客滚连接桥升级改造设计

刘职荣

摘要：客滚桥是连接客滚船与岸壁的重要设施，为适应业务发展需要，大连港集团客运总公司决定将大连湾港区17#泊位已有的客滚桥能力由100t提升至120t。本文介绍了利用ALGOR有限元分析软件对客滚桥的整体结构及关键部位建模分析、优化设计。本着经济适用、安全可靠、维修方便等原则，确保客滚桥升级改造的质量。

关键词：港口;客滚桥;ALGOR软件;升级改造

随着客滚运输量的增多、滚装车载货量的增加和船舶大型化、专业化、现代化程度的不断提高，原有的客滚桥承载能力已不能满足大吨位车辆装卸的要求，新建或改扩建大吨位客滚桥已成为必然趋势。根据用户需求，结合目前大吨位运输车辆载货能力，决定升级改造现有客滚桥使其承载能力达到120t。

1.桥体结构形式

现有客滚桥为2011年新建设备，为开式上承平台、全长24m、最大宽度16m、最小宽度8m、设计荷载为100t。

设备由桥体、拱门桅柱、安全锁定装置、导向装置、液压系统、自动控制系统等部件组成。桥体后部铰接于桥台上，前部由液压缸悬吊于拱门桅柱的外伸臂上，拱门桅柱焊接于桅柱墩上表面。通过自控及液压系统驱动液压缸的伸缩带动桥体上仰及下俯，以适应不同船型、潮位、吃水时滚装作业的要求。

2.设计依据

经市场调研，120t重载车总长为16m～22m、轮间距约2m、各轴荷载比例1：3：6、结构安全系统1.48、动载系数1.3。

3.结构校核及改造设计

由于此设备的水工结构已建成、设备已投产使用。设备的升级改造应以改动量少、节省投资为目的。

具体结构分析采用ALGOR20.4有限元分析软件，采用板单元和梁单元，计算输入参数取Q235（质量密度为7.85x10-9、弹性模量为2x105、泊松比为0.3），主材类型为工字钢。

3.1重载车下船偏载情况校核

重载车下船偏载，此时液压缸吊点处所受到的力最大，约为146t，经液压缸生产厂家核算，液压缸满足使用要求。

3.2重载车上船情况校核

重载车处于上船状态，车头已越过桥板，假设此时车头悬空，两前轮的重量移到中轴，此工况为最不利工况，经核算最不利应力为173Mpa，如图，发生在桥体前端梁，安全系数为1.36，不满足要求，需对前端梁进行加固。

升级改造中考虑在原倒“T”梁的翼板焊接20mm厚的钢板。经复核，此时最不利应力降至为117 Mpa，安全系数为2，满足要求。

桥体应力云图

3.3尾梁校核

尾梁为箱型结构，它的荷载除自重外，最大外荷载是重载车的后轮，考虑一定程度的冲击，计算结果最不利应力为224Mpa，安全系数为1.05，不满足要求，需对尾梁进行加固。

升级改造中考虑在原箱型梁底部加焊钢板，使箱型梁增高130mm，增大箱形梁横截面。经复核，最不利应力降至155.4MPa，安全系数为1.51，满足要求。

3.4桅柱校核

桅柱是呈直角相交的两个箱形结构，荷载是液压缸重量、桥体重量、车辆荷载、自重，1/2拱门重，还有风荷载。最不利应力158 ，安全系数为1.49。由于建模时有部分简化，实际受力情况要比计算结果好些，故满足要求。

3.5锁定销校核

锁定销在完全伸出时加载，最不利应力为390Mpa，应力最大处是在与桥板上锁定销耳板孔缘相交处，材料选用40Cr合金钢，经调质处理后，屈服极限不低于490  ，安全系数为1.26，不满足要求，需对锁定销进行改造。

升级改造时考虑在不调整锁定板前提下加大锁定销直径。经复核，最不利应力为329MPa，安全系数为1.49，满足要求。

3.6锁定销耳板校核

锁定销耳板与桥板起吊梁焊接部分的厚度为30 mm，上伸部分用一块30 mm厚的相同材料并焊在一起，总厚度为60 mm，以降低局部应力。校核结果最大应力为277.5Mpa，安全系数为1.44，不满足要求。

升级改造考虑锁定销直径加大后，相应调整锁定销耳板及相应部件尺寸，最不利应力为248MPa，材料选用Q460c，屈服极限不低于400 ，安全系数为1.61，满足要求。

3.7液压缸铰链校核

液压缸铰链分上下铰链，上铰链与桅柱焊接在一起，下铰链受结构限制只能直接焊在桥板起吊梁上，使焊缝处于直接受拉的不利状态。

上铰链每片耳板经校核最不利应力为187.4 ，位置在孔的侧壁上。由于原设计时就考虑到此铰链是重要部件，而且在意外情况下施加其上的荷载有可能超过计算值，所以耳板材料选用Q460c，屈服极限不小于400  ，焊接性也较好，安全系数为2.1，满足要求。

下铰链的直角角焊缝直接承受动力荷载，受通过焊缝形心的拉力作用，其强度计算公式为：

式中： —通过焊缝形心的拉力， ;

—角焊缝的计算厚度，一般取 ， 为较小焊角尺寸;

—角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去10mm， 。

—角焊縫的许用剪切应力，

焊缝满足强度要求。

4.结束语

本次升级改造是在原设计能力基础上进行的。改造后经相关单位的安装调试和压载试验，证明其能力已提升至120t。经近3年的实际运营，效果良好，大大加快了港口物流的发展。

参考文献：

[1]《起重机设计规范》GB/T3811-2008

[2]张立明.《Algor、Ansys在桥梁工程中的应用方法与实例》北京：人民交通出版社，2003