大水深鏈斗式挖泥船斗橋的設計

呂波

摘 要：斗橋設計是鏈斗式挖泥船設計過程中的一項重要工作，對于作業于深水區的鏈斗式挖泥船，其斗橋尺度大，特別是長度與寬度之比很大，在作業過程中的強度和剛度問題較為突出。本文主要研究了大水深鏈斗式挖泥船的斗橋設計方法，參考《鋼結構設計規范》中對箱型梁的規定，并結合挖泥船實際工作對斗橋的要求來確定斗橋的主要尺度和結構布置。

關鍵詞：鏈斗式挖泥船；斗橋設計；結構強度

中國分類號：671.4 文獻標識碼：A

Abstract：The bucket ladder design is important in the design of bucket dredger. With large dimensions， particularly in the ratio of the length and the width， the ladder of bucket dredger working in deepwater area is faced with prominent strength problems during different operating conditions. This Paper mainly studies the ladder design method of bucket dreger working in deepwater area. The principal dimensions are determined by reference to the regulations on box girders in Design Code for Steel Structures and combined with the dreger's actual work reqiurements.

Key Words：Bucket dredger；Bucket ladder design；Structure strength

1 引言

三峽水庫建成后，庫區內尤其是大壩和庫尾區泥沙淤積問題日益突出。作為河道清理的主要工程設備。鏈斗式挖泥船適用于挖掘淤泥、松散沙等，在三峽庫區的泥沙清理中能夠發揮其巨大的作用。

統計數據表明，目前國內鏈斗式挖泥船的挖深一般在20 m～30 m以下，其挖深遠遠不能滿足庫區挖泥作業的要求，增大挖深成為必然，斗橋的長度也會隨之加長，其在作業過程中的強度問題也尤為突出。本文的研究是為這種大尺度斗橋的設計提供一定的參考，為大水深挖泥船的挖泥作業提供依據。

2 斗橋的一般設計思路

斗橋是鏈斗式挖泥船挖泥機具的重要組成部分。目前，關于斗橋的設計還沒有一種很完善的方法，斗橋的跨度一般較大，在水下作業時所承受的外力較為復雜，在設計中，對其強度和剛度的要求很高。而箱型梁截面抗扭剛度大，具有較大的剖面模數，是大跨度梁最好的結構形式，在施工和作業過程中又具有良好的靜、動力結構穩定性，同時，箱型梁的頂板具有很高的平整度，有利于泥斗自下而上的輸泥運動，所以一般采用箱型梁作為斗橋的基本結構形式。

對于大水深鏈斗式挖泥船斗橋的設計，由于船的設計挖深大，便要求斗橋尺度相應很大，長度可能達到100 m以上，且自身重量很大，為了保證斗橋作業過程中的受力和變形在正常范圍內，需要將斗橋設計為封閉式結構。在作業工況時，會向斗橋的部分艙室中注水，保證斗橋前端下放到預定深度的工作區域，并使吊點處的鋼絲繩承受一定的拉力，以及維持斗橋受力的均勻性和合理性。

3 大水深斗橋作業載荷分析及模型簡化

3.1 斗橋作業載荷分析

斗橋作為鏈斗式挖泥船必不可少的一部分，在作業中所受到的載荷種類與船的載荷十分相似，但由于其作為挖泥機具，功能和工作狀態的不同又會使其相應的受到其他不同的靜、動載荷。大水深斗橋的載荷一般包含以下幾類：

式中：表示環境載荷的數量，表示第個環境載荷， 表示第個環境載荷對斗橋結構的影響因子（0≦≦1）；

（4）斗橋的約束：在以上各載荷的作用下，斗橋還受到后斗塔上齒輪箱的支撐，以及前斗塔處鋼絲繩的約束，從而達到最終的平衡狀態。

3.2 斗橋作業工況力學模型簡化

斗橋在各作業工況時，其固定載荷均保持不變。本文研究的大水深鏈斗式挖泥船斗橋主要是針對三峽庫區這一水域進行作業的，三峽庫區的風和波浪本身較為平穩，斗橋在作業過程中，大部分都處于水下，受風和波浪的影響相對很小，因此，在模型簡化中，將環境載荷中風和波浪的影響進行忽略處理。對斗橋的模型簡化如圖1所示。

在圖1中，將斗橋簡化成后端簡支于支座A，吊點B處實際是采用鋼絲繩約束，以鋼絲繩對吊點產生的豎直向上的拉力T表示其對斗橋的作用。

假設斗橋自身重量沿長度方向均勻分布，斗橋上方鏈斗及斗中泥砂的重量也均勻分布在其頂板上，這兩部分重量對斗橋的作用可簡化為對梁向下的均布載荷，斗橋下方處于懸鏈狀態的鏈斗重量和下導輪重量簡化為作用于梁兩端的集中載荷、，水面以下部分對斗橋產生的浮力為。此時梁沿 軸方向的力和對支座A的力矩平衡方程為：

4.2 斗橋截面的初步設計

斗橋在作業狀態下由于受到浮力的作用，而浮力的作用是有利于斗橋總縱強度的，可以在一定程度上緩解其由重力作用引起的變形，因此，吊起狀態是斗橋最危險的工況，在設計過程中，以此工況的載荷情況作為其結構設計的依據。

4.2.1 水平吊起狀態下斗橋的載荷分析

斗橋處于水平吊起狀態時，所承受的固定載荷包括斗橋自身重量、泥斗重量、鏈條及導輪重量、銷子重量以及斗橋前端六角輪的重量；可變載荷包括泥斗中泥的重量（設計過程中取極限狀態，認為泥斗充泥率均為1），雖然在水平吊起狀態下，泥斗中并無泥砂，但該狀態作為其他工況分析的參考，依然將泥砂重量視為設計過程中的一個固定載荷。

5 結語

本文主要對大水深鏈斗式挖泥船的斗橋設計進行了研究，從大水深作業斗橋與大跨度箱型梁和船體結構的相似之處著手，參考這兩種結構的一般設計過程，研究了作業于深水區域斗橋的設計方法。文中所考慮的是斗橋結構的總縱強度問題，在大水深作業過程中，斗橋前段空艙處所承受的水壓力而引起的局部強度問題也應在后續設計中加以考慮，另外，斗橋在不同作業工況下各艙室的注水方案也需進行充分研究。

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