锚泊

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深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟第三章锚1分类根据海床的状况和系泊性能要求不同,可以采用不同类型的锚。根据承受荷载的机理不同,主要有以下几种类型的锚。1)重力锚(DeadWeightAnchor):是最早使用的锚,主要靠材料本身重量来抵抗外力,部分靠锚与土壤之间的摩擦力来抵抗。材料为钢和混凝土。重量可达几百吨到几千吨,承受水平和垂向作用力的能力都很强。2)拖曳嵌入式锚(DragEmbedmentAnchor):是目前最受欢迎使用最多的一种锚,部分或全部深入海底,主要靠锚前部与土壤的摩擦力来抵抗外力。能承受较大的水平力,但承受垂向力的能力不强。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟重力锚拖曳嵌入式锚桩锚3)桩锚(PileAnchor):中空的钢管通过打桩安于海底,靠管侧与土壤的摩擦力来抵抗外力。通常需要将锚埋入较深的海底,以抵抗外力。能承受水平力和垂向力。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟4)吸力锚(SuctionAnchor):类似于桩锚,但中空的钢管直径要大的多。通过安于钢管顶部的人工泵使馆内外出现压力差,当馆内压力小于管外,钢管即被吸入海底,然后将泵撤走。吸力锚主要靠管侧与土壤的摩擦力来抵抗外力,能承受水平力和垂向力。5)垂向荷载锚(VerticalLoadAnchor,VLA):是最新发展的一种锚。与传统的嵌入式锚一样,而且深入的更深。可以承受水平力和垂向力。吸力锚垂向荷载锚深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟2设计考虑因素整个锚系统的设计主要考虑以下因素:1)海底地形地质条件;2)海底平面布置;3)对锚的要求,包括承受垂向和水平向荷载的能力,周期性和极限条件;4)安装方法;5)设计使用寿命;6)锚的稳性—极限载荷作用下的允许极限位移,或拖曳作用下的旋转稳性;7)系统检查,可继续应用或停用的要求;8)资金成本限制。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟3锚的结构、入土和抓力拖曳式锚的结构锚的入土分析图深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟3.1锚的入土1)初倾角:锚在开始入土前,锚爪与地平线所成的角度。此角的大小决定着锚爪能否很好的穿入土壤。如果太小,就会在锚爪前形成土壤堆积;如果太大,会使锚横向翻到。锚爪都不能穿进土壤。理想的初倾角在17°到20°之间。2)锚的受力:水平拉力T,锚重力P,锚爪受土壤的阻力F。当三力对锚柄端点A的转矩M0时,锚爪才能自由穿入土壤。决定锚爪受阻力F的两个因素:F与锚爪面法线夹角,锚爪角。3)锚爪角:实验表明,锚爪角存在一个临界范围,超过此范围,锚爪不能满意入土。一般在粒状土壤(沙)中为30°至35°;在软土壤中中约为50°左右;在粘硬土中为为25°至30°。βδα深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟4)锚爪入土后,整个锚与一段链也埋入土中。锚埋入的深度与锚的型式、拖曳方式、土壤的剪切强度等有关。5)在锚的拖曳过程中,要始终保持稳定,不能出现侧躺、滚转或翻出土面,选择带锚杆的锚或三角锚,能达到较好的稳定效果。3.2锚的抓力1)锚的抓力:拖锚时能在锚线上施加的最大牵引力。2)决定锚爪力的因素:锚本身的固有阻力,作用在锚柄端部的锚线拉力提升角(拉力方向与水平线所成的角)。3)锚本身固有阻力的影响因素:土壤的机械特性、锚的埋藏深度、锚爪有效面积、锚爪粗糙度。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟4)锚线拉力提升角为零时,锚的抓力最大。提升角增加,锚爪力将明显下降。实验表明,在沙质土壤中,10°的提升角足以使锚爪力降低25-30%,如果提升角为90°,对锚的垂向拉力约为20%最大锚爪力,就能将锚拔出土面。因此,在悬链线式系泊系统中,系泊线要足够长,使提升角为零,才能使锚爪力充分发挥。5)当提升角为零时,锚爪力=锚的固有阻力+系泊线在海底所受的摩擦阻力。6)在实际作业情况下,系泊系统对锚施加的是长期的静态或周期性作用力。因此,锚爪力的准确计算十分困难,常采用经验公式进行估算。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟3.3锚抓力的估算锚爪力的估算方法很多,有的来源于现场实验,有的根据典型锚的实验结果外推而得,均与锚的型式和土壤特性有关。以下列举三个常用的估算方法。1)对于拖曳式锚,锚的效率E定义为:E=P/WE:效率;W:锚在空气中的重量(KN);P:锚的极限载荷(KN)。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟该估算方法应用比较广泛,但这样简单的公式,显然不能准确评估锚抓力。以下因素,该公式并没有准确予以考虑:土壤特性,锚的动态特性,锚的形状,锚爪的的面积,锚的入土深度,系泊线、锚的夹角。因此,要综合考虑选择使用该估算方法。锚的类型土质较差的泥沙或软粘土等地质的E的取值土质较好的沙质或坚硬粘土等地质的E的取值重力锚0.30.5无锚杆的锚2.05.0有锚杆的锚5.010.0高锚抓力的锚10.030.0深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟2)当土质资料有限时,可按以下经验公式计算锚抓力。F=KWaW:锚的重量(KN),F:锚抓力(KN),K,a:与土壤和锚的类型相关的常数。KminWaTKmaxWaWminWWmax深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟3)根据APIRP2SK规范差得所需锚的最大锚爪力。深海工程技术研究中心DeepwaterEngineeringResearchCenterderc.hrbeu.edu.cn锚泊系统分析与设计王宏伟

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