摘 要

随着全球经济的快速发展，国际贸易进入了迅速增长的大环境。其中，对贸易全球化有着重要作用的国际海运随着货物运输的持续增长朝着散装化、集装化方向发展。在全球经济一体化步伐加快的背景下，世界各国对集装箱运输业高度重视，研究集装箱装卸桥是我们所要关注的一个重点。经济全球化带来了各国之间更加频繁的贸易，从而对港口机械的结构提出更高的要求。集装箱装卸桥作为岸边码头装卸的主要机械也面临着更多的挑战，因为岸边集装箱装卸桥作业能力的好坏很大程度上影响集装箱港口总的装卸能力。岸桥的结构设计在整个岸桥设计中占有重大比重，其结构的承载能力是岸桥的主要性能参数。

本文对岸边集装箱装卸桥进行了总体的分析和计算，并在运用creo软件对岸桥的海侧立柱进行三维建模的基础上，对海侧立柱有了直观的了解，然后应用有限元分析得到的海侧立柱受力数据进行内力计算和强度、刚度、稳定性校核，从而判断整个结构是否满足设计要求。

本文所得结果对于研究岸边集装箱装卸桥具有重要的意义。

关键词：集装箱装卸桥；海侧立柱；总体计算；轮压计算；强度、刚度、稳定性

Abstract

With the rapid development of the global economy, international trade has entered a rapidly growing environment. Among them, international shipping, which plays an important role in the globalization of trade, develops in the direction of bulk and containerization as the continuous growth of cargo transportation. Under the background of accelerating global economic integration, all countries in the world attach great importance to the container transport industry. Researching container handling bridges is a key issue for us to pay attention to. Economic globalization has brought about more frequent trade between countries, and thus put forward higher requirements for the structure of port machinery. The container loading and unloading bridge is also facing more challenges as the main machinery for loading and unloading at the quayside, because the operation ability of the quayside container loading and unloading bridge greatly influences the total loading and unloading capacity of the container port. The quayside bridge's structural design occupies a major proportion in the entire pontoon design, and its structure's carrying capacity is the main performance parameter of the quayside bridge.

In this paper, the overall analysis and calculation of the quayside container loading and unloading bridge are carried out. After using the creo software to carry out three-dimensional modeling of the pontoon bridge sea-side columns, the sea-side columns are intuitively understood and then applied to finite element analysis. The force data of the sea side columns are used to calculate the internal forces and check the strength, stiffness, and stability so as to judge whether the entire structure meets the design requirements.

The results obtained in this paper are of great significance for the study of quayside container handling bridges.

Key Words：Container handling bridges; sea-side columns; overall calculations; wheel pressure calculations; strength, stiffness, stability

目 录

第1章 绪论 1

第2章 总体轮压计算 4

2.1 基本技术参数 4

2.2 重量和重心的计算 4

2.2.1 机器房自重的计算 4

2.2.2 金属结构重量计算 6

2.2.2.1 门框结构重量计算 6

2.2.3 固定部分重量DL 8

2.2.4 前大梁计算 9

2.2.5 小车，吊具和吊具上架 11

2.2.6 LL集装箱 65Te 13

2.3 惯性载荷及其他载荷 13

2.3.1 LATG大车惯性载荷 13

2.3.2 LATT小车惯性载荷 13

2.3.3 堵转力矩载荷 14

2.3.4 前大梁系统CBLS和前大梁负载CBRL 14

2.3.5 小车碰撞载荷 95t 15

2.3.6 大车碰撞载荷 105t 15

2.3.7 冲击载荷IMP 15

2.4 风载荷 15

2.4.1 工作风载荷 16

2.4.2 非工作风状态 20

2.5 根据标准轮压载荷组合计算轮压 22

2.5.1 载荷组合一 22

2.5.2 载荷组合二 23

2.5.3 载荷组合三 23

2.5.4 载荷组合四 24

第3章总体稳定性计算 25

3.1 工况一：无风静载 25

3.1.1 前大梁水平，小车负载在外伸距处 25

3.1.2 前大梁仰起80°，小车负载在后伸距处 25

3.2 工况二：有风动载 26

3.2.1 前大梁水平，小车负载在外伸距处 26

3.2.2 前大梁水平，小车负载在外伸距处 26

3.3 工况三：非工作时最大风载荷 27

3.3.1 前大梁仰起80°，小车位于停机位 27

3.3.2 前大梁水平，小车位于停机位 27

3.4 工况四：有风突然卸载 28

第4章 海侧立柱的内力计算 29

4.1 载荷分析 29

4.2 海侧立柱的简化 29

4.3 XOY平面载荷作用下的海侧立柱内力 30

4.4 YOZ平面载荷作用下的海侧立柱内力 32

4.5 轴力图，剪力图与弯矩图的合成 35

第5章 海侧立柱的校核 36

5.1 截面数据的分析与计算 36

5.1.1 截面惯性矩 36

5.1.2 抗弯模量 37

5.1.3 截面静矩 37

5.2 海侧立柱的强度验算 38

5.2.1 截面D处1点的正应力 38

5.2.2 截面D处1点的剪应力 38

5.2.3 复合应力的计算 38

5.3 海侧立柱的刚度校核 39

5.4 海侧立柱的稳定性校核 39

5.4.1海侧立柱的整体稳定性 39

5.4.2海侧立柱的局部稳定性 40

第6章 经济性与环保性 42

6.1 经济性分析 42

6.2 环保性分析 43

第7章 结论 44

参考文献 45

致 谢 46

第1章 绪论

在全球经济一体化步伐加快的大时代背景下，全世界各个国家对集装箱运输业投入了巨大的精力。作为重要的装卸机器，集装箱装卸桥对岸边码头装卸能力有着极为重要的影响^[1]。在整个岸桥设计中岸桥的结构设计占有重大比重，而毕业设计所关注的重点也是结构的设计，结构的合理会直接提高岸桥的承载能力，提升其综合性能。

集装箱运输设想最早的历史出现在19世纪初的英国，并在20世纪初逐步开始应用于铁路交通上^[2]，在这之后不断发展，这是因为人们发现了集装箱运输具有安全性能高、工作效率高，价格低廉，货物损耗少等优点。1958年世界上第一台岸边集装箱起重机成功面世，它是美国马特松航运公司负责制造安装的，值得一提的是岸桥的起重量为25短吨相当于22.68t，并且它的外伸距也达到了78英尺也就是23.77m。这个世界上第一台岸边集装箱起重机是由马特宋公司和帕色科公司合作开发制造的^[5]。

在我国国内，集装箱运输从70年代初开始发展，然后随着我国经济技术的不断投入获得了不小的成果，1978年由于需要，《货物集装箱外部尺寸及重量系列》作为国家标准发布出来，我国开始渐渐具备了能完全设计制造的能力，这种主要装卸机械开始在码头大展身手，如岸边集装箱起重机。并已向美国、加拿大等国家出口^[3]。在这之后，港口起重机的技术发展已进入成熟阶段，随着国际贸易的进一步加深，其正朝着大型化、轻型化、高速化以及遥控的方向和程序控制进行，另外加强技术方面的研究如开发高主参数(高速、大起重量)的装卸设备。研究资料表明，岸边集装箱起重机起升速度已增加到满载90而空载有200m/rain；至于正常工作下小车的运行速度已达240m/min，在技术的革新下甚至达到了300～350m/rain的速度；外伸距可以达到70m；吊具下的额定起重量逐步增大到80 t，在三吊具模式下最大可达120 t。如今，国际市场日益激烈，而在大型集装箱机械领域，我国仍然可以做到占有世界80％以上的市场份额^[1][4]。

如今的码头越来越呈现专业集装箱的趋势，往往使用颇为众多的船舶装卸设备，其中最主要的就是岸桥。岸桥的门架由前后两片门框和拉杆组成，在靠近海边的一侧有外伸的悬臂，在岸桥中部分悬臂是可以俯仰的以方便船只的停泊，这类悬臂平常的时候竖起，工作时只需要悬臂放平就可完成装卸船作业；在陆上一侧的悬臂有后伸臂以方便小车运行；在岸上有一个平行于码头海岸的轨道，整个岸桥可以在沿着轨道行走,一般起重机上都装有专用的集装箱吊具。岸桥的特点是跨度大(一般为60至90m以上，而我们毕业设计的研究对象即为100多米)、小车运行速度大、生产率高(可达500 至1000t/h或者更高）^[6].集装箱岸桥可分为以下几个等级：支线型，近洋型，巴拿马型，超巴拿马型，苏伊士运河型和马六甲海峡型。这主要根据额定起重量和外伸距划分的。随着科学技术的进步以及时代的发展，集装箱运输船舶呈现大型化趋势，岸桥也随着不断更新换代，特别是有着喜人成绩的超巴拿马船型的发展，人们对岸桥的性能有了更深的了解并且提出了更加突出的要求：首先是不断强化起重机的技术参数，随着制造技术的提高，逐渐实现了起重机速度参数的稳步提升，同时岸桥的外伸距、起升高度也得到了提高；最重要的也是提高吊具下额定起重量；然后人们也不满足于越来越落后的岸边集装箱装卸系统，于是便开发设计更加高效率的系统，这样一来，由于船舶大型化，货物量提高，而起重机的工作效率也相应的增加满足了要求。在这技术不断的发展中，岸桥不断迈向大型化、高参数化、和高速化^[7]。

图1.1 岸边集装箱装卸桥

对于集装箱装卸桥海侧立柱的设计，可以参照起重机设计的步骤进行。首先，港口起重机的基本参数向来是设计者与使用者所关注的主要指标，毕竟从这些数据可以看出起重机械性能特征，这也是作为技术依据所不可或缺的重要数据^[9]，我们在设计起重机时需要它的几何尺寸参数，其中包括外形尺寸与限制空间的技术数据和集装箱装卸桥作业范围。通常情况下，我们关注的技术参数主要有额定起重量（表示起重能力），起升高度和下降深度，轨距与基距，幅度，工作速度与工作级别等等。

与其他机械一样，它的设计都要考虑到经济合理，能适用于相应的工作，在满足性能的要求下优化设计，充分注重环保性，提倡节能减排，安全美观，符合人文设计的理念。确定各项参数后进行计算校核结构的强度，完成在各项载荷作用下的稳定性计算^[10]。总体布置设计之后可以绘制方案图，然后进行海侧立柱设计，用Creo3.0进行三维建模并生成二维施工图纸^[11][12][13]。Creo软件由美国PTC公司所推出的集成了CAD/CAM/CAE于一体的全方位3D开发软件，解决了机械CAD领域中一些重大的难题，具备开放性，易用性，和互操作性等一系列优点，Creo向设计人员提供了一套相对完整的机械产品解决方案，我们可以应用他进行设计零件和钣金、将零件装配、加工制造、绘制工程图、对机构进行有限元分析，也还可以管理产品生命周期。设计人员可以在新的环境下大大提高效率，可以有力地推动了企业的技术进步。本次毕业设计运用了其中的零件建模，装配建模，绘制工程图等功能。

第2章 总体轮压计算

2.1 基本技术参数

起重量：65t  
前伸距：56m，后伸距：15m
起升速度：满载75m/min, 空载：150m/min 
起升高度：轨上：40m，轨下：20m
大车行走速度：45m/min，小车行走速度：240m/min
俯仰速度： 0-80 度 ＜ 5min
大车轨距：30m，小车轨距：6.55m
门框净宽度：＞18m
联系横梁下净空高 ＞16.5 m

2.2 重量和重心的计算

2.2.1 机器房自重的计算

图2.1 机器房

注：X_G1,Y_G1,Z_G1的原点在机器房中心

表2.1 机器房

机器房总重

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