浮码头撑杆的技术革新

田承龙王海英

摘要：经过多年的使用和维修经验摸索，通过对方形撑杆和圆形撑杆强度计算，找出圆形撑杆的不足，自更新改造后，至今有七年，未进行撑杆维修。证明结构改造是成功的。因此，在文章中，针对浮码头作为选题，调查当前的实际发展现状，确立出合理的发展目标，详细分析问题的产生原因，保证在合理措施和科学计算方式下，实现技术的革新发展。

关键词：撑杆；方撑；圆撑；强度计算

浮码头位于水位变幅度小的情况下，在河港和海港上都可以对其使用。但是在装载工作中，由于实际运行不方便，在码头进行装箱期间，很少使用浮码头结构方式。为了为其提供方便，可以在引桥较大坡度下，实现加固，以确保在整体上对其充分使用。

一、选题理由

浮码头与岸边连接一般由行人引桥与撑杆配合完成，其中，定期为引桥进行维护保养，而撑杆一般是方形，更新维护较多，维修成本大。

我厂浮码头撑杆原为方撑，在多年的使用过程中，我们平均2年要对撑杆进行一次更换，平均每年都不定期对撑杆进行修理、维护，维修成本较高。我们对撑杆的情况进行分析，包括材料、撑杆形式、制作工艺过程，认为可以有针对性地加以改进，改变目前的状况。

二、现状调查

现浮码头方撑，长为24.4米，单边有扶梯，可以行人。基本上每半年左右，方撑头部都由于海浪、潮汐拍击而偏移、深陷、局部变形，甚至有的出现裂纹，加上我们整体保养不及时、不到位，所以说方撑得应用性能和使用寿命将会急剧缩短，就是在正常情况下，如遇突发状况，例如：台风天气、过往船只急速行驶而带来的巨大海浪冲击力，可使撑杆短时间内出现问题。而2010年10月份左右出现的一次事故：由于过往船只超速行驶而导致浮码头中间2#撑杆靠岸侧局部整体断裂，就是一个鲜活的例子。同时，由于我厂船体车间军、民品生产任务繁重，对新制撑杆的制作周期长，工艺要求高度客观因素，使我们有必要对现使用方撑进行一次总结和思考。

三、确定目标

通过现场观察，设计出一个设计、制作工艺简单，强度高，维修易操作等特点的撑杆，试做一个，通过现场使用逐步观察其使用情况，然后再推广使用。

四、因果分析

对原撑杆的断裂原因进行分析，列举如下：第一，设计因素：设计强度不够；结构不合理；材料选择不合理。第二，制作因素：制作工艺不合理；焊接质量不佳；人为操作不当责任心不强。第三，自然环境因素：海风侵蚀影响；环境温度湿度影响。第四，维护保养因素：维护管理不到位；维护保养不及时；涂装保养质量不好。第五，其它因素：潮汐力影响；自然不可抗拒力破坏。

五、主要原因分析

主要对以上因果分析罗列的5个方面进行分析，确认撑杆损坏的一些主要因素和次要因素。

1、设计因素

通过图纸资料查证，空心方撑设计上较合理，能够承受强力冲击，材料选择为Q235，均有化学成分分析和产品质量证明书。经过分析可排除设计因素。

2、制作因素

1）制作工艺不合理。通过现场跟踪撑杆的制作过程发现制作工艺基本合理，符合设计要求[1]。

2）焊接质量不佳。仔细对撑杆破坏点进行检查，我们发现断裂处多为焊接处，因有一个问题是：焊接为单边，与设计要求双面焊不符。电焊工都是具备上岗资质，

3）人为操作不当责任心不强。通过工作总结和现场观察可认为电焊工工作能力尚可，责任心不强，没有严格按照设计图纸进行施工，因此可确认为主要因素。

3、维护保养因素

1）管理不到位。经过检查可发现，码头基础设施的实际管理单位为生产保障处，每年都有派工卡下放定期维护保养通知，不定期对码头基础设施进行检查。

2）维护不及时。经过几次抽查，可发现2#浮码头基础设施维护涂装油的甚至根本就没有去做。确认为主要因素

3）涂装质量不好。由于码头所处环境因素，一般涂装可维持1年左右，突状工作基本按工艺要求在做，没有太大出入。

4、自然环境因素

1）海风侵蚀（风蚀）。维护保养工作做好，可有效地抵御风蚀，延长撑杆的使用寿命，但风蚀的腐蚀伤害非常严重，每年我们都对链条、U型螺栓、撑斗等设施进行不定期更换和修理。

2）环境温、湿度。任何码头基础实施与设备的老化、腐蚀都与环境有一定关系，但这种微弱影响是长期的，缓慢的，可不计[2]。

5、其它因素

1）自然不可抗拒外力破坏因素。2010年10月，我们遇到过一起这样的事故，但我认为，那是我们的设备质量不佳，维护保养不到位，才导致撑杆的腐蚀严重。而该事故的发生，也只是量的积累达到质变而已。

2）潮汐力因素。不间断的影响，且撑杆受力间歇式，无规律，可定为次要因素。

六、要素确认

1、主要因素：焊接质量不佳和维护保养不及时。

2、次要因素：潮汐力影响，海风侵蚀[3]。

七、制定相应对策

针对以上情况，我们多次经过分析，指出问题的结症所在，通过与制作单位进行沟通协调，但类似问题还是会发生，为什么？那么我们经过反复设计和考虑，改变撑杆结构，降低焊接难度，减少制作周期。

把原方撑杆六面焊变为圆撑杆圆周焊接设计，24.4米可分每6米焊接一处，撑杆主体部位只需4处焊接即可，大大降低焊接点。同时，加大厚度由原来的8mm变为12mm。即使涂装保养不及时、不到位，撑杆的使用寿命也会大大延长，而经过计算G圆=3548kg＜G方=3752kg，圆撑杆比方撑略轻，符合我们的设计目的[4]。

八、撑杆截面选择的计算

选择合理的截面形状是撑杆设计的关键点，圆环截面和方环截面都为较合理的截面形状，但对比两种截面形状，计算后的圆环截面比方环截面略大，也就是说，在相同的许用应力的作用下，截面面积大的可承受更多的作用力，（拉伸力、弯曲力、扭曲力等）[5]。

根据F≤A[б]进行计算

式中F——危险截面上的作用力

A——危险截面的面积

[б]——材料的许用应力

按方撑杆最大截面面积计算（尺寸是600×600×8）

F方=0.62－0.5882=14.256×10-3米2

圆环撑杆截面面积计算（尺寸φ500×12）

F圆=πR2－πr2=3.14×0.252－3.14×0.2382=18.39×10-3米2

可知A圆＞A方，相同许用应力下圆环截面形状可比方环截面形状承受较大的作用力，就是F圆＞F方

由上可知，我们选择圆环截面具有更高的安全性能，可进行试制应用[6]。

总结：

在长江中下游地区码头，经常会使用定位墩系统，以促使船舶的停靠。在文章中，为浮码头提供撑杆技术，实现技术的革新发展，将保证其作用的实现，尤其是基于一定计算，分析撑杆的截面面积，保证在较大承受压力下，也能促使其安全性能的实现和发挥，并对其充分应用。因此，通过本文的分析和研究，将浮码头作为课题的研究对象，对其作出一系列分析，为我国船舶事业以及运输发展提供有利保障，也保证国民经济水平的稳步提升。

参考文献：

[1]张翼.特大桥桥墩钢管桩围堰方案有限元对比分析[J].公路工程，2017（5）:242-246.

[2]尹秀凤，刘静，李磊，等.拖航工况自升式平台桩腿结构强度计算分析[J].船海工程，2013（2）:100-102.

[3]任宪刚，贾鲁生.风暴和作业状态下海洋自升式平台桩腿结构强度研究[J].船舶工程，2012（1）:74-78.

[4]王鹏.柔性基坑支护体系的局限性与应对措施研究[J].铁道工程学报，2015（10）:51-56.

[5]薄景富，杨树耕，李铎，等.导管架管节点穿透裂纹应力强度因子数值分析[J].石油矿场机械，2014（2）:15-20.

[6]詹伟刚，陆念力，兰朋.计及附着柔性的塔式起重机附着撑杆受力计算分析[J].工程机械，2011（5）:50-55.