海上鋼結(jié)構(gòu)物典型吊點(diǎn)的比較與應(yīng)用

周可佳

(中海油能源發(fā)展油田建設(shè)渤海工程技術(shù)服務(wù)中心，天津300452)

在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)物的吊裝和海上安裝過程中，吊點(diǎn)承受著整個(gè)模塊的自身重量和吊裝過程中可能出現(xiàn)的各種附加載荷。因此，在平臺(tái)建造過程中，吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)和裝配極其重要［1-2］。吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)分為選型和板厚優(yōu)化兩個(gè)步驟。本文側(cè)重于吊點(diǎn)的選型，總結(jié)4種常用類型，分別用A、B、C、D代表，結(jié)合圖例和具體項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析其特點(diǎn)，歸納它們的應(yīng)用范圍。

1 類型A

1.1 結(jié)構(gòu)形式

如圖1所示，主吊點(diǎn)板的形狀多為梯形，可在板的正面和背面焊接加強(qiáng)環(huán)板，同時(shí)為了防止吊裝時(shí)吊點(diǎn)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，在垂直于主吊點(diǎn)板的平面方向焊接檔板。主吊點(diǎn)板厚度應(yīng)大于加強(qiáng)環(huán)板和擋板的厚度。

圖1 類型A

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

優(yōu)點(diǎn)為下料和裝配比較簡單;缺點(diǎn)有如下兩點(diǎn)。

1)由于采用厚板，焊接時(shí)必須進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理。

2)這種吊點(diǎn)形式對(duì)方向比較敏感，要求主吊點(diǎn)板平面方向要指向結(jié)構(gòu)物的重心，否則在吊裝過程中會(huì)出現(xiàn)不利的扭轉(zhuǎn)［3］。

類型A這種吊點(diǎn)如果應(yīng)用在導(dǎo)管架上，由于導(dǎo)管架基本是純鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)計(jì)算的理論重心位置與建造后的實(shí)際位置出入不大，吊點(diǎn)的方向可以按照設(shè)計(jì)計(jì)算的方向來確定，在導(dǎo)管架主體建造時(shí)進(jìn)行裝配和焊接。

上部模塊除結(jié)構(gòu)主體的重量之外，還包括機(jī)械、通風(fēng)、電儀、管線和設(shè)備的重量，因此重心的實(shí)際位置在建造前很難精確計(jì)算，必須要在模塊基本建成后，確定了所有專業(yè)及設(shè)備的實(shí)際重量和準(zhǔn)確位置后才能計(jì)算出來或通過稱重來確定，因此吊點(diǎn)須在模塊基本建造完成后才能裝配和焊接。在這種情況下，無論裝配、焊接，還是預(yù)熱和焊后熱處理都比較困難。而且由于平臺(tái)上的鋼結(jié)構(gòu)焊接最多只能進(jìn)行兩次返修，所以對(duì)于已經(jīng)建造好的平臺(tái)，如果焊接吊點(diǎn)出現(xiàn)兩次返修不合格，那不論對(duì)建造質(zhì)量的保證還是項(xiàng)目進(jìn)度的控制都將是非常被動(dòng)的。

1.3 適用范圍

類型A這種吊點(diǎn)在輕型的導(dǎo)管架和上部模塊中較為常見，采用這種吊點(diǎn)的有如下例子。

1)東方1-1 WHPE上部模塊，重量約760 t。

2)LD10-1 WHPA導(dǎo)管架，重量約710 t。

3)水平片分片吊裝時(shí)使用的臨時(shí)釣點(diǎn)。

2 類型B

2.1 結(jié)構(gòu)形式

類型B是采用主吊點(diǎn)板插入立柱焊接的形式(見圖2)。在主吊點(diǎn)板正面背面焊接加強(qiáng)環(huán)，為了增加吊點(diǎn)的強(qiáng)度并防止吊裝時(shí)發(fā)生變形，在立柱里面垂直于主吊點(diǎn)板的厚度方向焊接加強(qiáng)筋板與立柱連接，并垂直于主吊點(diǎn)板的平面方向焊接檔板。

圖2 類型B

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

優(yōu)點(diǎn)為下料和裝配比較簡單;缺點(diǎn)有3點(diǎn)。

1)焊接吊點(diǎn)時(shí)要進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理。

2)不能應(yīng)用于導(dǎo)管架，因?yàn)樵诤Ｉ洗驑稌r(shí)這種吊點(diǎn)的位置妨礙樁管進(jìn)入樁腿。

3)吊點(diǎn)對(duì)方向性比較敏感。

2.3 適用范圍

這種類型的吊點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種輕型和中型的上部模塊，例如鉆機(jī)模塊和生活模塊。如果增加吊點(diǎn)數(shù)量，也可以應(yīng)用于重型模塊。主吊點(diǎn)板的板厚一般為50～100 mm。采用類型B這種吊點(diǎn)的有如下例子。

1)WC13-1/2 WHPB上部模塊，重約840 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

2)BN26-2 WHPA上部模塊，重約2 400 t，6個(gè)吊點(diǎn)。

3)JZ9-3E WHPA生活模塊，重約500 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

4)NB35-2 WHPB生活模塊，重約650 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

5)BZ28-2SDSM鉆井支持模塊，重約950 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

6)PY4-2 DSM鉆機(jī)模塊，重約1 190 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

7)BZ28-2S生活模塊，重約為1 380 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

8)BZ13-1 WHPB生活模塊，重約400 t，4個(gè)吊點(diǎn)。

3 類型C

3.1 結(jié)構(gòu)形式

與前面兩種吊點(diǎn)不同，類型C這種吊點(diǎn)形式是將鋼管直接焊接在立柱上作為吊點(diǎn)。為了增加吊點(diǎn)的強(qiáng)度，在吊點(diǎn)管里面要焊接加強(qiáng)筋板，見圖3。

圖3 類型C

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.2.1 優(yōu)點(diǎn)

1)吊裝時(shí)鋼絲繩直接作用在吊點(diǎn)管上。由于吊點(diǎn)是管狀結(jié)構(gòu)，吊裝時(shí)鋼絲繩的曲率比較大，不會(huì)產(chǎn)生過大的變形。

2)吊點(diǎn)對(duì)方向性不敏感。在吊裝過程中，吊繩的受力方向可沿著吊點(diǎn)管橫截面的方向任意扭轉(zhuǎn)。

3)吊點(diǎn)與立柱連接的焊縫較長，可以避免使用壁厚很大的管來制作，因此對(duì)焊前預(yù)熱和焊后熱處理都不需要嚴(yán)格的要求。

3.2.2 缺點(diǎn)

制作復(fù)雜。對(duì)于大型的結(jié)構(gòu)物，其吊點(diǎn)的尺寸也相應(yīng)較大，需要卷制鋼管，對(duì)馬鞍口的切割精度也相對(duì)要求較高。

3.3 適用范圍

采用類型C這種吊點(diǎn)的有如下例子。

1)LD4-2 WHPB導(dǎo)管架，重約720 t。(初始設(shè)計(jì)采用類型A的吊點(diǎn)形式，板厚為50 mm，吊點(diǎn)長度為1 300 mm;后更改為類型C，采用規(guī)格為φ1 016×38的卷制鋼管制作。)

2)基于類型C這種吊點(diǎn)的受力方向可扭轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，在上部模塊的建造中，此種吊點(diǎn)也經(jīng)常應(yīng)用于水平片的翻身和立片的吊裝。

4 類型D

4.1 結(jié)構(gòu)形式

類型D這種吊點(diǎn)的形式是在立柱上開方孔，孔的傾斜角度與吊裝時(shí)吊索的角度保持一致，在孔中插入厚板，在立柱外部的吊點(diǎn)板兩側(cè)焊接半圓管以增加吊點(diǎn)的強(qiáng)度，并在吊點(diǎn)兩端焊接擋板，外觀類似于類型C的管型吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，見圖4。

圖4 類型D

4.2 優(yōu)缺點(diǎn)比較

優(yōu)點(diǎn)與類型C的優(yōu)點(diǎn)相似。

缺點(diǎn)有以下兩點(diǎn)。

1)在海上吊裝完成后，吊點(diǎn)要割掉，比較浪費(fèi)材料。

2)類型D這種吊點(diǎn)的制作過程最復(fù)雜，焊接難度大，對(duì)焊前預(yù)熱和焊后熱處理都有嚴(yán)格的要求。

4.3 適用范圍

類型D這種吊點(diǎn)適用于重型結(jié)構(gòu)，例如:東方1-1 CEP上部模塊，重約為2 600 t，吊點(diǎn)為4個(gè)，吊點(diǎn)板的板厚為150 mm。

5 結(jié)論

以上所述的4種吊點(diǎn)從外觀上來看，類型A和類型B是板型結(jié)構(gòu)，類型C和類型D是管型結(jié)構(gòu)。相對(duì)于管型結(jié)構(gòu)而言，板型結(jié)構(gòu)的吊點(diǎn)對(duì)方向性比較敏感，需要精確計(jì)算重心的位置;但制作時(shí)的下料裝配比較簡單，不需要切割馬鞍口。相同結(jié)構(gòu)類型吊點(diǎn)的特點(diǎn)比較見表1、表2。

表1 板型結(jié)構(gòu)

表2 管型結(jié)構(gòu)

從以上對(duì)比來看，隨著結(jié)構(gòu)重量的增加，吊點(diǎn)的制作難度也相應(yīng)增大。

在吊點(diǎn)的選型時(shí)，要對(duì)其所承受的荷載進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和計(jì)算，綜合考慮結(jié)構(gòu)物在各種工況條件下的受力情況，在滿足使用要求的前提下，本著省工、省料的原則，并兼顧其制作過程的可靠性等諸方面因素來確定吊點(diǎn)的形式。在吊點(diǎn)的制作過程中，要嚴(yán)格按照工藝要求，保證裝配的精度和焊接質(zhì)量，以確保吊裝作業(yè)的安全性。

［1］劉 巍，孫振平.綏中36—1油田Ⅱ期開發(fā)工程井口平臺(tái)導(dǎo)管架和組塊的吊裝與拖航［J］.中國海上油氣，2001，13(2):11-14.

［2］郭 鷹，曹 軍，李小巍.海洋平臺(tái)吊點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.中國海洋平臺(tái)，2002，17(4):340-344.

［3］鄭東強(qiáng)，閻祥安，于 皓.大型導(dǎo)管架吊點(diǎn)分步離散優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.海洋工程，2005，23(4):76-80.