海底電纜埋設犁犁體結構應力分析

高樹娟

摘 要：本文根據埋設犁極限工作狀態計算犁體開溝阻力，運用solidWorks軟件對埋設犁犁體進行三維建模，利用ANSYS軟件建立有限元模型進行典型荷載工況下的應力分析，進行結構優化。探討了有限元軟件對犁體的結構設計、計算及改進的應用。

關鍵詞：埋設犁；犁體；開溝阻力三維建模；有限元；應力分析

電纜埋設犁是布纜船上的一種主要布纜設備，通常帶有可變角度的犁體，用于埋設海底電纜。犁體由高壓水腔、電纜腔、導纜蓋板和牽引裝置組成，高壓水腔底部安裝噴嘴進行高壓水射流開溝。犁體通過旋轉軸固定在前龍門架的軸承座上，犁體正常工作位置是前緣與海底平面成47°夾角，滿足3m埋深的要求。犁體是埋設犁重要工作構件，其工作性能直接影響成溝效果。

1開溝阻力計算

埋設犁在水底切削開溝，其阻力是切削泥土面積與單位面積泥土阻力-比阻力的乘積來計算。開溝的總阻力可按下式計算：

R=K平均.f

=15×320×36=172800N=172.8KN

式中：R——開溝的總阻力 N；

K——泥層切泥比阻力 N/cm2 ，參照下表取15；

f——為埋設犁開溝的截面積cm2；

表1：泥土比阻力數據表

序號 土質 泥土比阻力（N/cm2）

1 砂、砂質土、輕沙質黏土 6-12

2 沙質黏土、細砂、輕黏土 10-27

3 中等和重質黏土 27-48

4 重黏土 >48

2 埋設犁抗拔力計算

2.1計算犁體自重Gp【根據《樁基規范》5.4.5式5.4.5-2計算】，地下水位以下取浮重度。

2.2犁體非整體破壞的抗拔極限承載力標準值Tuk

犁體的抗拔極限承載力標準值（根據《樁基規范》5.4.6 式5.4.6-1）

式中：Tuk----基樁抗拔極限承載力標準值（kN）

λi----抗拔系數

qsik----樁側表面第i層土的抗壓極限側阻力標準值（kN/m2）

ui----樁身周長（圓樁取πd，方樁取4b），對于擴底樁擴底影響范圍內取擴底周長πdk（m）

li----樁側表面第i層土厚（m）

Tuk=216.000 kN

2.3計算基樁抗拔極載力Tu

計算基樁抗抗承載力Tu（根據《樁基規范》5.4.5式5.4.5-2計算）

3犁體鋼結構受力分析

埋設犁由犁體、前后龍門架、滑靴三部分組成。計算內容為采用有限元分析軟件分別對犁體、前龍門架進行進行有限元分析。根據開溝阻力計算、埋設犁抗拔力計算及施工經驗，犁體底部承受最大水平荷載30T，分別計算犁體及前龍門架的應力和變形。

4結束語

海纜埋設犁在作業中犁體與海底平面的夾角盡量不要小于20度，夾角越小對機架受力越不利；由于埋設犁在海洋中的使用環境惡劣，應使用優質的碳素結構鋼。

參考文獻：

[1] 杜少澤，張政，梁建興. 海底電纜鋪設設備分析【J】.中國集體經濟，2013（23）：41-43.

[2]王立權，馬洪新，王磊等.海底管道回填犁結構設計與試驗研究【J】.機床與液壓.2016，44（9）：90-95.

[3]王新敏，ANSYS工程結構數值分析【M】.北京：人民交通出版社，2007.