臺風多發地區港機防風設計

梁　業

寶鋼湛江鋼鐵有限公司

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臺風多發地區港機防風設計

梁業

寶鋼湛江鋼鐵有限公司

針對南方臺風多發、風災強度較大的特點，在介紹目前港口機械防風裝置的主要結構型式及其優缺點的基礎上，總結過去在防臺風方面的經驗教訓，提出了傳統防風裝置的改進方案，以及增加防風斜拉索等新的防風思路和解決辦法。

港機設備; 防風防臺; 斜拉索; 阻尼

1　前言

近年來，由于氣候變化，超強臺風頻繁襲擊我國南方地區，傳統的港機防風方式已較難滿足超強臺風的防風防臺需要。2014年“威馬遜”、2015年“彩虹”、2016年“尼伯特”等超強臺風給受災港區造成了較大損失，其中南方某港區，在2015年“彩虹”臺風中，多臺門座起重機、卸船機傾覆入海，造成巨大經濟損失。因此，探討適宜超強臺風環境的防風設計措施很有必要。

2　港口機械防風裝置的主要型式

目前的港口機械，主要防風裝置型式有輪邊制動器、防爬鐵鞋、防風拉桿、夾軌器、錨定器等。

輪邊制動器主要工作原理是，對車輪施加制動力矩，在風力作用下，制動摩擦片與車輪之間產生相反的、阻止車輪滾動的摩擦阻力，達到將車輪滾動摩擦轉為滑動摩擦的目的。輪邊制動器一般只用于大車運行機構的被動車輪制動。

防爬鐵鞋主要工作原理是，穿鎖在靠近車輪的鐵軌上，輪軌之間由滾動摩擦變為滑動摩擦，阻止車輪前進，起制動防溜作用。

防風拉桿(索)主要由螺桿(鋼絲繩)、螺套、鎖緊螺母、銷軸和地錨等用具組成，用以抵抗臺風作用于大型起重機時產生的上拔力。垂直使用時僅承受上拔力,與地面成角度使用時除能承受上拔力外還承受風作用產生的水平力[1]。

夾軌器主要工作原理是，通過夾鉗夾住軌道的兩側，與軌道產生摩擦力，從而起到抗風作用。夾鉗一般通過重錘杠桿或彈簧力夾緊，靠液壓系統中油缸力松開。

錨定裝置主要工作原理是，通過錨定插板插入碼頭面上的錨定坑,起到防止港機水平走動的作用。錨定插板插入錨定坑后，之間的間隙需要制作各種厚度的塞鐵填滿。

3　強臺風對防風裝置的破壞形式

2015年“彩虹”臺風造成南方某港區港機傾翻的防風裝置破壞形式主要有以下6種，這也是目前多數港口機械防風系統設計中存在的值得探討地方：①拉桿(系纜)地面預埋破壞；②拉桿拉斷；③拉桿座子拉脫、拉桿座焊接箱梁處拉裂；④夾輪器、鐵鞋失效移動；⑤錨定坑撕裂；⑥夾軌器夾住軌道扭斷。

根據現場的情況分析，夾輪器、鐵鞋在強臺風狀態下的防爬效果并不明顯，夾輪器的摩擦面與輪面較為光滑,摩擦力低；鐵鞋在增強摩擦力方面的設計還需改進。此外，由于防風拉桿設置離大車本體太近，而且角度為垂直，防傾翻能力并不強。錨定插板插入錨定坑的深度方面，一是由于碼頭與港機設計并非同一單位，加上施工誤差等因素，對錨定插板與錨定坑立板的接觸長度沒有一個明確的要求，實際港機在插入碼頭錨定坑時深度高低不一，這也是多數港口設計、運營單位和港機設計單位容易忽略的問題之一；二是錨定插板放下后，原則上需要用塞塊塞緊插板和錨定坑立板之間的間隙，但目前此間隙允許的最大數值并沒有相關的行業安裝標準或規范。這種情況下如果間隙過大，在防風拉桿等裝置失效時，港機防風錨定插板在強風的作用下反復沖擊錨定坑，最終必將導致錨定坑被破壞失效。

4　適用于強臺風地區的防風加固設計方案探索

4．1對傳統防風裝置的改進

針對上述不足，在設計上做了改進:

(1)加強預埋、錨定坑、拉桿設計。錨定坑用板由20 mm改為30 mm，并將支撐筋板由2塊增加到3塊。采用加粗拉桿(2 500 t/h卸船機由?60 mm拉桿改為?80 mm)，增加拉桿座筋板，加大預埋螺栓直徑和預埋深度，拉桿座焊接處箱梁內部增加立板，以改善拉桿座和箱梁的受力情況，防止撕裂。

(2)將鐵鞋改為長舌型，通過車輪壓鐵鞋舌增加摩擦力，棄用單靠鐵鞋弧面與輪緣貼緊的型式，鐵鞋上帶高強度螺栓對軌道進行鎖緊[2]。目前很多港機上的鐵鞋，要么不是長舌型的，要么不帶螺栓或者螺栓數量、強度不夠。

(3)按設計的抗風風速對各裝置受力進行計算核驗，計算核驗錨定插板插入錨定坑的深度，確保上述設計滿足風速要求。

(4)考慮最薄的塞塊調整余量，在技術規程上把錨定插板與錨定坑立板之間的塞緊間隙規定為最大不超過3 mm。

4.2新增加防風斜拉索設計

為使設備達到能抵抗75 m/s超強臺風的設計要求(近年來發生的超強臺風大多超過60 m/s,2015年彩虹臺風風速67.2 m/s)，考慮到目前防風拉桿上述設計受力上的缺點，提出了新增斜拉索方案(見圖1)。

圖1　斜拉索方案

斜拉索設置在港機的4個角，每個角分別設置高位拉索和低位拉索各1根。防風斜拉索的設置，一方面可以增大抗風的力學阻尼系數，消除或減弱港機在受風狀態下產生搖擺晃動甚至可能引起的共振；另一方面類似“電線桿斜拉線”一樣，使抗風力矩更大，在抗傾翻方面起到比防風拉桿更好的效果。

在實際防風操作上，斜拉索不可能完全繃直，而且拉索鋼絲繩有一定拉長韌性，所以斜拉索的作用主要還是在產生力學阻尼從而實現防傾翻；在防止大車滑移上，防風拉桿、夾軌器、夾輪器、防爬鐵鞋等仍然具有存在的必要性。

由于拉索自重較大，所以斜拉索的防風拉緊操作是一個難題。設想可采取2種方法進行改善：一種是利用液壓緊繩器，先把斜拉索和地錨用手拉葫蘆連接并拉到一定長度，之后利用手動液壓千斤頂一步步把斜拉索收緊后用大螺母鎖緊，此方法繁瑣、耗時耗力，但牢固可靠；另一種是直接用電動液壓拉桿的形式收緊，此方法優點是快速，缺點是安裝工程較大，成本較高，且需考慮相關設施不干涉海側纜樁系纜。至于哪一種拉緊方法更加適合現場使用，有待進一步探索論證。

5　結語

港口設備防風是一項長期持續的工作，不止在技術上，還在管理上。技術人員應定期對防風裝置進行檢查，如對夾軌器定期做夾紙試驗，每年臺風季節到來前做防風檢測試驗等。在斜拉索的拉緊操作方面，除了上述的兩種方法之外，還應研究探討更便捷、更可靠的方式。

[1]包起帆，沈沨. 港口大型起重機抵御風害的安全措施[J]. 起重運輸機械.2006(11)：1-5.

[2]洪福源. 總結經驗，研究對策，提高大型港口機械防臺能力[J]. 港口科技動態，1997(09)：7-9.

梁業：524072，廣東省湛江市東海島東簡鎮

Anti-Wind Design of the Port Equipment in the Typhoon Prone Area

Liang Ye

Baosteel Zhanjiang Iron&Steel Co., Ltd.

According to the characteristics of south area that typhoon frequently happens and wind intensity is relatively strong, this paper introduces the main structure of the anti-wind device of the port equipment. Then both the advantages and disadvantages of the novel device are discussed. By summing up the past experience of guarding against typhoon,the author proposesan improvement schemefor the traditional anti-wind device. It also provides the new anti-wind suggestion such as increasing the anti-wind cable and the corresponding solution for the port equipment in the typhoon area.

port equipment; anti-wind; cable; damping

2016-07-16

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.05.005