【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航道疏浚，尤其涉及一种水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法。
技术介绍
1、航道整治、港湾疏浚是确保航道通畅、保证船只安全通行的重要工程活动，其主要包括泥沙等沉积物、礁石等障碍物的清除工作。航道疏浚通常采用工程船(如抓斗船、挖泥船、清礁船)进行，传统的工程船疏浚时，会对疏浚区域附近的既有构筑物造成破坏，危及其结构安全，而且，疏浚后产生的礁石需要采用另外的清渣船清挖掉，施工过程中，需要封航警戒，其施工时间不可控、施工难度大、成本不易控制。例如，在水下清礁时，通常采用单一的工程船结合水下钻孔爆破法进行水下清礁，这种方法会对施工人员、施工船舶、江中生物以及陆上临近的建筑物和居民造成较大的安全威胁，爆破后产生的石渣无法快速清除会影响到航道通行。航道疏浚过程中，工程船的稳定性、抗倾覆能力是确保航道疏浚安全的重要因素，因此，在靠近码头、船闸等既有构筑物的区域进行航道疏浚的过程中，如何提供一种结构稳定的水上施工用的操作平台，如何减小疏浚过程对既有构筑物及疏浚区域周围的通行船只的影响，提高疏浚设备的疏浚效率和适用范围，减少疏浚难度和疏浚成本，是航道疏浚过程中重点考虑的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，该方法结合施工平台顶部施工装置的施工工况，对施工平台的结构强度进行校核；还结合双船体操作平台应用环境，对双船体操作平台进行静水力计算和完整稳性计算，结合校核和计算数据，能够优化
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面。
3、一种水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，包括以下步骤：
4、步骤一、获取单个片体、双船体以及施工平台的设计参数；建立船体坐标系，根据获得的参数绘制型线图，建立双船体操作平台模型；双船体操作平台包括并排布置的片体一和片体二，片体一顶部和片体二顶部通过施工平台连接，施工平台的左右两端分别延伸至双船体操作平台的左右船舷处；
5、步骤二、在施工平台顶部施加不同类型的载荷，分析施工平台结构在不同作业工况下的变形和应力分布情况，对施工平台进行强度校核；
6、步骤三、结合型线图，对双船体操作平台进行静水力计算；
7、步骤四、将双船体操作平台上的燃料和备品类型分为全部燃料及备品、10％燃料及备品，将双船体操作平台的作业工况分为作业、航行/停泊和避风；结合型线图和静水力计算数据，分别计算双船体操作平台在不同燃料和备品对应的不同作业工况下的完整稳性，结合双船体操作平台在所有作业工况下的完整稳性的计算数据，得到双船体操作平台的完整稳性计算结果，将完整稳性的计算结果作为双船体操作平台稳定性是否合格的判定依据。
8、优选地，所述步骤二包括：采用abaqus和hypermesh对施工平台进行有限元分析，得到施工平台的位移云图和应力云图；对位移云图进行分析，得到施工平台的最大变形值、最大变形值所对应的变形位置，将最大变形值与施工平台的长度相比较，判断施工平台的刚度是否符合设计要求；对应力云图进行分析，得到施工平台的最大应力值、最大应力值所对应的位置，将最大应力值与施工平台的屈服强度相比较，判断施工平台的安全余量是否符合设计要求；若施工平台的刚度和安全余量均符合设计要求，进行步骤三，若施工平台的刚度和/或安全余量不符合设计要求，调整施工平台的结构和\或材料后，再次对施工平台进行有限元分析，直至施工平台的刚度和安全余量均符合设计要求。
9、优选地，设定链接关系时，将焊缝与钢梁、焊缝与钢板、钢梁与钢板之间的链接关系设置为共节点关系，将载荷施加位置参考点与具体施加的区域涉及的节点之间的链接关系设置为耦合关系。
10、优选地，在施工平台顶部施加不同类型的载荷时，在施工平台的其中一对角位置的旋挖钻机作用区域施加扭力和集中力，在另一对角位置的挖掘机作用区域施加集中力。
11、优选地，所述静水力算过程包括：船体纵倾角为0时，将船体z向分为多个不同的截面，每一截面高度对应吃水深度，在每一吃水深度下，获得船体在该吃水深度下的水线船长和水线船宽，计算船体在每一吃水深度下的静水力参数以及全部吃水深度下的静水力参数，所述静水力参数包括浮性参数、初稳性参数和船型系数参数。
12、优选地，计算静水力曲线时，分别计算片体一、片体二和双船体操作平台的静水力曲线。
13、优选地，当船体纵倾角不大于2度时，所述静水力计算还包括邦金曲线计算。
14、优选地，所述步骤四中，在每种工况下，双船体操作平台的稳定性计算包括重量和重心位置、自由液面、浮态与初稳性、载荷分布曲线、稳性力臂曲线以及风压倾侧力矩计算。
15、优选地，当双船体操作平台处于作业工况下时，还包括舷边起升倾侧力矩的计算，所述舷边起升倾侧力矩的计算过程包括：双船体操作平台左右两侧的旋挖钻机吊臂架和钻杆、钻杆带出的疏浚物等重量总和wx，旋挖钻机吊臂架和钻杆、钻杆带出的疏浚物的总重心至纵中剖面距离bx，平衡力矩mi以及舷边起升倾侧力矩mx。
16、优选地，将计入修正的初稳性高度衡准[gm1]、最大复原力臂[lm]、最大复原力臂lm对应的横倾角[θm]、复原力臂曲线面积[a]、急流复原力臂曲线面积[aj]、风压稳性衡准数kf、急流稳性衡准数kj以及回航静倾角衡准结果[θh]作为完整稳性是否合格的判定指标。
17、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：
18、片体一和片体二通过施工平台连接形成双船体操作平台，施工平台的左右两端分别延伸至双船体操作平台的左右船舷处，能够保证双船体操作平台在航道疏浚作业施工中的稳定性和安全性；通过在施工平台顶部加载不同类型的载荷，对施工平台在不同作业工况下的强度进行校核，分析施工平台在不同作业工况下的变形和应力分布情况，能够确保施工平台的连接强度，保证施工平台在航道疏浚作业中的可靠性。
19、施工平台顶部的荷载类型包括旋挖钻机自身的集中力(重力和压力)、旋挖钻机疏浚施工中的扭力以及作为压载装置使用的挖掘机自身的集中力，将这些荷载同时加载于施工平台顶部的四角位置能够获得更为准确的变形和应力数据。
20、通过对双船体操作平台进行静水力计算和完整稳性计算，分析双船体操作平台在不同应用环境下的稳定性，根据计算结果能够优化结构设计，保证双船体操作平台在航道疏浚作业施工中的稳定性。双船体操作平台结合旋挖钻机进行航道疏浚的施工方法安全高效，能够减轻对疏浚区域附近的既有构筑物和通行船只造成的影响。
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1.一种水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，所述步骤二包括：采用ABAQUS和Hypermesh对施工平台进行有限元分析，得到施工平台的位移云图和应力云图；对位移云图进行分析，得到施工平台的最大变形值、最大变形值所对应的变形位置，将最大变形值与施工平台的长度相比较，判断施工平台的刚度是否符合设计要求；对应力云图进行分析，得到施工平台的最大应力值、最大应力值所对应的位置，将最大应力值与施工平台的屈服强度相比较，判断施工平台的安全余量是否符合设计要求；若施工平台的刚度和安全余量均符合设计要求，进行步骤三，若施工平台的刚度和/或安全余量不符合设计要求，调整施工平台的结构和\或材料后，再次对施工平台进行有限元分析，直至施工平台的刚度和安全余量均符合设计要求。
3.根据权利要求2所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，设定链接关系时，将焊缝与钢梁、焊缝与钢板、钢梁与钢板之间的链接关系设置为共节点关系，将载荷施加位置参考点与具体施加的区域
4.根据权利要求3所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，在施工平台顶部施加不同类型的载荷时，在施工平台的其中一对角位置的旋挖钻机作用区域施加扭力和集中力，在另一对角位置的挖掘机作用区域施加集中力。
5.根据权利要求1所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，所述静水力算过程包括：船体纵倾角为0时，将船体Z向分为多个不同的截面，每一截面高度对应吃水深度，在每一吃水深度下，获得船体在该吃水深度下的水线船长和水线船宽，计算船体在每一吃水深度下的静水力参数以及全部吃水深度下的静水力参数，所述静水力参数包括浮性参数、初稳性参数和船型系数参数。
6.根据权利要求5所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，计算静水力曲线时，分别计算片体一、片体二和双船体操作平台的静水力曲线。
7.根据权利要求5所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，当船体纵倾角不大于2度时，所述静水力计算还包括邦金曲线计算。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，所述步骤四中，在每种工况下，双船体操作平台的稳定性计算包括重量和重心位置、自由液面、浮态与初稳性、载荷分布曲线、稳性力臂曲线以及风压倾侧力矩计算。
9.根据权利要求8所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，当双船体操作平台处于作业工况下时，还包括舷边起升倾侧力矩的计算，所述舷边起升倾侧力矩的计算过程包括：双船体操作平台左右两侧的旋挖钻机吊臂架和钻杆、钻杆带出的疏浚物等重量总和Wx，旋挖钻机吊臂架和钻杆、钻杆带出的疏浚物的总重心至纵中剖面距离bx，平衡力矩Mi以及舷边起升倾侧力矩Mx。
10.根据权利要求8所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，将计入修正的初稳性高度衡准[GM1]、最大复原力臂[lm]、最大复原力臂lm对应的横倾角[θm]、复原力臂曲线面积[A]、急流复原力臂曲线面积[AJ]、风压稳性衡准数Kf、急流稳性衡准数KJ以及回航静倾角衡准结果[θh]作为完整稳性是否合格的判定指标。
...【技术特征摘要】
1.一种水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，所述步骤二包括：采用abaqus和hypermesh对施工平台进行有限元分析，得到施工平台的位移云图和应力云图；对位移云图进行分析，得到施工平台的最大变形值、最大变形值所对应的变形位置，将最大变形值与施工平台的长度相比较，判断施工平台的刚度是否符合设计要求；对应力云图进行分析，得到施工平台的最大应力值、最大应力值所对应的位置，将最大应力值与施工平台的屈服强度相比较，判断施工平台的安全余量是否符合设计要求；若施工平台的刚度和安全余量均符合设计要求，进行步骤三，若施工平台的刚度和/或安全余量不符合设计要求，调整施工平台的结构和\或材料后，再次对施工平台进行有限元分析，直至施工平台的刚度和安全余量均符合设计要求。
3.根据权利要求2所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，设定链接关系时，将焊缝与钢梁、焊缝与钢板、钢梁与钢板之间的链接关系设置为共节点关系，将载荷施加位置参考点与具体施加的区域涉及的节点之间的链接关系设置为耦合关系。
4.根据权利要求3所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，在施工平台顶部施加不同类型的载荷时，在施工平台的其中一对角位置的旋挖钻机作用区域施加扭力和集中力，在另一对角位置的挖掘机作用区域施加集中力。
5.根据权利要求1所述的水上施工用的双船体操作平台结构的设计方法，其特征在于，所述静水力算过程包括：船体纵倾角为0时，将船体z向分为多个不同的截面，每一截面高度对应吃水深度，在每一吃...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭茂军，向浩，成定林，林帅，黄洪林，
申请(专利权)人：中交第四航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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