大型桁架結(jié)構(gòu)整體建造吊裝技術(shù)研究

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

海洋工程導(dǎo)管架多由鋼管和型鋼組成，在預(yù)制場(chǎng)地上幾根桿件即可搭建成一個(gè)框架結(jié)構(gòu)，但一般此類簡(jiǎn)易框架結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度較弱，不適宜進(jìn)行整體吊裝，導(dǎo)致大量的單根桿件需要空間進(jìn)行安裝，既增加了施工難度，也降低了施工功效，同時(shí)多次吊裝作業(yè)還增加了現(xiàn)場(chǎng)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)。將盡可能多的桿件搭建成一個(gè)穩(wěn)定的桁架結(jié)構(gòu)，并將陽(yáng)極、腳手架等附屬結(jié)構(gòu)提前固定于桁架結(jié)構(gòu)上，最大化地減少空間組對(duì)及焊接工作，這種一體化陸地建造的結(jié)構(gòu)物整體吊裝，已成為現(xiàn)今海工項(xiàng)目施工中的優(yōu)選方案。大型桁架結(jié)構(gòu)物的吊裝已成為施工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)和主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。本文以渤中某項(xiàng)目為例，以桁架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算、吊機(jī)選取及走位為研究基礎(chǔ)，介紹大型桁架結(jié)構(gòu)的整體建造及吊裝技術(shù)的應(yīng)用及研究工作。

1 重量和重心

渤中某項(xiàng)目CEPA導(dǎo)管架的下部?jī)蓪铀狡?jì)劃采用大型桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝，該導(dǎo)管架共有兩個(gè)此類桁架結(jié)構(gòu)，在海洋石油工程股份有限公司塘沽場(chǎng)地進(jìn)行建造，由于該桁架結(jié)構(gòu)桿件較多，重量較大，為了保證結(jié)構(gòu)物重量重心的準(zhǔn)確，通過(guò)TEKLA軟件繪制了詳盡的三維模型，計(jì)算出了桁架結(jié)構(gòu)整體的重量重心。重量及重心的計(jì)算結(jié)構(gòu)如表1所示，重量重心的位置如圖1所示。

表1 桁架結(jié)構(gòu)的重量及重心

圖1 桁架結(jié)構(gòu)的重心位置圖

由表1和圖1可知，桁架結(jié)構(gòu)整體重量雖然較重，但重心位置比較接近結(jié)構(gòu)物的中心，比較有利于后續(xù)的吊裝過(guò)程中的變形控制。

2 桁架結(jié)構(gòu)建造流程簡(jiǎn)單分析

桁架結(jié)構(gòu)桿件較多，不可能一次完成所有桿件的組對(duì)和焊接工作，需要分步分批進(jìn)行以保證在焊接過(guò)程中的尺寸控制能夠滿足項(xiàng)目要求。具體組對(duì)過(guò)程如下：先布置墊墩，墊墩布置過(guò)程中需進(jìn)行測(cè)量，保證后續(xù)水平片在同一平面上進(jìn)行建造，在建造過(guò)程中對(duì)墊墩要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證水平片的建造精度，本層底層水平片，主要由鋼管、型鋼及鋼板組成，焊接順序?yàn)閺闹虚g向四周進(jìn)行對(duì)稱焊接。

待底層水平片組對(duì)完成后根據(jù)圖2所示，依照數(shù)字順序完成上層桿件的組對(duì)，焊接順序同樣為從中間向四周進(jìn)行對(duì)稱焊接。最后安裝并焊接陽(yáng)極等附件。待桁架結(jié)構(gòu)整體組對(duì)焊接完成后，需進(jìn)行整體檢驗(yàn)，確保每道焊口都已完成焊接并檢驗(yàn)合格，保證桁架結(jié)構(gòu)整體吊裝的安全性。

圖2 3軸、4軸間桁架結(jié)構(gòu)組對(duì)順序

3 吊裝計(jì)算及吊索具要求

根據(jù)表1所示桁架結(jié)構(gòu)的整體重量和圖1所示重心位置，結(jié)合結(jié)構(gòu)物自身的特點(diǎn)共設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)位置均采用鋼絲繩直接兜管的吊裝形式。使用SACS軟件對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，如圖3所示，UC值為0.7，最大變形值為10.52cm，通過(guò)以上計(jì)算結(jié)果得出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足吊裝要求?？紤]到吊點(diǎn)位置采用兜管形式進(jìn)行吊裝，需使用ANSYS軟件對(duì)鋼絲繩所兜位置鋼管的局部強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，如圖4所示，最大等效應(yīng)力為156MPa，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，可以采用兜管形式進(jìn)行吊裝。

圖3 SACS軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)變形圖

圖4 ANSYS軟件計(jì)算局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

4 吊裝過(guò)程運(yùn)輸路徑及吊機(jī)選型

該桁架結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)物重量較重，結(jié)構(gòu)整體尺寸較大，擬采用400t 2#、400t 3#兩臺(tái)吊車進(jìn)行吊裝作業(yè)，兩臺(tái)吊車在預(yù)制場(chǎng)地緩慢地將桁架結(jié)構(gòu)整體吊起，吊離墊墩一定高度后，調(diào)整吊車站位，待吊車調(diào)整至最終位置后，將桁架結(jié)構(gòu)向著最終就位方向運(yùn)輸，在最終就位場(chǎng)地前，調(diào)整吊車的角度，最終將桁架結(jié)構(gòu)運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢镁珳?zhǔn)就位。具體吊車調(diào)整和走位如圖5所示。吊裝作業(yè)過(guò)程中，吊車與桁架結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置通過(guò)三維模擬軟件的模擬，確認(rèn)結(jié)構(gòu)物與吊車在空間位置無(wú)碰撞。在吊裝過(guò)程中吊機(jī)的利用率，吊索具的安全載荷均滿足公司體系文件要求。

圖5 吊車最終站位圖

5 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)技術(shù)方案要求，在吊裝作業(yè)開(kāi)始前，清理了吊裝作業(yè)場(chǎng)地和吊車行走路線中的障礙物，并著重檢查了桁架運(yùn)輸過(guò)程中是否存在空間障礙物的情況，檢查了吊索具和吊車的情況并確認(rèn)了吊車工況符合技術(shù)方案，再次確認(rèn)所有結(jié)構(gòu)均焊接已完成后，進(jìn)行了桁架結(jié)構(gòu)的整體吊裝并最終順利就位。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以某項(xiàng)目為例，對(duì)該導(dǎo)管架中的大型桁架結(jié)構(gòu)的建造及吊裝過(guò)程進(jìn)行了分析，通過(guò)使用AUTO-CAD、TEKLA、SACS等軟件對(duì)吊裝過(guò)程進(jìn)行了充分模擬和計(jì)算，確認(rèn)了結(jié)構(gòu)物準(zhǔn)確的重量重心，保證了結(jié)構(gòu)物整體和局部的強(qiáng)度均能夠滿足吊裝要求。

依據(jù)施工場(chǎng)地設(shè)備的情況，在圖紙、材料、人力等先期準(zhǔn)備充足的情況下，在預(yù)制場(chǎng)地制作大型桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體吊裝的施工方法的優(yōu)點(diǎn)是：首先，可提高結(jié)構(gòu)物自身以及空間的組對(duì)精度；其次，可大幅減少后期空間組對(duì)的工作量，縮短施工周期；再次，可提高項(xiàng)目的安全性。大型桁架結(jié)構(gòu)整體預(yù)制吊裝是一種新的嘗試，它不僅改變了傳統(tǒng)的逐層建造安裝的方式，也提高了現(xiàn)場(chǎng)的施工效率和安全性。