台风多发地区港机防风设计

梁　业

宝钢湛江钢铁有限公司



台风多发地区港机防风设计

梁业

宝钢湛江钢铁有限公司

针对南方台风多发、风灾强度较大的特点，在介绍目前港口机械防风装置的主要结构型式及其优缺点的基础上，总结过去在防台风方面的经验教训，提出了传统防风装置的改进方案，以及增加防风斜拉索等新的防风思路和解决办法。

港机设备; 防风防台; 斜拉索; 阻尼

1　前言

近年来，由于气候变化，超强台风频繁袭击我国南方地区，传统的港机防风方式已较难满足超强台风的防风防台需要。2014年“威马逊”、2015年“彩虹”、2016年“尼伯特”等超强台风给受灾港区造成了较大损失，其中南方某港区，在2015年“彩虹”台风中，多台门座起重机、卸船机倾覆入海，造成巨大经济损失。因此，探讨适宜超强台风环境的防风设计措施很有必要。

2　港口机械防风装置的主要型式

目前的港口机械，主要防风装置型式有轮边制动器、防爬铁鞋、防风拉杆、夹轨器、锚定器等。

轮边制动器主要工作原理是，对车轮施加制动力矩，在风力作用下，制动摩擦片与车轮之间产生相反的、阻止车轮滚动的摩擦阻力，达到将车轮滚动摩擦转为滑动摩擦的目的。轮边制动器一般只用于大车运行机构的被动车轮制动。

防爬铁鞋主要工作原理是，穿锁在靠近车轮的铁轨上，轮轨之间由滚动摩擦变为滑动摩擦，阻止车轮前进，起制动防溜作用。

防风拉杆(索)主要由螺杆(钢丝绳)、螺套、锁紧螺母、销轴和地锚等用具组成，用以抵抗台风作用于大型起重机时产生的上拔力。垂直使用时仅承受上拔力,与地面成角度使用时除能承受上拔力外还承受风作用产生的水平力[1]。

夹轨器主要工作原理是，通过夹钳夹住轨道的两侧，与轨道产生摩擦力，从而起到抗风作用。夹钳一般通过重锤杠杆或弹簧力夹紧，靠液压系统中油缸力松开。

锚定装置主要工作原理是，通过锚定插板插入码头面上的锚定坑,起到防止港机水平走动的作用。锚定插板插入锚定坑后，之间的间隙需要制作各种厚度的塞铁填满。

3　强台风对防风装置的破坏形式

2015年“彩虹”台风造成南方某港区港机倾翻的防风装置破坏形式主要有以下6种，这也是目前多数港口机械防风系统设计中存在的值得探讨地方：①拉杆(系缆)地面预埋破坏；②拉杆拉断；③拉杆座子拉脱、拉杆座焊接箱梁处拉裂；④夹轮器、铁鞋失效移动；⑤锚定坑撕裂；⑥夹轨器夹住轨道扭断。

根据现场的情况分析，夹轮器、铁鞋在强台风状态下的防爬效果并不明显，夹轮器的摩擦面与轮面较为光滑,摩擦力低；铁鞋在增强摩擦力方面的设计还需改进。此外，由于防风拉杆设置离大车本体太近，而且角度为垂直，防倾翻能力并不强。锚定插板插入锚定坑的深度方面，一是由于码头与港机设计并非同一单位，加上施工误差等因素，对锚定插板与锚定坑立板的接触长度没有一个明确的要求，实际港机在插入码头锚定坑时深度高低不一，这也是多数港口设计、运营单位和港机设计单位容易忽略的问题之一；二是锚定插板放下后，原则上需要用塞块塞紧插板和锚定坑立板之间的间隙，但目前此间隙允许的最大数值并没有相关的行业安装标准或规范。这种情况下如果间隙过大，在防风拉杆等装置失效时，港机防风锚定插板在强风的作用下反复冲击锚定坑，最终必将导致锚定坑被破坏失效。

4　适用于强台风地区的防风加固设计方案探索

4．1对传统防风装置的改进

针对上述不足，在设计上做了改进:

(1)加强预埋、锚定坑、拉杆设计。锚定坑用板由20 mm改为30 mm，并将支撑筋板由2块增加到3块。采用加粗拉杆(2 500 t/h卸船机由∅60 mm拉杆改为∅80 mm)，增加拉杆座筋板，加大预埋螺栓直径和预埋深度，拉杆座焊接处箱梁内部增加立板，以改善拉杆座和箱梁的受力情况，防止撕裂。

(2)将铁鞋改为长舌型，通过车轮压铁鞋舌增加摩擦力，弃用单靠铁鞋弧面与轮缘贴紧的型式，铁鞋上带高强度螺栓对轨道进行锁紧[2]。目前很多港机上的铁鞋，要么不是长舌型的，要么不带螺栓或者螺栓数量、强度不够。

(3)按设计的抗风风速对各装置受力进行计算核验，计算核验锚定插板插入锚定坑的深度，确保上述设计满足风速要求。

(4)考虑最薄的塞块调整余量，在技术规程上把锚定插板与锚定坑立板之间的塞紧间隙规定为最大不超过3 mm。

4.2新增加防风斜拉索设计

为使设备达到能抵抗75 m/s超强台风的设计要求(近年来发生的超强台风大多超过60 m/s,2015年彩虹台风风速67.2 m/s)，考虑到目前防风拉杆上述设计受力上的缺点，提出了新增斜拉索方案(见图1)。

图1　斜拉索方案

斜拉索设置在港机的4个角，每个角分别设置高位拉索和低位拉索各1根。防风斜拉索的设置，一方面可以增大抗风的力学阻尼系数，消除或减弱港机在受风状态下产生摇摆晃动甚至可能引起的共振；另一方面类似“电线杆斜拉线”一样，使抗风力矩更大，在抗倾翻方面起到比防风拉杆更好的效果。

在实际防风操作上，斜拉索不可能完全绷直，而且拉索钢丝绳有一定拉长韧性，所以斜拉索的作用主要还是在产生力学阻尼从而实现防倾翻；在防止大车滑移上，防风拉杆、夹轨器、夹轮器、防爬铁鞋等仍然具有存在的必要性。

由于拉索自重较大，所以斜拉索的防风拉紧操作是一个难题。设想可采取2种方法进行改善：一种是利用液压紧绳器，先把斜拉索和地锚用手拉葫芦连接并拉到一定长度，之后利用手动液压千斤顶一步步把斜拉索收紧后用大螺母锁紧，此方法繁琐、耗时耗力，但牢固可靠；另一种是直接用电动液压拉杆的形式收紧，此方法优点是快速，缺点是安装工程较大，成本较高，且需考虑相关设施不干涉海侧缆桩系缆。至于哪一种拉紧方法更加适合现场使用，有待进一步探索论证。

5　结语

港口设备防风是一项长期持续的工作，不止在技术上，还在管理上。技术人员应定期对防风装置进行检查，如对夹轨器定期做夹纸试验，每年台风季节到来前做防风检测试验等。在斜拉索的拉紧操作方面，除了上述的两种方法之外，还应研究探讨更便捷、更可靠的方式。

[1]包起帆，沈沨. 港口大型起重机抵御风害的安全措施[J]. 起重运输机械.2006(11)：1-5.

[2]洪福源. 总结经验，研究对策，提高大型港口机械防台能力[J]. 港口科技动态，1997(09)：7-9.

梁业：524072，广东省湛江市东海岛东简镇

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