大水深链斗式挖泥船斗桥的设计

吕波

摘 要：斗桥设计是链斗式挖泥船设计过程中的一项重要工作，对于作业于深水区的链斗式挖泥船，其斗桥尺度大，特别是长度与宽度之比很大，在作业过程中的强度和刚度问题较为突出。本文主要研究了大水深链斗式挖泥船的斗桥设计方法，参考《钢结构设计规范》中对箱型梁的规定，并结合挖泥船实际工作对斗桥的要求来确定斗桥的主要尺度和结构布置。

关键词：链斗式挖泥船；斗桥设计；结构强度

中国分类号：671.4 文献标识码：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

三峡水库建成后，库区内尤其是大坝和库尾区泥沙淤积问题日益突出。作为河道清理的主要工程设备。链斗式挖泥船适用于挖掘淤泥、松散沙等，在三峡库区的泥沙清理中能够发挥其巨大的作用。

统计数据表明，目前国内链斗式挖泥船的挖深一般在20 m～30 m以下，其挖深远远不能满足库区挖泥作业的要求，增大挖深成为必然，斗桥的长度也会随之加长，其在作业过程中的强度问题也尤为突出。本文的研究是为这种大尺度斗桥的设计提供一定的参考，为大水深挖泥船的挖泥作业提供依据。

2 斗桥的一般设计思路

斗桥是链斗式挖泥船挖泥机具的重要组成部分。目前，关于斗桥的设计还没有一种很完善的方法，斗桥的跨度一般较大，在水下作业时所承受的外力较为复杂，在设计中，对其强度和刚度的要求很高。而箱型梁截面抗扭刚度大，具有较大的剖面模数，是大跨度梁最好的结构形式，在施工和作业过程中又具有良好的静、动力结构稳定性，同时，箱型梁的顶板具有很高的平整度，有利于泥斗自下而上的输泥运动，所以一般采用箱型梁作为斗桥的基本结构形式。

对于大水深链斗式挖泥船斗桥的设计，由于船的设计挖深大，便要求斗桥尺度相应很大，长度可能达到100 m以上，且自身重量很大，为了保证斗桥作业过程中的受力和变形在正常范围内，需要将斗桥设计为封闭式结构。在作业工况时，会向斗桥的部分舱室中注水，保证斗桥前端下放到预定深度的工作区域，并使吊点处的钢丝绳承受一定的拉力，以及维持斗桥受力的均匀性和合理性。

3 大水深斗桥作业载荷分析及模型简化

3.1 斗桥作业载荷分析

斗桥作为链斗式挖泥船必不可少的一部分，在作业中所受到的载荷种类与船的载荷十分相似，但由于其作为挖泥机具，功能和工作状态的不同又会使其相应的受到其他不同的静、动载荷。大水深斗桥的载荷一般包含以下几类：

式中：表示环境载荷的数量，表示第个环境载荷， 表示第个环境载荷对斗桥结构的影响因子（0≦≦1）；

（4）斗桥的约束：在以上各载荷的作用下，斗桥还受到后斗塔上齿轮箱的支撑，以及前斗塔处钢丝绳的约束，从而达到最终的平衡状态。

3.2 斗桥作业工况力学模型简化

斗桥在各作业工况时，其固定载荷均保持不变。本文研究的大水深链斗式挖泥船斗桥主要是针对三峡库区这一水域进行作业的，三峡库区的风和波浪本身较为平稳，斗桥在作业过程中，大部分都处于水下，受风和波浪的影响相对很小，因此，在模型简化中，将环境载荷中风和波浪的影响进行忽略处理。对斗桥的模型简化如图1所示。

在图1中，将斗桥简化成后端简支于支座A，吊点B处实际是采用钢丝绳约束，以钢丝绳对吊点产生的竖直向上的拉力T表示其对斗桥的作用。

假设斗桥自身重量沿长度方向均匀分布，斗桥上方链斗及斗中泥砂的重量也均匀分布在其顶板上，这两部分重量对斗桥的作用可简化为对梁向下的均布载荷，斗桥下方处于悬链状态的链斗重量和下导轮重量简化为作用于梁两端的集中载荷、，水面以下部分对斗桥产生的浮力为。此时梁沿 轴方向的力和对支座A的力矩平衡方程为：

4.2 斗桥截面的初步设计

斗桥在作业状态下由于受到浮力的作用，而浮力的作用是有利于斗桥总纵强度的，可以在一定程度上缓解其由重力作用引起的变形，因此，吊起状态是斗桥最危险的工况，在设计过程中，以此工况的载荷情况作为其结构设计的依据。

4.2.1 水平吊起状态下斗桥的载荷分析

斗桥处于水平吊起状态时，所承受的固定载荷包括斗桥自身重量、泥斗重量、链条及导轮重量、销子重量以及斗桥前端六角轮的重量；可变载荷包括泥斗中泥的重量（设计过程中取极限状态，认为泥斗充泥率均为1），虽然在水平吊起状态下，泥斗中并无泥砂，但该状态作为其他工况分析的参考，依然将泥砂重量视为设计过程中的一个固定载荷。

5 结语

本文主要对大水深链斗式挖泥船的斗桥设计进行了研究，从大水深作业斗桥与大跨度箱型梁和船体结构的相似之处着手，参考这两种结构的一般设计过程，研究了作业于深水区域斗桥的设计方法。文中所考虑的是斗桥结构的总纵强度问题，在大水深作业过程中，斗桥前段空舱处所承受的水压力而引起的局部强度问题也应在后续设计中加以考虑，另外，斗桥在不同作业工况下各舱室的注水方案也需进行充分研究。

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