钢管桩牺牲阳极组的安装结构

彭建敏

广州南洋理工职业学院 广东广州 510000

根据“珠海港高栏港区神华煤炭储运一期工程钢管桩防腐施工”对牺牲阳极保护方法施工要求：“尽量减少对钢管桩涂层的破坏”，采用牺牲阳极悬挂方式，在水面上焊接馈电的方法安装。该装置为对开式类手镯型，所选用的牺牲阳极材料均布其周围。

牺牲阳极悬挂装置由二组卡箍组成，每组卡箍用折页相连，用螺栓卡箍在钢管桩上。角钢作为馈电装置，以保证足够的电导连性能。该角钢上端离承台底钢板200-500mm，在低潮位时焊接在钢管桩上，两侧焊缝长度100mm。本装置保证安装牺牲阳极在低于最低潮位下300mm。

本装置除牺牲阳极的外圆弧面和螺栓、螺纹部分外全部涂以环氧改性涂料。该装置设有上、下两组导电卡子，以保证足够的电连接性能。

而且该装置采用弧形的IMR-BJ0型阳极组装而成对开式类手镯型阳极组，所选用的牺牲阳极均布其周围，减少了钢管桩周围耐海水和泥砂的冲击和磨损。

1 极限强度计算

为保证具有足够的机械强度和确保钢管桩周围耐水流的冲击及足够的电连接性能，特进行下列计算。

螺栓强度校核

阳极组重量为434㎏，半卡箍承受轴向载荷217㎏。卡箍固定在钢管桩后，其静摩擦系数f=0.1，假设只有一组卡箍支承，因螺栓为预紧联接，取预紧系数K0=1.6，螺栓的相对刚度系数KC=0.2，则螺栓所受载荷为P∑＝38279。螺栓材料采用35钢，则许用应力[σ]=210MPa，该螺栓M30能承受117810N。由于117810N＞38279N，螺栓强度符合要求。

折页轴强度

折页轴选用Q235-A钢，剪切许用应力[τ]=94MPa，折页轴能承受剪切力F =132888N＞38279N，折页轴强度符合要求。

卡箍强度

卡箍选用扁钢100×10，材质采用Q235-A钢，[σ]=156MPa。

①卡箍由于螺栓紧固所受载荷：

F1=38279N

②卡箍由于牺牲阳极受潮流载荷：

牺牲阳极高1180㎜，宽度为290㎜，厚为73㎜；设最大潮流速为3m/s，阳极所受潮流最大载荷F=ρQv；取海水密度ρ=1030㎏/ m3；

阳极弧面挡水高=86㎜

Q=0.3044m3/s

则F2=941N

③卡箍由于馈电角钢受潮流载荷

馈电角钢选用∠100×10，总长4m，角钢高为7.07㎝，馈电角钢所受潮流极限载荷F=ρQvSinα。

Q=0.8484m3/s

F3=1854N

设上卡箍承受一半载荷，则卡箍所受最大载荷为：

F=F1+F2+（F3/2）=40147N

σ=40.15MPa＜156MPa，强度符合要求。

馈电角钢强度

馈电角钢选用∠100×10，最大长度为2.98m，角钢高为7.07㎝，取最大潮流速为3m/s，馈电角钢所受潮流极限载荷F=ρQvSinα。

Q=0.632m3/s

F=1031N

馈电角钢所受最大弯矩M= 386625N㎜

角钢截面模数Wxo=40260㎜3

σ=9.6MPa

安全系数n=235/9.6=24.5，结构强度符合要求。

馈电角钢焊缝强度

馈电角钢与钢管桩焊接用J506焊条，焊缝高为7㎜，两侧焊缝长度为100㎜。

焊缝剪切许用应力[τ]=118MPa

焊缝所产生的剪切应力τ=M/aL（h+a）

式中M为弯矩，a为焊缝高，h为焊缝间矩，L为焊缝长度。

M= 257750N·㎜

τ=2.48MPa＜118MPa，结构强度符合要求。

牺牲阳极与钢管桩之间导连电阻

牺牲阳极通过卡箍、导电卡子、馈电角钢与钢管桩连接。卡箍截面100×10，长2.356m，导电卡子φ8，长0.51m，馈电角钢100×10，长3m，取钢的电阻率20×10-8Ωm。则算最长距离时的接触电阻为：

R=ρL/A=0.00245Ω＜0.005Ω，符合要求（见GJB156-86标准）。

2 结语

牺牲阳极悬挂装置可以满足钢管桩阴极保护牺牲阳极安装需要，且安全可靠。在大桥设计条件下不会因海浪等外界因素影响而产生松动脱落，但应避免其它施工船舶和装备的撞击。