岸桥海运标准化设计的可行性研究

    秦轩 国红波 于婷婷

    摘 要：为有效缩短设计和生产周期，提高岸桥海运的安全系数，提出在岸桥设备在海运阶段前，结构设计阶段中就引入海运载荷因素加以克服，避免主结构完成后返工。通过公式法和经验值法确定海运三向加速度，建模模拟钢结构受力情况，完成各类岸桥的海运绑扎进行规范化，系列化、标准化的三化设计。关键词：岸桥；海运加速度；建模加载；海绑标准化图纸设计DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.1870 前言

    本文提出的岸桥场桥海运的标准化设计，可以有效缩短设计和生产周期，提高投标时运价的准确性，降低在生产阶段增加额外成本的风险。以此满足不同外部条件需求，从而提高公司产品的市场竞争力。 1 问题剖析

    在以往的项目中，海绑设计环节基本与产品的设计周期脱节。直到选定运输船后才能开始进行海绑工装、钢结构预制件的图纸设计，因此会遇到钢结构本身、钢结构上的海绑预制件无法通过海运计算，必须重新加强，甚至更换的情况。造成了生产成本极大的浪费，甚至可能造成生产周期拖期。

    2 模拟海运三向加速度的获取及精确性确认

    完成产品的海绑标准化设计核心问题在于设计初始阶段（结构建模）中，如何能够提前获取合理的海运加速度参数。如果预估加速度过大，不仅增加钢结构本身的重量，额外增加的轮压还会对提高大车行走机构驱动选型要求。如果预估加速度过小，则完全无法起到作用，容易引发海运事故。综上所述，设计人员提出公式法和经验值法相结合以获得最为合理的加速度。2.1 公式法

    首先根据新项目在投标过程中选择的运输船进行加速度估值，比如新项目有两台A港的岸桥，根据其外形尺寸选定运输船B完成运输工作。

    然后根据《GD008-97中国船级社海上拖航指南》（附录1）《作用在支承件及绑扎部件上负荷的近似计算方法及强度标准》中第2节“作用在被拖船（物）内所载运货物上的力计算中”为依据，制作出了《运输船加速度速算表格》，将选定运输船的参数及起重机的相应参数代入计算表格，获得预估三向加速度数值。2.2 经验值法

    所谓经验值法并非凭借个人经验对单次的项目船运条件进行预估。而是依靠有大量可靠数据为基础的专业数据库作为参照，尽量对目标项目的预估船用加速度进行合理化修正。为此，技术人员搜集海西重机建厂以来所有港机产品项目，筛选所需要的数据，整合生成了《岸桥发运数据库》和《运输船数据库》两个数据库。3 钢结构建模及加载计算

    结构工程师根据用户提供的技术规格书和《起重机设计规范》，为岸桥建立模型后，将优化海运加速度对模型进行加载。

    由于所有的加速度不可能同时发生，所以根据它们所呈现的载荷组合是偏于保守的。并将海运中拟定计算风速也加入模型。建模中除岸桥自身钢结构的受力以外，海陆侧门框内部、联系横梁下部、前大梁与海侧上横梁三个常规的海绑受力绑扎点以及整机与甲板绑扎的刚性绑扎的受力分布均已被考虑，在建模加载以后，完成8类工况下整机钢结构受理情况及应力图分析，计算最大载荷及位置，获得该产品海绑结构刚性绑扎件和柔性绑扎件的最大受力结果。4 岸桥类型与海运工况的归类标准

    海绑工装件主要分为钢结构预制件以及刚性绑扎工装件两类。

    在上述建模计算中，可判断出岸桥在海运过程中钢结构的各个危险受力点，并通过相应的绑扎技术加以保护。但是岸桥作为大型非标项目，各个项目的岸桥的参数各不相同，一套标准化的海绑图纸是无法涵盖所有机型和海况的。因此要满足标准化设计理念，需要对产品分类，结合海况航线组合，进行系列化设计。

    技术人员将岸桥根据“前伸距50M轨距30M”的分水线归为两类，该标准以下的归类为中小型岸桥；以上的归类为大型岸桥。此外根据海运工况分为两大类：近海短途和远洋长途。由于在受载数据对比中发现，中小型岸桥的预制件本身受力在不同海况下变化相对较小。综上所述，最后将系列化归结成以下三个系列：

    （1）中小型岸桥+近海短途/远洋长途工况；（2）大型岸桥+近海短途工况；（3）大型岸桥+远洋长途工况。5 海绑工装件的标准化设计

    在三大工况分类的基础上。按照建模加载计算方法，确定各种工况下每一个重要受力点的最大受载情况，获得精确地数据支持，在进行标准化工装件设计。5.1 钢结构预制件的标准化设计

    根据第4章的三种分类，找出合适的标杆岸桥（详见海西岸桥标准化设计）进行钢结构预制件的标准化设计，形成海邦标准化图纸及件。在新产品主结构设计阶段，根据标准图纸及标准计算书，结合《岸桥发运数据库》和《运输船数据库》，确定主结构需刚性固定、结构加强或增设吊耳位置，将此类结构设计至主结构中，避免主结构油漆后在进行焊接或返工。5.2 整机与甲板捆扎工装件

    区别于传统海运撑杆的设计方法，针对三种类别工况，每个系列的撑杆不区分横装和纵装，内侧和外侧，只分为45°和非45°两种。45°撑杆无疑是受力最好的，适用A于所有施工空间足够的地方。但考虑到船宽限制以及两台机间距限制是海运中的常见问题，因此非45°撑杆同样必不可少。在设计图纸中，每一系列中的非45°撑杆的角度均设置成自由值。在实际运用当中需二次设计。6 结论

    综上所述，通过可靠公式估算加速度、专业数据库类比分析、有限元分析建模计算、专业工装件及预制件系列化分类设计，实现了岸桥场桥等港口机械产品的海运捆扎标准化设计。

    目前，本文所提出的方法已运用到了海西重机负责设计生产项目中，证明了此方法在实际操作的可行性。在未来，也将推广到更多的项目及其他类型的产品中去。参考文献：[1]GB/T 3811-2008 起重机设计规范[S].北京：中国标准出版社.2008.[2]GD008--97海上拖航指南[S].北京：中国船级社.1997，附录1：30-34.作者简介：秦轩（1983-），男，上海人，本科，工程師，研究方向：各类港口机械产品的设计、制造、安装、海运。