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带缆桩系缆模式及强度校核原则分析

更新时间:2016-07-05

0 前言

带缆桩作为船舶系泊属具,用以系固和操作缆索。系于带缆桩桩柱上的缆索与码头缆桩或其他系固点进行连接,以实现船舶的系泊和拖带。带缆桩直接承受缆索或拖索的载荷,自身必须有足够的强度。带缆桩通常只允许一条缆索系固其上,但实际船舶中往往看到两条缆索同时系在一个带缆桩上。这种系缆方式和系缆习惯直接影响带缆桩的负荷,从而影响带缆桩的长期使用,并影响系泊效率。

直接作用于带缆桩的系缆方式将统称为带缆桩系缆模式。以双柱带缆桩(普通带缆桩)为例,OCIMF依据标准ISO 3913推荐两种系缆模式,分别是“8”字系缆模式和绳圈系缆模式,并作为常规系泊模式,用于考核带缆桩强度[1]。在实际使用过程中,为适应多种系泊要求,系缆模式不再囿于上述范围,趋向多元化,改良后的系泊模式常常作为经验被推广。个别时候带缆桩还要充当导缆中介的角色。

洋山港主航道是大型船舶进出洋山港的专用双向航道。大型船舶从黄泽洋灯船进入洋山港主航道,以航向281°航行6.6 n mile,驶过Y0灯浮后,改向279°通过Y1和Y8灯浮之间的航道到达洋山港警戒区,再转向至298°,接着航行3.5 n mile到达小岩礁,然后转向305°,经过一、二、三期港区至洋山港四期码头前沿水域。[3]全程共计约29 n mile,航道设计水深16.5 m,航道宽度550~1 000 m。航道最窄处位于小岩礁附近约为550 m,最小水深为16.5 m。[4]

多种系缆模式中带缆桩的负荷,新系缆模式是否合理,带缆桩的强度校核原则是否发生变化,都值得研究。本文针对上述问题进行探究,以期为带缆桩的使用提供合理建议。

1 带缆桩系缆模式

“8”字系缆模式是最常见的系缆模式,即缆索绕过带缆桩的双柱,缆索最少缠绕5圈,并尽量贴近桩柱的根部,见图1。

图1 “8字”系缆模式

另外一种常见的系缆模式是绳圈系缆,即缆索通过绳圈套在带缆桩距离舷侧较近的桩柱上,如图2所示。绳圈又称琵琶头,此种系缆模式同样适用于拖带模式。

图2 绳圈系缆模式

模式F——缆索缠绕在一个桩柱上数圈,一端缆索为自由端,称为“O”型带缆模式[3],见图 8。 为防止脱缆,缆索端部自由端需要系固。

模式A——在双桩上挽回头缆,即将缆索的琵琶头套在双桩中较远的一个柱上,再将双股的系缆从导缆孔送出到岸桩套上[2],见图 3。

图3 模式A

模式B——缆索在端部形成一个“8”字圈套绕在桩柱底部,该绳圈中间相互固定,系泊缆索从固定处引出,见图4。

本次研究得出,在条件允许的情况下尽量应用多种方法联用进行诊断,以减少伪影干扰及患者个人病症发展状况对诊断的影响,而MRI结合MRA的筛查方案价格可能对于部分患者来说,存在一定的经济负担,此外,患者图像的判断也需要医师的经验,所以应尽可能选择经验较为丰富的医师进行图像分析,以保证诊断的准确性。

图4 模式B

模式C——2条缆索均“8”字环绕,缆索一端为自由端,见图5。

图5 模式C

模式D——缆索绕过桩柱,桩柱起到缆索导向功能,见图6。

图6 模式D

模式E——依据船员经验,系缆索一端套在一个桩柱上,在第二个桩柱上绕几圈后再作“8”字形系绕[3](见图 7),此方式被称为改进的“8”字系缆模式。

综上所述,采用PDCA循环护理模式对PICC置管患者进行护理,护理质量得到明显的升高,有效地预防导管相关并发症的发生,降低并发症发生率,利于患者治疗的顺利开展,促进治疗效果升高,让患者尽早康复出院,提高患者对护理的满意程度。

图7 模式E

其他系缆模式以上述模式为基础,可总结为以下几种情况:

2 带缆桩外力负荷分析

μ——缆索与桩柱上的静摩擦因数,一般为0.3

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缆索缠绕桩柱5圈后将产生较大的摩擦力,需要拉动的外力将远高于主缆外力,缆索便系紧,形成一个类似绳圈系固模式。此理论可解释“8”字系缆模式和“O”型系缆模式中,缆索缠绕5圈即可达到系缆作用。

图8 模式F

图9 “8”字系缆受力分析

T2——从动缆拉力,N;

e——自然指数,e取2.718;

按照响应面法得出最佳的发酵工艺,发酵得出百香果酸奶色泽均匀,为浅黄色;组织细腻,凝乳均匀,口感润滑,仅有极少量乳清析出,无分层、气泡;乳香和百香果特有香味浓郁,气味清新,且甜度适口,感官评分达94.33。

μ——缆索与桩柱上的静摩擦因数,一般为0.3

ω——缆索在桩柱上的包角,rad;

根据式(1),从动缆的作用力要小于主动缆,随着包角、摩擦系数的增大急剧变小。假定主缆作用力为缆索作用力F,缆索环绕5圈,经推导可获得计算结果如下:当μ=0.138时,带缆桩合力约为2F;当μ=0.2时,带缆桩合力约为1.55F;当μ=0.3时,带缆桩合力约为1.23F。由于缆索与带缆桩之间的静摩擦因数不可能过小,那么1.5F可视作一条缆索“8”字系缆时桩柱上合力的极限值,3F可视作两条缆索“8”系缆时桩柱上合力的极限值[4]

根据“索绕三道紧”的说法,当一端力为F,绳绕m圈,另一端的外力如果小于F′时就不能拉动绳子,F′的获得参见式(2)[5]

式中:e——自然指数,e取2.718;

m——缆索绕圈数量;

以“8”字系缆模式为例,受力分析如图9所示。其依据为主动缆拉力T1和从动缆拉力T2关系的欧拉公式[4]见式(1):

式中:T1——主动缆拉力,N;

DA——缆桩考虑焊接等因素后的等效外径,mm;

假定缆索力为F,带缆桩受外力为P,借鉴式(1)和式(2),可获得系缆模式下带缆桩受力负荷,详见表1。

表1 带缆桩负荷分析

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表1显示,“8”字系缆模式和绳圈系缆模式中,除缆索力外还要考虑缆索的弯曲作用;当两根缆索同时作用时,情况会更加严峻,如模式A和模式C。在模式D中,缆索直接绕过桩柱并靠近桩柱顶部,带缆桩负荷较大,对桩柱根部产生较大弯矩,应当尽量避免。模式E较传统“8”字系缆模式,降低了带缆桩负荷,有利于系缆。模式F利用单柱系缆,另一桩柱也可独立系缆,可提高系泊效率。

3 带缆桩强度校核原则分析

外力明确时,可对带缆桩进行有针对性的强度分析。但在选型初期,由于系缆模式并不确定,带缆桩强度分析属于笼统分析,需要按照最危险状态进行校核,可参见GB/T 554—2008(以下简称国标)中A.1.1和A.1.2部分。此时,带缆桩的负荷状态按照两条缆索作用或考虑2倍缆索作用力。

国标中A.3对于带缆桩应力计算有特别要求,即在A.1.1和A.1.2描述的负荷下,带缆桩桩柱最大剪切应力按照式(3)计算:

在喷浆管下沉至设计要求的深度后,结束钻进过程,但旋转保持,将泥浆泵的实际压力提高到设计要求,持续注浆0.5min后,在喷浆的同时进行旋转,按设计提出的提升速度对钻杆进行持续提升。确认达到设计要求的深度以后,将空压管及水管等都接好,启动钻机、水泵、泥浆泵及空压机开始旋转,用仪表对实际的风量、压力与流量进行监控,检查确认达到要求的数值后,开始缓慢提升,期间不断进行旋喷,到要求的高度后结束施工。

式中:F——缆索破断力,N;

当缆索作用位置离开桩柱根部时,会产生附加弯矩,从而加剧缆桩负荷。

dA——缆桩考虑焊接等因素后的等效内径,mm

由于带缆桩为环形截面构件,所以根据弯曲特性及剪切应力确定方法[6],当2条缆索分别以“8”系缆,缆索作用力为F时,带缆桩桩柱最大剪切应力见式(3)。最大剪切应力为平均剪切应力的2倍,并且位于截面中和轴处,应当高度重视。

拖带模式下带缆桩强度校核可参见标准ISO 13795∶2012 中 A.2.4.3 部分。

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4 结语

1)“8”系缆模式和绳圈式系泊具有广泛的应用,新衍生出的系泊模式都基于上述模式。缆索多圈环绕或“8”字时,缆索缠绕圈数最好不小于5圈;缆索尽量靠近桩柱根部,缆索自由端应尽量系固。

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2)“8”系缆模式和绳圈式中带缆桩负荷情况是带缆桩较为严峻的负荷情况,改进的“8”字系缆模式和“O”型系缆模式可以降低带缆桩负荷,提高系缆效率。2条缆索“8”字系缆或挽回头缆时都加剧带缆桩的负荷,应尽量避免。带缆桩桩柱充当导缆角色时,也应当尽量避免。

对28 d抗折强度平均值进行数据处理,该散点分布图利用Exponential函数进行拟合,通过Matlab软件利用最小二乘法原理进行曲线拟合,得到图3所示的拟合曲线。

3)国标中带缆桩的负荷状态已经考虑两条缆索作用或考虑2倍缆索作用力,基于此标准设计的带缆桩在上述系泊模式中均是安全的;国标中应力计算公式是综合考虑了弯曲和剪切后的应力计算公式,应直接作为带缆桩强度分析的校核准则之一。

综上所述,多元化系泊模式适应系泊要求,仍以传统系缆模式为准,改进的系泊模式可以提高系缆效率,值得推广。国标依然可以作为带缆桩初步选型时强度校核的基本依据。

广义的社会调查方法包括抽样调查研究、实地研究、文献研究、实验研究等方法类别。狭义的社会调查方法仅指抽样调查研究方法,“指的是一种采用自填式问卷或结构式访问的方法,通过直接的询问,从一个取自总体的样本那里收集系统的、量化的资料,并通过对这些资料的统计分析来认识社会现象及其规律的社会研究方式”。[2]抽样问卷调查是社会调查研究方法中的重点和主线。大家其实很容易重视这种量化调查方法,因为它在历史发展过程中逐步完善,具有科学性,能带给我们启迪,并且真正有效、可行。

[参考文献]

[1] OCIMF.Mooring Equipment Guidelines (MEG 3) [S].Oil Companies International Marine Forum,2008.

[2]张亚赞.船舶靠泊期间系缆安全的探讨[J].集美航海学院学报,1997(3):26-30.

[3]李坚波,沈正湘,韩树刚,等.船舶高负荷带缆桩设计方法[J].船海工程,2015(2):47-50.

[4]周立新,李敏,沈昂,等.关于船用双柱带缆桩标准的修订建议[J].船舶标准化与质量,2013(3):36-42.

[5]王伟民.绳绕圆柱体的摩擦力分析[J].物理教师,2014(10):65-66.

[6]王守新.材料力学[M].大连:大连理工大学出版社,2004.

倪伟平
《船舶设计通讯》 2018年第2期
《船舶设计通讯》2018年第2期文献

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