梁　業(yè)

寶鋼湛江鋼鐵有限公司

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臺風(fēng)多發(fā)地區(qū)港機防風(fēng)設(shè)計

梁業(yè)

寶鋼湛江鋼鐵有限公司

針對南方臺風(fēng)多發(fā)、風(fēng)災(zāi)強度較大的特點，在介紹目前港口機械防風(fēng)裝置的主要結(jié)構(gòu)型式及其優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，總結(jié)過去在防臺風(fēng)方面的經(jīng)驗教訓(xùn)，提出了傳統(tǒng)防風(fēng)裝置的改進方案，以及增加防風(fēng)斜拉索等新的防風(fēng)思路和解決辦法。

港機設(shè)備; 防風(fēng)防臺; 斜拉索; 阻尼

1　前言

近年來，由于氣候變化，超強臺風(fēng)頻繁襲擊我國南方地區(qū)，傳統(tǒng)的港機防風(fēng)方式已較難滿足超強臺風(fēng)的防風(fēng)防臺需要。2014年“威馬遜”、2015年“彩虹”、2016年“尼伯特”等超強臺風(fēng)給受災(zāi)港區(qū)造成了較大損失，其中南方某港區(qū)，在2015年“彩虹”臺風(fēng)中，多臺門座起重機、卸船機傾覆入海，造成巨大經(jīng)濟損失。因此，探討適宜超強臺風(fēng)環(huán)境的防風(fēng)設(shè)計措施很有必要。

2　港口機械防風(fēng)裝置的主要型式

目前的港口機械，主要防風(fēng)裝置型式有輪邊制動器、防爬鐵鞋、防風(fēng)拉桿、夾軌器、錨定器等。

輪邊制動器主要工作原理是，對車輪施加制動力矩，在風(fēng)力作用下，制動摩擦片與車輪之間產(chǎn)生相反的、阻止車輪滾動的摩擦阻力，達到將車輪滾動摩擦轉(zhuǎn)為滑動摩擦的目的。輪邊制動器一般只用于大車運行機構(gòu)的被動車輪制動。

防爬鐵鞋主要工作原理是，穿鎖在靠近車輪的鐵軌上，輪軌之間由滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ粒柚管囕喦斑M，起制動防溜作用。

防風(fēng)拉桿(索)主要由螺桿(鋼絲繩)、螺套、鎖緊螺母、銷軸和地錨等用具組成，用以抵抗臺風(fēng)作用于大型起重機時產(chǎn)生的上拔力。垂直使用時僅承受上拔力,與地面成角度使用時除能承受上拔力外還承受風(fēng)作用產(chǎn)生的水平力[1]。

夾軌器主要工作原理是，通過夾鉗夾住軌道的兩側(cè)，與軌道產(chǎn)生摩擦力，從而起到抗風(fēng)作用。夾鉗一般通過重錘杠桿或彈簧力夾緊，靠液壓系統(tǒng)中油缸力松開。

錨定裝置主要工作原理是，通過錨定插板插入碼頭面上的錨定坑,起到防止港機水平走動的作用。錨定插板插入錨定坑后，之間的間隙需要制作各種厚度的塞鐵填滿。

3　強臺風(fēng)對防風(fēng)裝置的破壞形式

2015年“彩虹”臺風(fēng)造成南方某港區(qū)港機傾翻的防風(fēng)裝置破壞形式主要有以下6種，這也是目前多數(shù)港口機械防風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中存在的值得探討地方：①拉桿(系纜)地面預(yù)埋破壞；②拉桿拉斷；③拉桿座子拉脫、拉桿座焊接箱梁處拉裂；④夾輪器、鐵鞋失效移動；⑤錨定坑撕裂；⑥夾軌器夾住軌道扭斷。

根據(jù)現(xiàn)場的情況分析，夾輪器、鐵鞋在強臺風(fēng)狀態(tài)下的防爬效果并不明顯，夾輪器的摩擦面與輪面較為光滑,摩擦力低；鐵鞋在增強摩擦力方面的設(shè)計還需改進。此外，由于防風(fēng)拉桿設(shè)置離大車本體太近，而且角度為垂直，防傾翻能力并不強。錨定插板插入錨定坑的深度方面，一是由于碼頭與港機設(shè)計并非同一單位，加上施工誤差等因素，對錨定插板與錨定坑立板的接觸長度沒有一個明確的要求，實際港機在插入碼頭錨定坑時深度高低不一，這也是多數(shù)港口設(shè)計、運營單位和港機設(shè)計單位容易忽略的問題之一；二是錨定插板放下后，原則上需要用塞塊塞緊插板和錨定坑立板之間的間隙，但目前此間隙允許的最大數(shù)值并沒有相關(guān)的行業(yè)安裝標準或規(guī)范。這種情況下如果間隙過大，在防風(fēng)拉桿等裝置失效時，港機防風(fēng)錨定插板在強風(fēng)的作用下反復(fù)沖擊錨定坑，最終必將導(dǎo)致錨定坑被破壞失效。

4　適用于強臺風(fēng)地區(qū)的防風(fēng)加固設(shè)計方案探索

4．1對傳統(tǒng)防風(fēng)裝置的改進

針對上述不足，在設(shè)計上做了改進:

(1)加強預(yù)埋、錨定坑、拉桿設(shè)計。錨定坑用板由20 mm改為30 mm，并將支撐筋板由2塊增加到3塊。采用加粗拉桿(2 500 t/h卸船機由?60 mm拉桿改為?80 mm)，增加拉桿座筋板，加大預(yù)埋螺栓直徑和預(yù)埋深度，拉桿座焊接處箱梁內(nèi)部增加立板，以改善拉桿座和箱梁的受力情況，防止撕裂。

(2)將鐵鞋改為長舌型，通過車輪壓鐵鞋舌增加摩擦力，棄用單靠鐵鞋弧面與輪緣貼緊的型式，鐵鞋上帶高強度螺栓對軌道進行鎖緊[2]。目前很多港機上的鐵鞋，要么不是長舌型的，要么不帶螺栓或者螺栓數(shù)量、強度不夠。

(3)按設(shè)計的抗風(fēng)風(fēng)速對各裝置受力進行計算核驗，計算核驗錨定插板插入錨定坑的深度，確保上述設(shè)計滿足風(fēng)速要求。

(4)考慮最薄的塞塊調(diào)整余量，在技術(shù)規(guī)程上把錨定插板與錨定坑立板之間的塞緊間隙規(guī)定為最大不超過3 mm。

4.2新增加防風(fēng)斜拉索設(shè)計

為使設(shè)備達到能抵抗75 m/s超強臺風(fēng)的設(shè)計要求(近年來發(fā)生的超強臺風(fēng)大多超過60 m/s,2015年彩虹臺風(fēng)風(fēng)速67.2 m/s)，考慮到目前防風(fēng)拉桿上述設(shè)計受力上的缺點，提出了新增斜拉索方案(見圖1)。

圖1　斜拉索方案

斜拉索設(shè)置在港機的4個角，每個角分別設(shè)置高位拉索和低位拉索各1根。防風(fēng)斜拉索的設(shè)置，一方面可以增大抗風(fēng)的力學(xué)阻尼系數(shù)，消除或減弱港機在受風(fēng)狀態(tài)下產(chǎn)生搖擺晃動甚至可能引起的共振；另一方面類似“電線桿斜拉線”一樣，使抗風(fēng)力矩更大，在抗傾翻方面起到比防風(fēng)拉桿更好的效果。

在實際防風(fēng)操作上，斜拉索不可能完全繃直，而且拉索鋼絲繩有一定拉長韌性，所以斜拉索的作用主要還是在產(chǎn)生力學(xué)阻尼從而實現(xiàn)防傾翻；在防止大車滑移上，防風(fēng)拉桿、夾軌器、夾輪器、防爬鐵鞋等仍然具有存在的必要性。

由于拉索自重較大，所以斜拉索的防風(fēng)拉緊操作是一個難題。設(shè)想可采取2種方法進行改善：一種是利用液壓緊繩器，先把斜拉索和地錨用手拉葫蘆連接并拉到一定長度，之后利用手動液壓千斤頂一步步把斜拉索收緊后用大螺母鎖緊，此方法繁瑣、耗時耗力，但牢固可靠；另一種是直接用電動液壓拉桿的形式收緊，此方法優(yōu)點是快速，缺點是安裝工程較大，成本較高，且需考慮相關(guān)設(shè)施不干涉海側(cè)纜樁系纜。至于哪一種拉緊方法更加適合現(xiàn)場使用，有待進一步探索論證。

5　結(jié)語

港口設(shè)備防風(fēng)是一項長期持續(xù)的工作，不止在技術(shù)上，還在管理上。技術(shù)人員應(yīng)定期對防風(fēng)裝置進行檢查，如對夾軌器定期做夾紙試驗，每年臺風(fēng)季節(jié)到來前做防風(fēng)檢測試驗等。在斜拉索的拉緊操作方面，除了上述的兩種方法之外，還應(yīng)研究探討更便捷、更可靠的方式。

[1]包起帆，沈沨. 港口大型起重機抵御風(fēng)害的安全措施[J]. 起重運輸機械.2006(11)：1-5.

[2]洪福源. 總結(jié)經(jīng)驗，研究對策，提高大型港口機械防臺能力[J]. 港口科技動態(tài)，1997(09)：7-9.

梁業(yè)：524072，廣東省湛江市東海島東簡鎮(zhèn)

Anti-Wind Design of the Port Equipment in the Typhoon Prone Area

Liang Ye

Baosteel Zhanjiang Iron&Steel Co., Ltd.

According to the characteristics of south area that typhoon frequently happens and wind intensity is relatively strong, this paper introduces the main structure of the anti-wind device of the port equipment. Then both the advantages and disadvantages of the novel device are discussed. By summing up the past experience of guarding against typhoon,the author proposesan improvement schemefor the traditional anti-wind device. It also provides the new anti-wind suggestion such as increasing the anti-wind cable and the corresponding solution for the port equipment in the typhoon area.

port equipment; anti-wind; cable; damping

2016-07-16

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.05.005