CN114491745B - 一种软体排联锁块的设计方法和装置 - Google Patents

一种软体排联锁块的设计方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种软体排联锁块的设计方法和装置，所述方法包括：获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、锚与软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；根据软体排联锁块的水下重力、第一摩擦系数和第二摩擦系数，计算软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；计算锚在软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，根据临界拖锚力和最大水下锚重对软体排联锁块进行优化设计。本发明相对于现有技术，通过考虑了锚的水下重力和软体排联锁块的水下重力，结合第一摩擦系数和第二摩擦系数，提出了对软体排联锁块的抗拖锚能力的设计方法，同时提高了软体排的设计效率。

Description

一种软体排联锁块的设计方法和装置
技术领域
本发明涉及混凝土联锁块软体排领域，尤其涉及一种软体排联锁块的设计方法和装置。
背景技术
在临近港口航道和工程作业区域，船舶的抛锚和拖锚会对海底电缆产生破坏。目前，工程中常用的海底电缆保护措施是深埋、抛填块石或使用混凝土联锁软体排覆盖。特别是对于硬质的岩石海底床上的电缆，采用混凝土联锁块软体排覆盖保护是比较经济且有效的。采用混凝土联锁块软体排覆盖保护海底电缆，需要抵抗船舶的落锚和拖锚的作用，一方面需要对软体排中的混凝土块体的形状做出合理的设计，另一方面，需要了解软体排的抗拖锚稳定性。现有技术给出了关于水流和波浪作用下的软体排稳定性计算方法，但没有考虑在锚作用力下，软体排联锁块的稳定性的计算方法。
发明内容
本发明提供了一种软体排联锁块的设计方法和装置，提高了软体排联锁块抗拖锚能力评估的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种软体排联锁块的设计方法，包括:
获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；
根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力；
根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化。
所述根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重，具体为：
获取锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>，根据所述软体排联锁块的水下重力G，第一摩擦系数f1和所述第二摩擦系数f2，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重：
；
其中，G1cr为所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重。
所述根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，具体为：
根据所述锚的水下重力G1、锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>、第一摩擦系数f1，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力：
；
其中，Tcr为所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
作为优选方案，所述第一摩擦系数的取值范围为0.5至0.6；所述第二摩擦系数的取值范围为0.4至0.6。
作为优选方案，所述拖锚力与水平面之间的夹角取值范围为0°至15°。
相应的，本发明实施例还提供了一种软体排联锁块的设计装置，包括获取模块、第一计算模块、第二计算模块和设计模块；其中，
所述获取模块用于获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；
所述第一计算模块用于根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
所述第二计算模块用于根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块滑移的临界拖锚力；
所述设计模块用于根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化。
所述第一计算模块用于根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重，具体为：
第一计算模块获取锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>，根据所述软体排联锁块的水下重力G，第一摩擦系数f1和所述第二摩擦系数f2，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重：
；
其中，G1cr为所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重。
所述第二计算模块用于根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，具体为：
所述第二计算模块根据所述锚的水下重力G1、锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>、第一摩擦系数f1，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力：
；
其中，Tcr为所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
作为优选方案，所述第一摩擦系数的取值范围为0.5至0.6；所述第二摩擦系数的取值范围为0.4至0.6。
作为优选方案，所述拖锚力与水平面之间的夹角取值范围为0°至15°。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供了一种软体排联锁块的设计方法和装置，所述方法包括：获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力；根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化。本发明相对于现有技术，通过锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力，再结合第一摩擦系数、第二摩擦系数，考虑了所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重以及所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力两个方面，提高了软体排联锁块抗拖锚能力评估的准确性，为抵抗船舶的落锚和拖锚提供了新的技术思路，同时提高了软体排联锁块的设计效率，有利于设计出抗拖锚能力更优的软体排。
附图说明
图1：为本发明提供的一种软体排联锁块的设计方法的一种实施例的流程示意图。
图2：为本发明提供的一种软体排联锁块的设计装置的一种实施例的结构示意图。
图3：为本发明提供的一种软体排联锁块的设计方法的一种实施例的一种举例的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一:
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种软体排联锁块的设计方法，包括步骤S1至S4，其中，
步骤S1，获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数。
在本实施例中，所述第一摩擦系数的取值范围为0.5至0.6；所述第二摩擦系数的取值范围为0.4至0.6。
步骤S2，根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重。
在本实施例中，获取锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>，根据所述软体排联锁块的水下重力G，第一摩擦系数f1和所述第二摩擦系数f2，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重：
；
其中，G1cr为所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重;拖锚力与水平面之间的夹角取值范围为0°至15°。
步骤S3，根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
在本实施例中，根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，具体为：
根据所述锚的水下重力G1、锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>、第一摩擦系数f1，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力：
；
其中，Tcr为所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
步骤S4，根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化。
相应的，参照图2，本发明实施例还提供了一种软体排联锁块的设计装置，包括获取模块101、第一计算模块102、第二计算模块103和设计模块104；其中，
所述获取模块101用于获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；
所述第一计算模块102用于根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
所述第二计算模块103用于根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力；
所述设计模块104用于根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化。
在本实施例中，所述第一计算模块102用于根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重，具体为：
第一计算模块102获取锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>，根据所述软体排联锁块的水下重力G，第一摩擦系数f1和所述第二摩擦系数f2，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重：
；
其中，G1cr为所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重。
在本实施例中，所述第二计算模块103用于根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，具体为：
所述第二计算模块103根据所述锚的水下重力G1、锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>、第一摩擦系数f1，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力：
；
其中，Tcr为所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
在本实施例中，所述第一摩擦系数的取值范围为0.5至0.6；所述第二摩擦系数的取值范围为0.4至0.6。
在本实施例中，所述拖锚力与水平面之间的夹角取值范围为0°至15°。
为了更好的说明本实施例的一种软体排联锁块的设计方法，本实施例还提供了一种举例：
参照图3，图3为保护海底电缆的一种混凝土联锁块软体排的抗拖锚能力测量的原理示意图。其中包括了软体排在海底面上能保持稳定情况下所能抵抗拖锚的最大锚重的测量方法，以及锚爪尖发生滑移的最大临界力的测量方法，通过测量所述最大锚重和所述最大临界力，获取软体排的抗拖锚能力。
图中包括海底面1、海底电缆2、混凝土联锁块3、锚4、软体排水下重力5、锚体水下重力6、联锁块顶面与水平面之间的夹角7和拖锚力与水平面的夹角8。
获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；其中，单片的软体排的水上重力为94.40kN（每个混凝土联锁块软体排包括若干片软体排），对应的水下重力为G=56.64kN，放置于海底面上的软体排中的混凝土联锁块顶面与水平面最大夹角为=30°。铁质的锚爪尖与混凝土联锁块顶面之间的第一摩擦系数f1取0.56，混凝土联锁块地面与岩石海底面之间的第二摩擦系数f2取0.5。由于拖锚力与水平面间的夹角/>取值较小时，对于软体排的抗拖锚能力来说是相对安全的，因此/>取0°。
由此可以根据下式进行计算软体排在海底面上能保持稳定情况下所能抵抗拖锚的最大锚重：
由此可知水下重力小于99.39kN的锚在软体排上拖动时，该软体排和其所保护的海底电缆不会相对于海底面移动，电缆是安全的；当水下重量大于99.39kN时，海底排和其所保护的海底电缆会被锚拖动，容易对电缆造成风险。
如果水下重力86.39kN的锚落在软体排上，则可以计算锚爪尖能在混凝土联锁块顶面滑移的临界拖锚力。
145kN；
也即，当拖动锚的力大于等于145kN时，锚可以在软体排上被拖动，则软体排及被保护的电缆均不会相对于海底移动；当拖到锚的力小于145kN时，锚在软体排上不会被拖动，且软体排及其海底电缆均不会相对于海底移动，则此时电缆也是安全的。通过实施例的方法测量锚爪尖能在混凝土联锁块顶面滑移的临界拖锚力和软体排在海底面上能保持稳定情况下所能抵抗拖锚的最大锚重，获得软体排的抗拖锚能力，有助于对软体排结构做技术方面的进一步优化设计或及时为软体排的保护做好防范，排除相关风险。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供了一种软体排联锁块的设计方法和装置，所述方法包括：获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力；根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化。本发明相对于现有技术，通过锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力，结合第一摩擦系数、第二摩擦系数，考虑了所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重以及所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力两个方面，提高了软体排联锁块抗拖锚能力评估的准确性，为抵抗船舶的落锚和拖锚提供了新的技术思路，同时提高了软体排联锁块的设计效率，有利于设计出抗拖锚能力更优的软体排。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种软体排联锁块的设计方法，其特征在于，包括：
获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；
根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力；
根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化；
所述根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重，具体为：
获取锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>，根据所述软体排联锁块的水下重力G，第一摩擦系数f1和所述第二摩擦系数f2，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重：
；
其中，G1cr为所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
所述根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，具体为：
根据所述锚的水下重力G1、锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>、第一摩擦系数f1，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力：
；
其中，Tcr为所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
2.如权利要求1所述的一种软体排联锁块的设计方法，其特征在于，所述第一摩擦系数的取值范围为0.5至0.6；所述第二摩擦系数的取值范围为0.4至0.6。
3.如权利要求1所述的一种软体排联锁块的设计方法，其特征在于，所述拖锚力与水平面之间的夹角取值范围为0°至15°。
4.一种软体排联锁块的设计装置，其特征在于，包括获取模块、第一计算模块、第二计算模块和设计模块；其中，
所述获取模块用于获取锚的水下重力、软体排联锁块的水下重力、所述锚与所述软体排联锁块之间的预设的第一摩擦系数和所述软体排联锁块与海底之间的预设的第二摩擦系数；
所述第一计算模块用于根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
所述第二计算模块用于根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力；
所述设计模块用于根据所述最大水下锚重和所述临界拖锚力对所述软体排联锁块的设计进行优化；
所述第一计算模块用于根据所述软体排联锁块的水下重力、所述第一摩擦系数和所述第二摩擦系数，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重，具体为：
第一计算模块获取锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>，根据所述软体排联锁块的水下重力G，第一摩擦系数f1和所述第二摩擦系数f2，计算所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重：
；
其中，G1cr为所述软体排联锁块所能抵抗拖锚的最大水下锚重；
所述第二计算模块用于根据所述锚的水下重力，结合所述第一摩擦系数，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力，具体为：
所述第二计算模块根据所述锚的水下重力G1、锚所在的软体排联锁块的顶面与水平面之间的夹角、拖锚力与水平面之间的夹角/>、第一摩擦系数f1，计算所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力：
；
其中，Tcr为所述锚在所述软体排联锁块上滑移的临界拖锚力。
5.如权利要求4所述的一种软体排联锁块的设计装置，其特征在于，所述第一摩擦系数的取值范围为0.5至0.6；所述第二摩擦系数的取值范围为0.4至0.6。
6.如权利要求4所述的一种软体排联锁块的设计装置，其特征在于，所述拖锚力与水平面之间的夹角取值范围为0°至15°。
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