大型結(jié)構(gòu)物吊裝索具計算分析

李 鷺*

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

海上油氣平臺建設(shè)是保證海洋汽油資源開發(fā)的基礎(chǔ)。平臺的海上安裝、維修以及退役拆除，都涉及到大型結(jié)構(gòu)物的吊裝過程；吊裝過程關(guān)系到海上施工的作業(yè)效率、成本，甚至影響到現(xiàn)場作業(yè)船組及施工團隊的人身安全。

決定吊裝作業(yè)成敗的關(guān)鍵是索具，若索具選擇不當(dāng)，吊裝作業(yè)將存在巨大的安全隱患，不僅會帶來經(jīng)濟損失，也會引發(fā)安全事故。因此吊裝索具的相關(guān)計算，是前期進(jìn)行方案設(shè)計及施工準(zhǔn)備的重要部分。吊裝索具的選擇主要受吊裝資源，結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量，以及結(jié)構(gòu)的吊點尺寸等因素的影響。本文以海上平臺組塊吊裝為例，對吊裝索具的計算，尤其是鋼絲繩的長度及破斷力的選擇進(jìn)行淺析。

1 吊裝分析

吊裝分析是索具計算的基礎(chǔ)，其主要作用是校核吊裝過程中各結(jié)構(gòu)桿件的負(fù)載以及吊裝索具的受力情況。在吊裝分析前，應(yīng)先完成結(jié)構(gòu)物的整體質(zhì)量計算，即重控報告。

1.1 質(zhì)量控制報告

以平臺組塊為例，搟控報告其主要目的就是為計算出組塊的整體吊裝質(zhì)量以及重心。

根據(jù)平臺組塊現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、設(shè)備、設(shè)施、管線以及其他附屬設(shè)施的吊裝質(zhì)量，累加計算出組塊整體的吊裝質(zhì)量。

根據(jù)組塊各結(jié)構(gòu)、設(shè)備等的重心，計算出結(jié)構(gòu)整體重心。在進(jìn)行索具計算過程中，一般主要關(guān)注重心在水平坐標(biāo)系x及y方向中的位置。如圖1 所示，以0 為坐標(biāo)原點，那么重心在x方向與原點的距離為1 340 mm，在y方向與原點的距離為0。

圖1 組塊重心水平坐標(biāo)系示意圖（單位：mm）

1.2 吊裝分析

根據(jù)質(zhì)量控制報告、圖紙等資料，利用SACS 軟件建立吊裝模型并進(jìn)行分析，主要對整體質(zhì)量及重心進(jìn)行重新校核，并對桿件整體強度、節(jié)點強度、吊點強度、鋼絲繩受力等進(jìn)行分析。

在桿件、節(jié)點及吊點強度滿足要求的情況下，通常還要關(guān)注結(jié)構(gòu)整體重心以及鋼絲繩受力情況。一般情況下，經(jīng)吊裝分析校核后，結(jié)構(gòu)物重心位置與質(zhì)量控制報告所示位置不會有較大誤差。如表1 所示，圖1 組塊經(jīng)建模校核后，重心位置與吊裝質(zhì)量與重控報告相比略有誤差。

表1 組塊重量及重心位置比較

為了較為精確地計算出吊裝鋼絲繩的受力情況，在進(jìn)行吊裝分析前，應(yīng)先確定索具高度，也就是吊裝狀態(tài)下索具（鋼絲繩+卡環(huán)）在垂直方向上的投影長度，即鋼絲繩上部頂端到吊點孔中心的垂直高度；同時應(yīng)注意，上述索具高度需保證在吊裝狀態(tài)下索具與水平面的角度不應(yīng)小于60°。

另外，在進(jìn)行桿件、節(jié)點、吊點強度及鋼絲繩受力校核時，還應(yīng)考慮極限工況，即結(jié)構(gòu)實際重心偏離理論重心時的情況。

2 吊裝索具計算

以圖1 所示組塊為例，組塊4 個主腿上均有一個吊點，假設(shè)吊點形式為Padeye，主浮吊為單勾頭四勾齒。那么該組塊吊裝需要利用四根鋼絲繩，每根鋼絲繩上部與浮吊勾頭的勾齒相連，下部連接卡環(huán)，卡環(huán)安裝在相應(yīng)的吊點上。在吊裝過程中浮吊勾頭應(yīng)在組塊重心正上方，且重心位置應(yīng)以吊裝分析重新校核的位置為準(zhǔn)，索具布置的俯視圖應(yīng)如圖2 所示。

圖2 索具布置示意圖（單位：mm）

2.1 索具理論長度

索具理論長度可根據(jù)下式計算：

H——吊裝狀態(tài)下索具高度；一般情況下，若組塊各吊點結(jié)構(gòu)形式及尺寸相同，無論計算哪個方向的索具，索具高度H的值應(yīng)不變。

其中，A和B可用以下公式計算，以圖4 中L1方向上的索具為例：

2.2 索具實際長度

以圖2 中L1方向上的索具為例，索具實際長度為：

2.3 索具長度誤差

根據(jù)索具理論長度及實際長度，計算長度誤差為：

根據(jù)規(guī)范要求，若T≤±0.25%，那么所選的鋼絲繩長度及所選卡環(huán)弓高滿足要求。

2.4 鋼絲繩破斷力及卡環(huán)安全工作載荷

根據(jù)吊裝分析中得出的鋼絲繩最大靜態(tài)載荷，確定鋼絲繩破斷力（MBL）及卡環(huán)的安全工作載荷（SWL）。根據(jù)規(guī)范要求，所選鋼絲繩破斷力應(yīng)不小于最大靜態(tài)載荷的4 倍；卡環(huán)的安全工作載荷應(yīng)不小于鋼絲繩最大靜態(tài)載荷。

3 應(yīng)用實例

以泰國灣JKWB 平臺組塊為例，其索具布置圖即如圖2 所示，索具吊裝高度為25 410 mm，各吊點孔中心與其所在主腿中心的距離為864 mm,那么在L1方向上索具理論計算長度即可根據(jù)上述公式計算：

誤差數(shù)值小于±0.25%，可見在L1方向上，選擇的鋼絲繩長度及卡環(huán)弓高滿足吊裝要求。其余方向上的索具，均按照此方法進(jìn)行計算校核。

JKWB 組塊四個方向上的索具規(guī)格如表2 所示。按照上述計算方法，索具長度誤差如表3 所示。

表2 JKWB組塊索具規(guī)格計算

表3 JKWB組塊索具理論長度及長度誤差

由表3 可知，索具長度誤差均小于±0.25%，因此，4 個方向上的鋼絲繩長度及卡環(huán)弓高均滿足吊裝要求。

鋼絲繩破斷力及卡環(huán)安全工作載荷按照文內(nèi)2.4章節(jié)中的方法進(jìn)行選擇。

另外卡環(huán)的弓高、口寬、銷軸直徑等參數(shù)選擇時，亦應(yīng)充分考慮吊點及所選鋼絲繩等的相關(guān)尺寸，確保在實際使用中卡環(huán)能順利連接鋼絲繩及吊點。

4 結(jié)論

大型結(jié)構(gòu)物常規(guī)吊裝索具選擇時，主要應(yīng)確定以下2 個因素：（1）鋼絲繩長度及破斷力；（2）卡環(huán)尺寸及安全工作載荷。通過合理計算，優(yōu)化索具選擇，不但可以保證海上吊裝作業(yè)順利實施，也可節(jié)省施工成本。