棄置拆除的海洋結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸固定方法分析

韓敬艷

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

從2011年曹妃甸1-6油田國內(nèi)首例導(dǎo)管架拆除、2015年曹妃甸11-1/11-2油田國內(nèi)首例單點(diǎn)（YOKE）拆除，到2016年埕北油田儲罐及導(dǎo)管架帽拆除、海洋石油102單點(diǎn)（YOKE）拆除，2017年渤中25-1明珠號單點(diǎn)（YOKE）棄置、泰國灣組塊拆除，無一例外都是整體吊裝拆除、整體裝船固定并運(yùn)輸至目的地。這些平臺及單點(diǎn)（YOKE）結(jié)構(gòu)形式不同，裝船固定的方式也不同。本文詳細(xì)論述了棄置拆除的海洋結(jié)構(gòu)物裝船固定的方式、方法及思路。

1 裝船固定設(shè)計(jì)流程

裝船固定是一個(gè)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)，裝船固定設(shè)計(jì)是整體設(shè)計(jì)計(jì)算中非常重要的一環(huán)，主要包含裝船布置、甲板強(qiáng)度的計(jì)算、附屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算等內(nèi)容，具體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

裝船固定的方式和駁船上的位置直接影響了運(yùn)輸分析和穩(wěn)性分析，其中運(yùn)輸計(jì)算和穩(wěn)性計(jì)算的結(jié)果又將作為裝船固定計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 裝船固定設(shè)計(jì)具體內(nèi)容

2.1 駁船上布局

裝船固定中通常先要確定裝船固定的整體方式及駁船上的布局，作為整體設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。待目標(biāo)駁船確定后，根據(jù)駁船具體結(jié)構(gòu)形式，初步確定棄置拆除物在駁船上的擺放位置。擺放的原則：盡量將墊墩等支撐物放置在艙壁或主梁下，沿船的中軸線對稱放置。如果駁船不能調(diào)載，布置時(shí)則需要盡量將組塊的重心置于船的中軸線上，后期通過配重的方式調(diào)平。

棄置拆除物運(yùn)輸項(xiàng)目一般對駁船的集中承載力要求很高，即要求駁船梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度更高。所以項(xiàng)目選取駁船時(shí)，需要通過ANSYS軟件單獨(dú)校核駁船的局部強(qiáng)度，而不能僅通過甲板承載力來判斷駁船運(yùn)輸能力的強(qiáng)弱。

圖1 裝船固定設(shè)計(jì)流程

2.2 裝船固定方式

2.2.1 墊墩支撐

墊墩是棄置項(xiàng)目在裝船固定中最常用的支撐物。根據(jù)其形式大致分為兩種：一種是用于支撐單點(diǎn)等特殊結(jié)構(gòu)的墊墩，見圖2；另一種是用于支撐導(dǎo)管架和組塊等規(guī)則結(jié)構(gòu)的墊墩，見圖3。

圖2 單點(diǎn) （YOKE）拆除用墊墩形式

圖3 組塊及導(dǎo)管架拆除用墊墩形式

2.2.2 筋板固定

常見的裝船固定方式見圖4，通過三層筋板將結(jié)構(gòu)物主腿與墊墩腳靴、墊墩腳靴與墊墩平面、墊墩與船舶甲板固定連接起來。

圖4 常見的裝船筋板固定方式

2.2.3 抬梁固定

通常設(shè)計(jì)裝船固定方式時(shí)還要充分考慮到卸船的方式，如泰國組塊拆除項(xiàng)目中利用運(yùn)輸小車的方式卸船（見圖5），而運(yùn)輸小車一般需要支撐在抬梁上。在綜合考慮支撐物的高度、長度等關(guān)鍵因素后，需要選擇適合的抬梁進(jìn)行裝船固定，以方便卸船（見圖6）。

2.報(bào)表填報(bào)不規(guī)范問題。一是建議加強(qiáng)教育主管部門與財(cái)政部門、財(cái)政業(yè)務(wù)部門與預(yù)算編審部門之間溝通，以便在預(yù)算下達(dá)時(shí)就能保持口徑一致，避免高校財(cái)務(wù)人員憑職業(yè)判斷來填報(bào)。二是建議主管部門每年編制完決算報(bào)表后，組織編報(bào)者進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)，指出不規(guī)范的地方及其原因，防止在下一年度會計(jì)核算中重復(fù)出錯(cuò)。三是建議建立決算報(bào)表員交流平臺，就如何提高決算報(bào)表質(zhì)量、報(bào)表數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等相關(guān)情況展開經(jīng)驗(yàn)討論，有利于統(tǒng)一和提升業(yè)務(wù)能力、操作技能。

圖5 利用運(yùn)輸小車卸船

圖6 增加抬梁的裝船固定方式

2.2.4 臨時(shí)支撐固定

當(dāng)棄置拆除結(jié)構(gòu)物質(zhì)量較大，筋板固定仍不能滿足結(jié)構(gòu)物固定的要求時(shí)，裝船固定還應(yīng)增加臨時(shí)支撐。臨時(shí)支撐為連接結(jié)構(gòu)物主要構(gòu)件和船舶甲板的管材，支撐兩端可以為包板或管插板，YOKE壓載艙裝船固定的方式見圖7。棄置拆除項(xiàng)目裝船固定的大部分工作是需要海上安裝的，而斜撐中的馬鞍口會造成海上施工困難，因此一般盡量少使用斜撐。

圖7 曹妃甸單點(diǎn)棄置項(xiàng)目YOKE壓載艙裝船固定的方式

2.2.5 邊擋固定

對于鋼樁、隔水套管、海底管道等重量分布均勻的小型貨物，其主要采用邊擋的裝船固定方式，邊擋一般采用H型鋼。如曹妃甸單點(diǎn)拆除項(xiàng)目對YOKE臂與YOKE壓載艙采用兩種不同的裝船固定方式，YOKE壓載艙采用的墊墩加臨時(shí)支撐的方式進(jìn)行固定，而YOKE臂則由于重量較輕，采用的是枕木加邊擋的方式進(jìn)行固定，見圖8。

圖8 YOKE臂邊擋固定的裝船固定方式

3 裝船固定計(jì)算

3.1 墊墩等支撐物的強(qiáng)度計(jì)算

墊墩等支撐物的強(qiáng)度計(jì)算一般使用ANSYS有限元軟件，既可對支撐物單獨(dú)計(jì)算，也可將其與駁船一起計(jì)算。若單獨(dú)計(jì)算，建模時(shí)需要將用于固定連接的筋板與支撐物一起考慮，如圖9所示。計(jì)算過程中按照實(shí)際受力情況進(jìn)行模擬加載，通常墊墩等支撐物計(jì)算的原始數(shù)據(jù)需要從結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸計(jì)算中提取。

圖9 墊墩的ANSYS計(jì)算模型

3.2 固定筋板的計(jì)算

校核固定筋板強(qiáng)度時(shí)[1]，一般不再采用軟件而是直接使用經(jīng)典力學(xué)的公式。通常筋板的校核要包括軸向拉應(yīng)力或壓應(yīng)力、水平剪切應(yīng)力、垂向剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和壓彎組合等強(qiáng)度計(jì)算。筋板的連接通常采用焊接，故計(jì)算中也要考慮焊縫的校核。

3.3 臨時(shí)支撐的計(jì)算

計(jì)算臨時(shí)支撐固定時(shí)[2]，可以根據(jù)臨時(shí)支撐的實(shí)際情況應(yīng)用SACS軟件在結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸模型中直接模擬，根據(jù)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果，校核臨時(shí)支撐的強(qiáng)度是否滿足要求。雖然規(guī)范中規(guī)定因設(shè)計(jì)環(huán)境條件引起的側(cè)向力和垂直力所產(chǎn)生的應(yīng)力，相應(yīng)的基本容許應(yīng)力可以增加1/3，但用于裝船固定的臨時(shí)支撐時(shí)，其允許應(yīng)力值不考慮1/3的增量。

3.4 固定邊擋的計(jì)算

固定邊擋所承受的載荷組合有兩種方式：橫搖+升沉+結(jié)構(gòu)自重和縱搖+升沉+結(jié)構(gòu)自重[3]。進(jìn)行邊擋校核時(shí)，對于橫向邊擋校核是將橫向邊檔模擬為SACS模型，運(yùn)用SACS軟件進(jìn)行分析計(jì)算；對于縱向邊擋校核，需要計(jì)算鋼樁與墊木或工字鋼之間的摩擦力F，然后比較縱向慣性力FL和摩擦力F的大小。摩擦力F的計(jì)算公式為：

式中：W為貨物自重，kN；θ為縱搖振幅，rad；μ為靜摩擦力系數(shù)。

3.5 焊縫強(qiáng)度校核

筋板焊接通常會根據(jù)其厚度而采用貼角焊或坡口焊方式[4]。坡口焊焊縫是全熔透的焊接形式，其焊縫強(qiáng)度可不必校核；貼角焊的焊縫強(qiáng)度校核與筋板相同，貼角焊的最小焊腳高度參見表1。

表1 貼腳焊的最小焊腳尺寸/mm

若工程中使用的焊縫高度與表2不符，可用如下公式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算：

式中： fsw=f/Aw，其中f為焊縫承受的拉力或壓力，N；Aw為焊縫的有效面積，Aw=0.707 1 L h（L為焊縫長度，m；h為焊縫高度，m），m2；Fy為鋼材的許用應(yīng)力值，N/m2。

3.6 駁船強(qiáng)度計(jì)算

任何一種裝船固定方式都需要船舶做基礎(chǔ)。棄置拆除項(xiàng)目基本上都使用駁船進(jìn)行運(yùn)輸，駁船的甲板強(qiáng)度成為很多布置方式的制約因素。一般安裝項(xiàng)目的計(jì)算中偏重于結(jié)構(gòu)物的安全，而棄置拆除項(xiàng)目中因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)物為棄置物，計(jì)算中更關(guān)注船舶的安全。

駁船強(qiáng)度計(jì)算一般都使用ANSYS軟件進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析。根據(jù)被承載物在駁船上的位置確定所建模型的區(qū)域。如果是完全對稱的擺放，一般只建立船模型的一半即可，將墊墩及筋板建在駁船上，如圖10所示，其余承載物均以腳印的形式進(jìn)行加載。

駁船甲板局部強(qiáng)度計(jì)算中，駁船強(qiáng)度校核參考的規(guī)范與船舶的入級地點(diǎn)相關(guān)。如果駁船入級的是CCS（中國船級社）,一般采用指導(dǎo)性文件 GD 05-2004《雙弦側(cè)散貨船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接設(shè)計(jì)指南》作為校核的依據(jù)。如果是ABS（美國船級社） 或DNV（挪威船級社）入級的船舶，則需要參考相關(guān)入級規(guī)范作為校核依據(jù)。

圖10 墊墩在駁船上的整體模型示意

4 結(jié)束語

綜上所述，棄置拆除項(xiàng)目是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，不能簡單看作是安裝項(xiàng)目的逆過程。與安裝項(xiàng)目相比，原有結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度已經(jīng)發(fā)生了折減，而且棄置拆除項(xiàng)目的裝船固定更關(guān)注自有設(shè)備的安全；且裝船固定的主要工作都在海上進(jìn)行，施工難度大大增加。如何合理安全地進(jìn)行裝船固定，是棄置拆除項(xiàng)目的難點(diǎn)之一，需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況深入研究。