Морские и воднотранспортные сооружения

        Санкт-Петербургский Государственный  Технический 

Университет

 

Инженерно-строительный факультет

 

 

 

Кафедра

«Морские и воднотранспортные  сооружения»

 

 

 

Курсовой проект по дисциплине

« Судоподъёмные сооружения »

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель работы:           Балашов Б.В.

Исполнитель:            Головина Е.В.

студент гр.№ 5012/2

 

 

Санкт-Петербург

2005

Содержание  работы.

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные.

1. Массогабаритные характеристики морской платформы.

Основные характеристики принимаются  по данным курсового проекта «Сооружения  континентального шельфа»:

1. Размеры верхнего строения: 50×35×9м.

Высота колонн l_k=13,72м.

2. Тип понтона – прямоугольный.
3. Количество понтонов – 3 шт.
4. Размеры понтона L_п=80 м., H_n=5,82 м., B_n=13,05 м.
5. Количество колонн – 4 шт.
6. Диаметр колонны d=8 м.
7. Масса сооружения – 15000 т.

Параметры волнения в месте установки :

= 4,5 м; =9,5 с; =140,8 м.

Глубина в месте установки  H=110 м. Δ=6,99м.

2. Характеристика береговой базы.

Место размещения береговой базы выбирается с учетом района установки морской  платформы, возможности ее буксировки и технической оснащенности судостроительного  предприятия.

Место установки платформы –  Каспийское море.

Береговая база расположена в городе Астрахань. Глубина акватории береговой базы составляет 5,5 м.

В состав основных производственных участков входит:

1. Цех для производства укрупнённых блоков.
2. Стапельное место, для их монтажа и сборки платформы.
3. Гребенчатый спусковой слип для спуска сооружения.
4. Достроечная набережная с глубиной 5м.

 

 

 

 

 

 

1.3   Схема изготовления морской  платформы.

       Принимается   следующая схема изготовления  морской платформы: (разбиваем на этапы)

1 этап. Сборка корпуса платформы  на стапеле береговой базы.

2 этап. Спуск платформы на воду.

3 этап. Достройка платформы на  акватории береговой базы.

4 этап. Обеспечение  буксировки морской платформы  к месту установки на морском  шельфе.

2. Определение веса и размеров фрагментов морской платформы.

Фрагментом морской платформы, окончательная сборка которого осуществляется на сборочном стапеле, является понтон. Размеры понтона:

• L_п=80м, H_n=5,82 м, B_n=13,05 м .

Определим вес одного понтона.

;

Вес обшивки: Р_обш=d·F·g_ст=0,025·3171,102·7,8= 618,4т.

Вес набора несущего каркаса: Р_н.к.=0,1·Р_обш=0,1·618,4=61,8 т.

Вес корпуса: Р_к=Р_обш+Р_н.к.=618,4+61,8=680,2 т.

Вес оборудования :Р_об=0,15·Р_к=0,15·680,2=102,04 т.

Вес фрагмента :Р_ф=Р_к+Р_об=680,2+102,04=782,24 т.

 

Определим вес одной колонн.

Вес обшивки: Р_обш=δ*F*γ_ст=0,045*344,65*7,8=121 т.

δ=45 мм=0,045 м;         γ_ст=7,8 т/м³;

F=2*π*R*L_к=2*3.14*4*13,72=344,65 м²

Вес набора несущего каркаса: Р_н.к.=0,1*Р_обш=0,1*121=12,1 т.

Вес корпуса: Р_к=Р_обш+Р_н.к.=121+12,1=133,1 т.

Вес оборудования: Р_об=0,15*Р_к=19,965 т.

Вес колонны: Р_кол=Р_к+Р_об=133,1+19,965=153,065 т.

Определим вес одного элемента:

Р_Э=Р_п+2Р_кол=782,24 +4*153,065=1394,5 т.

1. Обустройство берегового стапельного места.

3.1 Расположение БСМ по отношению  к спусковому сооружению.

Стапельное место располагается  на берегу возле спускового сооружения таким образом, чтобы перегрузка элементов производилась технически легко и быстро. Роль спускового сооружения выполняет Гребенчатый слип.

3.2 Определение размеров стапеля  и состава необходимого оборудования.

Размеры стапеля должны позволять  обеспечить необходимые для производства монтажа сооружения работы, принимаются соответственно размерам монтируемого фрагмента сооружения. В состав необходимого для оборустройства стапельного места оборудования входят: Портальный кран, кильблоки, опорные балки, стапельные тележки, инженерные коммуникации.

3.3 Схема разбивки фрагмента  морской платформы на укрупненные  блоки и порядок их монтажа на береговом стапеле.

Фрагмент морской платформы  разбиваем на укрупненные блоки длинной 15 м. Блоки подаются на стапель где свариваются и проверяются на герметичность.

n= L_п/10=80/10=8 шт.

3.4 Определение типа и количества  стапельных тележек.

Выберем транспортные тележки с поворотными осями, снабженные подъемными домкратами, грузоподъемностью 100 т.

 

где: К_пер.=2,0 – для автономной тележки;

К_пер.=1,5 – для гидравлической тележки;

 

4. Определение строительной  осадки фрагмента платформы и проверка остойчивости его на воде.

Р_ф.п.=Р_{понтона}+4·Р_{колонны}=782,24 +4·153,065 =1394,5 т.

Определим величину строительной осадки:

Определим осадку спускаемого фрагмента буровой  вышки.

P = γ ∙V

1394,5 т = 1 т/м ∙V

V = = 1394,5 м³;

Tстр- осадка.

Координата центра тяжести определяется по формуле:

 

Момент инерции площади ватерлинии равен :      

Определим объем вытесненной воды:

V=T·B·L=1,34·13,05·80=1398,96 м³

Величина метацентрического радиуса равна:

 

Определяем восстанавливающий момент:

M_в=P_док∙(r+Z_c-Z_д)∙sin θ;

Где P_док – доковый вес судна

R – метацентрический радиус равный расстоянию м/д (∙)P_док и (∙) метацентра.

M_в=1394,5∙(10,06+0,43-9)∙sin 6⁰=217,2 т∙м;

 

Опрокидывающий момент действующий  на судно создает ветровая нагрузка:

М_опр= ;

F_у – парусность;

Z_F – координата центра парусности;

V – скорость ветра;

М_опр1=(64/1600)∙358,4∙2,24=32,11 т∙м

М_опр2=(64/1600)∙109,76∙9,1=39,95 т∙м

М_опр=М₁+4∙М₂;

 

М_опр=32,11+4∙39,95=191,91;

Так как M_в> М_опр то мы делаем вывод что, фрагмент морской платформы устойчив под действием ветра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.2 Определение строительной необходимой глубины воды для спуска фрагментов сооружения с берега.

 

Глубина воды для спуска фрагмента  сооружения при использовании гребенчатого слипа должна быть не менее:

Н_гл=Tд+Т_нав+Н_ОП.Б.+Н_СТ.Т

T_д=1,34 м;        Н_ОП.Б.=0,5

Т_нав=0,5 м;        Н_СТ.Т=1,5

Н_гл=1,34+0,5+0,5+1,5=3,84 м;

Глубина акватории у достроечной  набережной составляет 5,5 м что дает возможность спускать фрагменты морской платформы.

2.4. Обустройство места достройки платформы на плаву.

2.4.1 Определение размеров достроечной набережной и состава необходимого оборудования.

 

1. Длина набережной:

L_наб=L_П+2∙ L_зап

      L_наб=80+15∙2=110 м;

2. Ширина набережной:

В_наб=В_кол.кр.+2∙В_{разгр.пл.}

           В_наб=10,5+10=20,5 м;

3. Необходимое оборудование достроечной набережной:
• Портальный кран с грузоподъемностью 30 тс;
• Обустройство инженерной стоянки;
• Швартовно-отбойные устройства;

2.4.2. Определение размеров акватории у места достройки платформы.

Предполагается проводить достройку  сооружения на акватории, но возможен вариант достройки у набережной, при условии проведения дно углубительных работ на 1 метр, что возможно будет экономически более оправдано.

1. Длина акватории:

L_акв=L_П+2∙ L_кр

      L_акв=80+50=130 м;

2. Ширина акватории:

В_акв=В_пл+В_шв +2∙В_ак

      В_акв=48,05+1+34=83,05 м;

3. Н_гл=5,5 м (Акватория Астрахани)

Н_гл≥Т_max+∆h_нов;        Т_max=5,25 м          ∆h_нов=0,5 м;

5,5≥5,25+0,5 следовательно необходимо провести дно углубление на 0,25 м;

4.2.3. Состав элементов раскрепления  фрагментов платформы  у   достроечной набережной.

• 2 железобетонных якоря
• 4 цепи
• 2 бочки
• 8 монтажных поперечных вставок (жесткие фермы)
• 6 швартовные тумбы

 

Возможен также вариант с  использованием палов.

4.2.3. Схема монтажа верхнего строения  морской платформы из укрупненных блоков.

Определим габаритные размеры укрупненных блоков:

Р_бл=300т∙К_вылета=150 т;

Где  К_вылета=0,5, но так как верхнее строение будем строить при больших вылетах стрелы плавкрана «Богатырь», то для запаса принимаем коэффициент вылета 0,25.

Р_бл=Vбл∙К_{наполняемости}=0,25Vбл=150 тс;

К_{наполняемости}=0,25;

Vбл=4Рбл=600 м3;

L_бл=10 м;

b_бл=7 м;

H_бл=9 м;

1. Этап – раскрепление одиночных понтонов.
2. Этап – соединение понтонов балками.
3. Этап – установка на место достройки.
4. Этап – строительство верхнего строения.

 Схема опорных устройств.

 

Схема опорных устройств включает устройство промежуточного несущего каркаса. Проектируем каркас с учетом того, что фермы входят в состав каркаса.

8 поперечные ферм.

 Схема монтажных блоков.

 

1. Вариант (с применением башенного крана):

• Монтаж 3-х рядов в пределах вылета стрелы(1 ряд-7м);

• Разворот платформы на 180^о и опять монтаж2-х рядов;
• На уже установленные блоки устраивается площадка для размещения башенного крана (грузоподъемность 30 т) и далее монтируем из плоских секций, с перестановкой башенного крана из-за ограниченного вылета стрелы.
2. Вариант:
• Монтаж блоков производится при помощи плавкрана Перевод и установка плавкрана с одного бока понтона и монтаж блоков с начиная с центра, после чего перевод и установка плавкрана с противоположной стороны и повторение операции.

 

Выбираем вариант №2, как более  быстрый и менее трудоемкий.

2.5 Выбор буксировочных средств для морской платформы.

Буксировка платформы осуществляется вдоль побережья. Длина пути (L) от одного пункта отстоя до другого, должна быть такой, чтобы караван прошел его за время, которое обеспечено безопасностью по данным Гидрометцентра.

L=V_букс∙T ,         T=35-40 км.

6.1. Расчет буксировочных усилий.

 

Q_б – усилие буксира;

Q_б=P_воды , где P_воды – сила сопротивления воды.

w ∙ cosα ∙K_{рывковое};

где - сопротивление трения(вязкости);

- сопротивление обтекания потоком преграды(формы);

P_W – сила ветра;      α – угол направления ветра;

K_{рывковое} – динамический коэффициент, учитывающий влияние волнения.

Принимаем =0;

;

где тс/м³ – плотность воды.

V _букс – скорость буксировки, V _букс=15 км/ч=4,17 м/с;

S_подв=5,25∙13,05∙3=205,54 м² – подводная парусность;

С_X – аэродинамический коэффициент(коэффициент формы);

С_X=2,2;

=64тс;

;

где ρ_возд – плотность воздуха, ρ_возд=1,29∙10³ тс/м³;

S_надв – надводная парусность;

S_надв=3∙(0,6∙13,05+13,72∙8)+9∙35=667,77 м²;

α=0, сosα=1 – ветер встречный;

C_X=1,0; P_W=W₀∙S_надв∙Сosα ∙C_X;

Где W₀=0,014 тс/м² – значение ветрового давления

P_W=0,014∙667,77∙1∙1,0=9,35 тс;

К_{рывковое}=1,75 (при l_троса=750 м); демпфируется тросом, не учитывается при подборе буксира.

Q_б=64+9,35=73,35 тс=733,5 кН;

4.2. Выбор мощности буксира.

EPS – мощность буксира;

EPS= Q_б∙ V_букс=733,5∙4,17=3058,7 кВт