分配力法在固定式海洋平臺組塊吊裝中的應用研究

齊博，高峰，白杰，劉立靜，薄景富，李雯靜

（1.天津修船技術研究所， 天津 300457）

（2.海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

固定式海洋平臺海上吊裝計算時，參考API RP 2A規(guī)范[1]，一般是四個組塊吊點直接與吊鉤通過吊繩相連，吊裝時考慮1.35和2.0的動力安全系數。對于一般組塊來說，吊裝工況是控制工況，需要校核桿件的強度、剛度以及節(jié)點強度。但對于一些國外項目，經?？紤]吊裝時采用對角吊點一組吊繩掛于吊鉤來考慮配扣不均勻，如《固定式海上平臺組塊吊裝計算方法研究》中作者介紹了某國外項目固定式平臺上部組塊吊裝時采用分配力法進行設計的實例[2]，對角的兩組吊繩分別承受整個組塊67%/33%的吊裝重，對應的安全系數為1.5525/1.3225；同時也介紹了該項目所設計的分配力系數法。本文主要側重于某國外項目組塊吊裝分配力法的介紹，由于該項目地域特殊，業(yè)主在NOBLE DENTON規(guī)范的基礎上對組塊吊裝有特殊要求。

1 固定式海洋平臺上部組塊吊裝設計方法對比

論文《固定式海上平臺組塊吊裝計算方法研究》介紹了某國際項目中API RP 2A、分配力法及分配力系數法，其最終組合系數對比如表1：

表1 以往論文組合系數對比

以上組合系數的由來不再贅述，本文主要介紹另一國際項目吊裝計算所使用的方法。

2 新型吊裝計算方法

2.1 計算模型[3]

本文的計算模型基于某國際項目固定式海洋平臺，其3D視圖如圖1：

該上部組塊主要包括四層甲板組塊、直升機甲板、放空臂（吊裝不帶）、電氣房間等主要結構和設備設施。組塊軸間距15m×20m，16井槽，吊裝重約2650噸。

圖1 上部組塊3D視圖

由于前期組塊偏心嚴重，選取吊點時考慮了海事保險吊裝十字心的要求，最終吊點間距為15m×9m。

2.2 偏心包絡線

本項目考慮了吊裝時組塊偏心帶來的影響，偏心包絡線大小為1.5m×1.5m。國內行業(yè)標準為1m×1m。偏心包絡線如圖2所示。

圖2 偏心包絡線

如圖2，ABCD四個點為偏心包絡線的四個角點，ex=ey=1.5m。

2.3 計算模型邊界條件

如圖1所示，SA1/SB1和SA2/SB2分別為兩組吊繩，每組吊繩分別掛在撐桿的兩個端點。吊繩在計算軟件中只保留軸向力。吊鉤全固定（111111），撐桿兩端設置彈簧（110000），四個主腿最低點其中三個設置彈簧，彈簧剛度10kN/m。平臺吊點與撐桿相連的吊繩釋放YZ向彎矩。

2.4 組合系數

放大系數參照DNV GL-ST-N001[4]規(guī)范Table16-1，吊裝計算時的放大系數如表2：

表2 放大系數

(a)分配力不均

根據業(yè)主規(guī)格書SP-1030/Ref-C1/要求，吊裝計算需要考慮兩組對角吊繩（或同側兩根吊繩為一組）分配力不均，不同于論文《固定式海上平臺組塊吊裝計算方法研究》中介紹的67%/33%，該地區(qū)業(yè)主要求分配力不均為75%/25%。

但根據業(yè)主規(guī)格書描述，如果使用了撐桿，那么兩組吊繩分配力不均為60%/40%。由于本項目模型中無法模擬單組吊繩承受60%或40%的力，考慮使用1.2的分配力不均系數來替代分配力不均。

(b)不確定性系數（consequence factor）

參考業(yè)主規(guī)格書SP-1030/Ref-C1/[5]及NOBLE DENTON Guidelines For Lifting Operations By Floating Crane Vessels[6]關于consequence factor的描述，系數如下：

表3 不確定性系數

總的組合系數：對于本項目吊裝，最終的組合系數如下：

吊點：1.35×1.20×1.20=1.944；

吊點直接相連的桿件 ：1.15×1.20×1.20=1.656；

其他桿件：1.00×1.20×1.20=1.44；

對比API RP 2A的要求，總的組合系數如下：

表4 總的組合系數

2.5 校核標準

吊裝屬于危險工況，不允許有許用應力放大，按照規(guī)范要求，桿件應力比（UC）不超過1.0；節(jié)點的校核要求LOAD UC和STRENGTH UC均小于1.0，不允許有1/3的應力放大。

2.6 計算結果

根據前文描述，通過計算，可得所有桿件的應力UC值。與吊點直接相連的大梁PG600A最大UC值為0.95，吊點連接的主腿最大UC值為0.91，均滿足要求。普通桿件最大UC值為0.95，最大節(jié)點Load UC值為0.92，均滿足要求。

3 結論

通過第1、2節(jié)的介紹，可以得出以下結論：(1)該地區(qū)業(yè)主對吊裝計算要求特殊，需在參考標準規(guī)范的同時滿足業(yè)主規(guī)格書要求。

(2)該地區(qū)業(yè)主要求特殊，與以往論文涉及到的吊裝計算有所不同，若單獨考慮75%/25%分配力不均，吊裝工況更為嚴格。

(3)偏心包絡線較國內常規(guī)項目更為嚴格，這是與安裝操作時的操作精度控制相關的，今后實際項目中需綜合考慮施工方的實際情況，在設計時考慮偏心包絡線的大小。

本文介紹了某海域某國際項目的吊裝計算方法，雖然介紹了分配力不均，但由于項目實際情況較特殊，無法實際考慮在計算時通過荷載的形式體現。后續(xù)研究時將會采用與論文《固定式海上平臺組塊吊裝計算方法研究》對比的形式開展研究，以便總結出更為嚴謹的一套吊裝計算方法，為后續(xù)國際項目設計打下基礎。

◆參考文獻

[1] API RP 2A,Recommended Practice for Planning,Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design 21st Edition.2007.

[2] 高峰，王曉蕾，祝濤，等. 固定式海上平臺組塊吊裝計算方法研究[J].石油和化工設備，2017，20(6)：25-27.

[3] AD273-729-G-03722-R1,WHT-BB DECK PRESERVICE ANALYSES REPORT.2019.

[4] DNV GL-ST-N001,Marine Operation and Marine Warranty.2016.

[5] SP-1030,Design Criteria for Fixed Offshore Steel Structures.2008.

[6] NOBLE DENTON Guidelines For Lifting Operations By Floating Crane Vessels.2015.