大深度大噸位打撈用托底鋼梁設(shè)計(jì)

永泰長榮

摘 要 ：針對300m 水深的大深度大噸位沉船打撈，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃深海專項(xiàng)《大噸位沉船整體打撈關(guān)鍵技術(shù) 研究與裝備研制》項(xiàng)目對原應(yīng)用于淺海區(qū)域的托底鋼梁進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。在“世越”號打撈工程中，托底鋼梁 取得了巨大成功，但是該類型的托底鋼梁只能適用于淺海水域。本文對應(yīng)用于大深度的托底鋼梁進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 在打撈大深度大噸位沉船時(shí)，提升裝置的鋼絲繩連接到托底鋼梁兩端的眼板上。該打撈方法作用載荷不會(huì)直接 作用于沉船船體上，因此，該方法對沉船船體結(jié)構(gòu)破壞較小。此外，本文應(yīng)用大型通用有限元軟件ANSYS  對 重新設(shè)計(jì)的托底鋼梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校核。本文設(shè)計(jì)的托底鋼梁為以后大深度大噸位打撈工程提供了一定的借鑒作

用。

關(guān)鍵詞： 沉船打撈；大深度；大噸位；托底鋼梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0   引   言

在過去的一些沉船打撈工程案例中，為了防止沉船船 體遭到破壞，需要將托底鋼梁安裝在沉船船體之下，通過起 吊托底鋼梁將沉船打撈上岸?？墒?，過去的案例所應(yīng)用的托 底鋼梁施工區(qū)域都位于淺水區(qū)，鋼梁結(jié)構(gòu)不需要承受深水巨 大的壓強(qiáng)作用，因此托底鋼梁的結(jié)構(gòu)形式較為簡單，現(xiàn)有的 托底鋼梁不能在大深度(300m 水深)的水底使用。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃深海專項(xiàng)《大噸位沉船整體打撈關(guān)鍵 技術(shù)研究與裝備研制》項(xiàng)目由交通運(yùn)輸部上海打撈局牽頭， 聯(lián)合其他科研單位對大噸位沉船打撈關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。本 文主要針對大深度大噸位打撈用托底鋼梁，重點(diǎn)介紹大深度 大噸位打撈用托底鋼梁的設(shè)計(jì)思路，并對該托底鋼梁結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度進(jìn)行了計(jì)算校核。

1  設(shè)計(jì)要求

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

能在300m 水深海底使用的打撈用托底鋼梁，并能根 據(jù)沉船的重量進(jìn)行鋼梁編組。使用該托底鋼梁能夠成功完成 大深度大噸位沉船打撈作業(yè)。

1.2 主要特征

托底鋼梁包括鋼梁主體、眼板和破土裝置等。鋼梁主 體包括多個(gè)箱型結(jié)構(gòu)。鋼梁主體箱型結(jié)構(gòu)中間為中空，最外 側(cè)的兩個(gè)鋼梁主體箱型結(jié)構(gòu)端部設(shè)計(jì)有眼板。

鋼梁主體設(shè)置有多個(gè)隔艙板，將鋼梁主體分割為多個(gè) 主體箱，主體箱的連接處通過隔艙板加固連接，增加整個(gè)托 底鋼梁的強(qiáng)度。

托底鋼梁兩端設(shè)置有破土裝置，包括：破土耙齒、加 強(qiáng)三角板、緩坡?lián)醢搴痛怪睋醢宓取?/div>

鋼梁主體箱的上下表面箱體上設(shè)有多個(gè)進(jìn)水孔，以平

衡鋼梁內(nèi)外壓差。

2  設(shè)計(jì)思路

該托底鋼梁需要設(shè)計(jì)以下內(nèi)容：

鋼梁主體結(jié)構(gòu)，包括主體箱型結(jié)構(gòu)、眼板和破土裝置。 鋼梁主體箱型結(jié)構(gòu)設(shè)有多個(gè)，兩鋼梁主體箱型結(jié)構(gòu)首尾相 連，鋼梁主體箱為中空設(shè)計(jì)，并通過開孔與外界海水連通， 消除內(nèi)外壓差。鋼梁主體端部設(shè)置有連接眼板和破土裝置。

鋼梁主體設(shè)置有若干個(gè)隔艙板，兩鋼梁主體箱型結(jié)構(gòu) 的連接處通過隔艙板加固連接，增加整個(gè)托底鋼梁的強(qiáng)度。

破土裝置包括破土粑齒、加強(qiáng)三角板、緩坡?lián)醢搴痛?/div>

直擋板。加強(qiáng)三角板垂直設(shè)置在破土粑齒上，增加破土耙齒 的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。破土粑齒和加強(qiáng)三角板垂直設(shè)置在垂直擋板的 側(cè)面上，相鄰的兩個(gè)加強(qiáng)三角板之間設(shè)置緩坡?lián)醢濉?/div>

另外，該托底鋼梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮了300m 水深處水的 壓強(qiáng)作用，為了抵抗彎曲，避免屈曲的發(fā)生，通過鋼梁主體 內(nèi)部設(shè)置的橫向隔艙板以及縱向板材上設(shè)置的角鋼加強(qiáng)結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度。另外，鋼梁外部板材上均開有小孔，平衡內(nèi)外壓差。

該托底鋼梁兩端設(shè)置有供起吊的眼板，可以利用水面 的大型提升裝置，通過起吊鋼絲繩連接到托底鋼梁兩端的眼 板上，將沉船提升至水面，完成大深度大噸位沉船的打撈作

業(yè)。

3  托底鋼梁設(shè)計(jì)圖紙和結(jié)構(gòu)校核

3.1托底鋼梁設(shè)計(jì)圖紙

托底鋼梁設(shè)計(jì)圖紙如圖1所示。

圖2 托底鋼梁端部破土結(jié)構(gòu)

3.2 托底鋼梁結(jié)構(gòu)校核

本文采用大型通用有限元軟件ANSYS 16.0對該托底鋼 梁進(jìn)行建模計(jì)算，校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。計(jì)算模型所有板材采用 的是Shell181 單元，板材上的角鋼采用的是Beam188單元。 在托底鋼梁與船體接觸兩端施加簡支約束，在該托底鋼梁兩端眼板上分別施加250t 的載荷。托底鋼梁有限元模型和約

束、載荷條件如圖3所示。