海洋工程建造吊裝計(jì)算優(yōu)化分析

【摘要】本文首先確定吊裝施工計(jì)算時的載荷的計(jì)算方法。進(jìn)而通過工程實(shí)例對不同載荷的取值及對吊裝施工的影響進(jìn)行討論和改進(jìn)。以供海洋工程建造技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】海洋工程；場地吊裝；安全分析；組合工況

前言

隨著海洋工程建造項(xiàng)目向國際化合作方向的發(fā)展，建造過程中的重要作業(yè)施工程序要求越來越規(guī)范。吊裝是海洋工程結(jié)構(gòu)建造施工的重要環(huán)節(jié)，吊裝程序的設(shè)計(jì)必須依據(jù)成熟的規(guī)范進(jìn)行。但國內(nèi)相關(guān)海洋工程建造的吊裝規(guī)范極不完善，不同建造場地進(jìn)行吊裝設(shè)計(jì)時大多依據(jù)建造經(jīng)驗(yàn)，這樣導(dǎo)致吊裝作業(yè)施工的技術(shù)指導(dǎo)性較差。

國外關(guān)于海洋工程吊裝施工的規(guī)范主要有美國的API規(guī)范[2]和挪威的DNV規(guī)范，DNV的吊裝規(guī)范[1]較為全面。

本文旨在借鑒DNV規(guī)范和API規(guī)范的基礎(chǔ)，以工程經(jīng)驗(yàn)為輔，討論吊裝作業(yè)時吊裝工程選擇及吊機(jī)優(yōu)化選擇。為國內(nèi)及涉外海洋工程建造項(xiàng)目的吊裝施工提供參考。

1、基本荷載

1.1重量重心

被吊物實(shí)際的重量重心與理論計(jì)算得到的重量重心存在偏差。解決重量重偏差的措施主要有兩種：第一種，是取重量不確定系數(shù)。第二種，繪制被吊物重心變化的包絡(luò)線。

第一種方法比較簡單，適用于吊裝施工對被吊物的重量重心變化不敏感的施工。重量不確定系數(shù)的取值，DNV規(guī)范建議取1.1，即吊裝重量=1.1×被吊物理論計(jì)算重量。第二種方法更具有適用性并且精確性較高。重量重心的不確定性導(dǎo)致力在吊繩上分布的不確定性。任何對重量重心變化敏感的吊裝施工都需要考慮重心的包絡(luò)線，這種情況不建議采用重量不確定系數(shù)代替重心的包絡(luò)線。

同時，重心包絡(luò)線的另一個重要用途是確定吊繩力的荷載。依據(jù)重心包絡(luò)線設(shè)定吊繩力的荷載系數(shù)。具體的設(shè)定方法參見文獻(xiàn)[1]。

1.2特殊荷載

在特定的吊裝施工中，需要考慮特殊荷載。如，近海岸活海上吊裝需要考慮風(fēng)荷載，水下吊裝需要考慮水動力荷載。

1.3動態(tài)荷載

動態(tài)荷載的產(chǎn)生包括：吊裝的開始階段，吊裝過程中吊裝速度的不均勻性，吊機(jī)或者吊臂、履帶等運(yùn)動，被吊物的運(yùn)動等。

影響動態(tài)荷載的主要因素：環(huán)境條件，吊索具的分布，吊機(jī)的型號和匹配，吊機(jī)吊臂等結(jié)構(gòu)的剛度，被吊物的重量等。

動態(tài)荷載的考慮取動態(tài)放大系數(shù)[1]。DNV規(guī)范規(guī)定的動態(tài)放大系數(shù)值見表1.

對于近海岸或者海上吊裝超過50t的吊裝施工都必須要考慮動態(tài)方法系數(shù)。

表1、動態(tài)放大系數(shù)

被吊物重量陸地吊裝近海岸吊裝海上吊裝

50-100t1.101.151.30

100-1000t1.051.101.20

1000-2500t1.051.051.15

>2500t1.051.051.10

1.4偏心荷載

偏心荷載是指由于不同因素的影響造成的吊繩力分布不均勻。偏心荷載的影響因素主要有：

1）鋼絲繩長度不精確-制造公差；2）吊點(diǎn)制造公差；3）多吊鉤吊裝；4）雙鋼絲繩或者鋼絲繩伸長。

建議每次吊裝都進(jìn)行偏心荷載的分析。

考慮鋼絲繩制造公差引起的偏心荷載主要包括如下幾種情況：

1）如果吊裝接近靜態(tài)同時鋼絲繩的制造公差在允許范圍（±0.25%）內(nèi)，取1.0的偏心荷載系數(shù)。

2）如果使用撐桿（四個吊點(diǎn)一個撐桿），鋼絲繩的制造公差在允許范圍，取1.1的偏心荷載系數(shù)。但是如果被吊物在吊裝過程中可以近似認(rèn)為是剛體的，那么可以取1.0的偏心荷載系數(shù)。

3）如果吊裝不是接近靜態(tài)的，鋼絲繩和吊點(diǎn)的制造公差在允許范圍內(nèi)，需要考慮1.25的偏心荷載系數(shù)。

需要說明的是，偏心荷載系數(shù)受結(jié)構(gòu)重量影響，結(jié)構(gòu)物越重這個系數(shù)的影響越小。

由多吊鉤吊裝引起的偏心荷載需要考慮如下工況：

考慮被吊物的旋轉(zhuǎn)，需要取1.05的偏心荷載系數(shù)。尤其在考慮風(fēng)荷載引起的被吊物的旋轉(zhuǎn)時。

考慮被吊物的傾斜，建議以被吊物傾斜3°為極限工況進(jìn)行分析。

2、吊裝工況

吊裝分析的基本組合工況包括：

單鉤吊裝時：

DAF（WEIGTH）+F（SPL）：DAF為動態(tài)放大系數(shù)，WEIGHT包括被吊物重量，F(xiàn)力，SPL特殊荷載。

多鉤吊裝時：

DAF（SKL*WEIGTH）+F（SPL）：DAF為動態(tài)放大系數(shù)，SKL被吊物旋轉(zhuǎn)或者傾斜造成的單鉤力的系數(shù)，WEIGHT被吊物重量，F(xiàn)力，SPL特殊荷載。

3、吊裝優(yōu)化選擇及安全性分析

吊裝的優(yōu)化選擇主要是選擇一臺吊機(jī)吊裝還是多臺吊機(jī)聯(lián)合作業(yè)以及相應(yīng)的安全分析。

3.1空間站位需求

吊機(jī)選擇的基本要素就是要求有足夠的站位和操作空間。吊機(jī)站位的校核需要考慮場地在建項(xiàng)目與鄰近位置項(xiàng)目之間的空間距離。

一臺吊機(jī)作業(yè)時，吊機(jī)的作業(yè)動作一次只進(jìn)行一個動作：或者只轉(zhuǎn)吊臂或者只前行。從吊機(jī)的行走動作來講，一次一個動作的吊裝作業(yè)形式相對較安全。因?yàn)椴蝗菀自斐杀坏跷锏钠暮蛢A斜。但易造成被吊物的旋轉(zhuǎn)。

兩臺吊機(jī)作業(yè)時，吊機(jī)的作業(yè)動作比較復(fù)雜，需要一臺車行走的同時一臺車進(jìn)行轉(zhuǎn)動作業(yè)。這種作業(yè)形式容易造成荷載偏心以及被吊物的傾斜。另外，吊機(jī)行走的同時轉(zhuǎn)動吊臂對吊機(jī)的損傷較大。同時，對兩臺吊機(jī)的操作同步性要求嚴(yán)格。但是，兩臺吊機(jī)同時作業(yè)可以最大程度避免被吊物的旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)閮膳_吊機(jī)之間能夠起到相互牽制的作用。多臺吊機(jī)的聯(lián)合作業(yè)需要有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。

3.2吊裝輔助支撐

為了滿足吊裝高度或者為了保證被吊物的強(qiáng)度或者剛度要求，吊裝施工有時需要增加輔助支撐，如撐桿、吊裝框架等。

吊裝輔助支撐的使用在滿足吊裝高度的同時，也會帶來一些施工問題。

關(guān)鍵問題：

1）增加掛扣的難度；2）高度越高，甲板片的重心越難以控制。起吊時，容易發(fā)生較大的轉(zhuǎn)動和傾斜；3）高度增加，導(dǎo)致現(xiàn)場通過繩索等工具控制甲板片的轉(zhuǎn)動、傾斜變得困難和滯后；4）高度增加，導(dǎo)致就位后現(xiàn)場組對難度增加；5）增加設(shè)計(jì)分析工況。

由于吊裝引起的被吊物的選裝和傾斜，在進(jìn)行吊裝的碰撞校核時要考慮為最危險的工況。

參考文獻(xiàn)

[1]DNV-158 Rules for planning and execution of marine operation [S]，1996.

[2]API RP 2A-WSD Recommended practice for planning， designing and constructing fixed offshore platforms-working stress design [S]， 2000.