两端面积小，且为空心，风荷载忽约不计） 纵向受风面积：Ay=1276.5m2Fyw=4910-5AyVy 2=182.9KN 4）振浮 5#+振浮 6#+振驳 8#+振驳 24#编队抬吊钢箱梁风作用力计算 纵向风作用力： Fyw =119kN +185.4kN +21.3kN +28.4KN+182.9kN =537 kN 抬吊钢箱梁时，四条船绑扎一体，船体重叠部分不会受风。 横向受风面积：Axw=2685 m2 横向风作用力：Fxw=73.610-5285617.1 2 =614.6kN 2.4.水流力、风力对振浮 5#+振浮 6#+振

9、驳 8#+振驳 24#编队抬吊钢箱梁时的作用 纵向： F 纵=365.5KN+537 kN=902.5KN 横向： F 横=614.6kN 2.5 锚缆系统验算 （1）振浮 5#，6#锚力计算 振浮 5#，6#采用同种钢丝绳，且抛锚的角度相同(见图 1)，所以锚力计计算相同。锚缆采用一节锚链加钢丝绳的方式，锚采用 7.8 吨海军锚，,钢丝绳采用 48 的 637 公称强度为 1870Mpa 的钢丝绳(破断拉力为 1270KN),抛锚距离为 500 米,锚链为一节长度 27.5m 的 62 的锚链。 按港口工程施工手册中的估算公式 锚系留力 P=W1Ha+W Hc L1 式中：W1锚重，取 78

10、00 kg Ha锚的抓重比，淤泥取 2.5 W每米锚链重，62 为 132.5kg/m Hc锚链摩擦系数，取 1.3 L1锚链卧底长度,取 27.5m P=(78002.5+132.51.327.5) 9.8=237.5KN 钢丝绳安全系数：n=1270/237.5=5.3,故钢丝绳的选用满足要求！ 退潮上游侧锚力验算： (sin85+sin70+sin50)P2 =2.702237.52=1283.4KN902.5KN 涨潮下游侧锚力验算 (sin5+sin50+ sin28+sin78+sin90)P2 =3.3237.52=1567.8KN1082.4KN 横向锚力验算: ( cos5+

11、 cos 85+ cos 70+ cos 50)P2=2.068237.52=982.3KN614.6kN 综上所述此锚缆系统满足施工要求！ 2.6 锚力试验 为验证实际锚拉力情况,在桥位区做实地锚拉力实验,借助项目部浮吊上的锚机(卷扬机),在桥位区的上下游分别抛一个海军锚,通过滑车连接测力计和浮吊上的锚机（如图 3） 。通过启动锚机拉动钢丝绳直至连接上下游的锚的钢丝绳全部受力绷紧,停机后将拉力计校零,然后继续启动锚机直至浮吊移位以判断上下游哪个锚走锚，并通过拉力计上的读数确定锚的实测拉力（由于浮吊自身的锚很小，所以此处忽略不计） 。 图 3 实地河床锚拉力试验 通过数次锚力试验以及对原有的

12、7.8 吨海军锚进行了改造，实测最终改造后的海军锚的锚拉力达到 300KN,大于计算 237.5KN,满足要求。 图 4 原海军锚 图 5、改造后的海军锚 3、结束语 鉴于大型浮吊水中实际受力情况比较复杂，且此次吊装风险大，国内无类似经验可供参考，所以吊装过程中每艘浮吊最终配备了两艘拖轮应急。在崇启大桥钢箱梁实际吊装施工过程中此套锚缆系统完全满足吊装施工要求，供以后类似工程参考借鉴。 参考文献 1. 中交二航局技术中心.崇启大桥主桥钢箱梁架设方案Z，2010年 3 月. 2. 公路施工手册桥涵，人民交通出版社，2000 年 3 月 3.港口工程荷载规范（JTJ-215-1998） ，人民交通出版社，1998年 4 月