港口起重機防風抗臺錨定裝置受力分析

顧春衛

中交第三航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

近年來，港口起重機受臺風影響發生滑移甚至傾覆的事件時有發生，港口起重機的防風問題備受關注。

港口起重機防風措施有錨定裝置、防風系纜、夾輪器、夾軌器等，其中錨定裝置是港口起重機最常見的防風措施，如何正確地使用錨定裝置，值得探討、研究。

2 錨定裝置簡介及存在的問題

錨定裝置主要由主結構、手柄、配重塊、錨定板等組成，碼頭上設置錨定座與之配套，在港口起重機受臺風影響時，可防止設備沿軌道發生滑移(見圖1)。

1.主結構 2.手柄 3.配重塊 4.錨定板 5.錨定座圖1 錨定裝置組成

通常情況下，為了使錨定板能夠便捷地插入錨定座，錨定板與錨定座開孔之間會留有15～100 mm的間隙。這個間隙，對整機的防風措施有著很大的影響。

當風速達到一定當量時，錨定裝置發揮功能，錨定板貼近錨定坑，阻擋起重機發生滑移。錨定板與錨定座相對位置見圖2。

圖2 錨定板與錨定座相對位置圖

此時起重機已經較初始狀態發生了細微滑移，距離等于原先錨定板與錨定座之間的間隙。發生滑移后，錨定裝置仍能正常工作，但會對防風系纜造成影響，使得起重機沿軌道方向的水平力作用在防風系纜上，可能造成防風系纜的失效。

3 受力分析

3.1 錨定力計算

港口起重機錨定力與迎風面積、整機自重、風速、軌道坡度等眾多因素有關，現以1臺1 500 TPH橋式抓斗卸船機為例，在55 m/s風速下計算錨定力，整機參數見表1。

3.1.1 非工作風力計算

按照GB3811-2008，風壓計算公式為[1]：

p=0.625v2

(1)

式中，p為計算風壓，單位為Pa；v為計算風速，單位為m/s。

另外，起重機的風壓還需考慮高度系數，起重機非工作狀態風載荷計算公式為：

PWⅢ=CKhpⅢA

(2)

式中，PWⅢ為起重機的非工作狀態風載荷，單位為；C為風力系數；Kh為風壓高度變化系數(見表2)；pⅢ為非工作狀態計算風壓，單位為Pa；A為起重機構件垂直于風向的實體迎風面積，單位為m2。

表1 抓斗卸船機參數表

表2 風壓高度變化系數

注：計算非工作狀態風載荷時，可沿高度劃分成10 m高的等風壓段，以各段中點高度的系數Kh(即表列數字)乘以計算風壓；也可以取結構頂部的計算風壓作為起重機全高的定值風壓。

按照上述風壓計算公式，并且結合卸船機的迎風面積，計算得出沿軌道方向的非工作風力約2 200 kN。

3.1.2 錨定力的確定

卸船機所需的錨定力為：

FS=F1-F2+F3

式中，FS為錨定力；F1為非工作風力；F2為摩擦力，F2=G×f=10 000×0.05=500 kN，其中G為整機自重，f為滾動摩擦系數，取0.05；F3為坡度力，F3=G×sinα=10 000×sin0.005=50 kN，其中α為軌道坡度，取0.005 rad。

經計算，錨定力FS=2 200-500+50=1 750 kN。

3.2 防風系纜受力分析

通常，在55 m/s的非工作風情況下，很多港口起重機由于本身自重的原因，輪壓仍為正值，所以防風系纜的設計載荷不會很大，多數在200～1 000 kN之間[2]。

但是如果錨定板與錨定座之間存在間隙，起重機會發生水平位移，導致使防風系纜受力，并且發生形變(見圖3)。防風系纜拉力FL=FS/sinθ，上文已經計算1 500 TPH橋式抓斗卸船機的錨定力為1 750 kN，在錨定裝置不起作用時，防風系纜的拉力是非常大的。防風系纜發生形變，在形變量(ΔL)的許用范圍內，對應著一個卸船機的許用水平位移a，即錨定板與錨定座之間間隙。如果錨定板與錨定座之間間隙大于a時，會發生在錨定裝置起作用前就將防風系纜或相關連接件拉壞的現象，起重機失去防傾覆能力，最后可能導致事故的發生。

圖3 防風系纜受力圖

4 結語

錨定板與錨定座開孔之間的間隙不可避免，可以通過合理的計算，在此間隙內增加鋼板，以減小設備的位移，防止因間隙過大而造成的傾覆事故。