基于SACS的導(dǎo)管架臨時(shí)支撐分析

閔波 李應(yīng)曉 馬力順 林延明 陳貴發(fā)

（海洋石油工程股份有限公司 天津塘沽 300452）

1 引言

隨著海洋油氣田開發(fā)技術(shù)的日益提高以及陸地石油資源的枯竭，開發(fā)海洋油氣田已經(jīng)成為今后國(guó)家能源開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，開發(fā)海洋油氣田相配套的大型導(dǎo)管架以及海洋石油平臺(tái)技術(shù)孕育而生。這類鋼結(jié)構(gòu)一般都在陸地滑道上建造，建造過(guò)程中需要分片預(yù)制，分片安裝，導(dǎo)管架在高空安裝過(guò)程中，由于高度較高。結(jié)構(gòu)形式較為分散，一般需要在安裝水平片時(shí)加裝臨時(shí)支撐。這一過(guò)程力學(xué)情況復(fù)雜，危險(xiǎn)系數(shù)高，不僅要考慮結(jié)構(gòu)自身?xiàng)U件在運(yùn)動(dòng)中桿件受力分析，也需要考臨時(shí)支撐否滿足要求。SACS軟件是當(dāng)今海事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中最廣泛的軟件。本文就以一導(dǎo)管架為模型，結(jié)合施工步驟，運(yùn)用SACS軟件進(jìn)行臨時(shí)支撐計(jì)算分析，并設(shè)計(jì)臨時(shí)支撐節(jié)點(diǎn)。并運(yùn)用軟件自帶規(guī)范進(jìn)行校核。

2 模塊概況

此模塊為一導(dǎo)管架，分為四腿三層結(jié)構(gòu)形式，主要參數(shù)如表一所示

表 1 主要參數(shù)

圖1 實(shí)體模型

此導(dǎo)管架在滑道上建造，預(yù)制時(shí)分為2個(gè)立片及三層水平片進(jìn)行分別預(yù)制。在空間安裝EL(-)3000以及EL(+)6000 兩層水平片時(shí)底部增加臨時(shí)支撐。以保障高空作業(yè)安全進(jìn)行。此文重點(diǎn)為計(jì)算此臨時(shí)支撐以及臨時(shí)支撐類型的選取。

3 施工方法

此導(dǎo)管架建造按照常規(guī)步驟分步進(jìn)行，先進(jìn)行底層安裝，后進(jìn)行上層空間安裝。

3.1 安裝底部水平片

此項(xiàng)工作前應(yīng)先將滑靴固定好，所有機(jī)械工具必須經(jīng)過(guò)安全檢查。根據(jù)臨時(shí)支撐圖布置好臨時(shí)支撐，底層的支撐要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支墩的沉陷情況，及時(shí)調(diào)整，在所有準(zhǔn)備工作完成后，將預(yù)制好的EL(-)15 900水平片布置在滑道上的臨時(shí)支撐上，并調(diào)整該水平片水平

圖2 底層甲板片

3.2 立ROW-2片

立片前，ROW-B片需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)并參照《立片預(yù)制方案》完成該立片上的附件安裝。立片完成后應(yīng)注意用拖拉繩固定.

圖3 立ROW-2片

3.3 安裝EL(-)15 900和EL(-)3 000水平片之間的ROW-A和ROW-B上的花片

圖4 安裝花片

3.4 安裝 Row-2和Row-1之間的EL(-)3 000水平片

圖5 安裝EL(-) 3 000水平片

3.5 安裝 Row-1和Row-2之間的EL(+)6 000水平片

圖6 安裝EL(+)6 000水平片

3.6 立ROW-1片并合攏

圖7 立ROW-1片

3.7 安裝剩余附件

安裝未能在預(yù)制過(guò)程中提前焊接在各個(gè)片上的剩余附件，其中包括防沉板上與導(dǎo)管及拉筋連接的斜撐，安裝順序根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

總體結(jié)構(gòu)完工后，進(jìn)行最終涂裝、檢驗(yàn)，等待牽引裝船。

4 臨時(shí)支撐計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

此sacs模型完全按照實(shí)際圖紙建立。在底層EL(-)15 900水平片安裝后，EL(-)3000水平片安裝前，增加1根的規(guī)格為?356*19的管。作為EL(-)3000水平片外側(cè)的臨時(shí)支撐。此支撐與地面固定連接。

在?610拉筋中心位置，設(shè)置臨時(shí)支撐可以避免支撐對(duì)底層片上陽(yáng)極塊的干涉?？梢栽陉懙剡M(jìn)行陽(yáng)極的安裝，避免在空間進(jìn)行陽(yáng)極安裝。提高效率。

以往項(xiàng)目中，臨時(shí)支撐一般為2根臨時(shí)支撐。此次經(jīng)過(guò)計(jì)算設(shè)置一根臨時(shí)支撐，能更大程度上節(jié)約材料。同時(shí)釋放出更多安裝空間。提高空間安裝施工效率。

EL(-)3000水平片安裝后，EL(+)6000水平片安裝前，在相同位置繼續(xù)增加向上的臨時(shí)支撐。以方便EL(+)6000水平片的吊裝。

在計(jì)算時(shí)，按照最危險(xiǎn)情況進(jìn)行計(jì)算。即按照上圖中兩層水平片全部吊裝完成后整體計(jì)算。

圖8 SACS 模型

4.2 邊界條件

底層甲板片支撐邊界條件以及連接形式如下圖所示：

圖9 模型邊界條件

5 計(jì)算結(jié)果分析

● 應(yīng)力分析

SACS軟件應(yīng)力分析采用AISC13th規(guī)范自動(dòng)校核，利用桿件UC值來(lái)判斷在某種工況下，此桿件是否危險(xiǎn)，如果UC值超過(guò)規(guī)范要求數(shù)值，可以對(duì)某桿件結(jié)構(gòu)加強(qiáng)來(lái)處理。軟件計(jì)算方法簡(jiǎn)單實(shí)用，計(jì)算精度也達(dá)到工程所需要求，下表為選取UC值最大幾根桿件。此次計(jì)算最大UC為0.47 ，滿足小于1的狀態(tài)，故本次桿件應(yīng)力均滿足力學(xué)要求。

表2 計(jì)算結(jié)果

6 臨時(shí)支撐細(xì)部結(jié)構(gòu)

臨時(shí)結(jié)構(gòu)主結(jié)構(gòu)為?356*19的無(wú)縫鋼管，由于導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)本身拉筋不能再承受其他外力。對(duì)于節(jié)點(diǎn)交叉處需要特別處理。

6.1 底部設(shè)計(jì)

臨時(shí)支撐底部設(shè)計(jì)如下圖所示，底板使用PL25的方板，以增加受力面積，減小對(duì)地壓強(qiáng)。?356*19管四周增加4塊防傾覆筋板。增加臨時(shí)支撐穩(wěn)定性。

圖10 底部支撐

6.2 底層水平片節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

圖11 底層水平片

底層EL(+)15 900水平片拉筋為直徑508，上方臨時(shí)支撐受力需要避開508的拉筋，以免拉筋垂直受力，影響桿件本身的強(qiáng)度，故設(shè)計(jì)兩根成品管與H440型鋼為支撐結(jié)構(gòu)，以完全避開508的拉筋。

6.3 中間水平片節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

圖12 中間層水平片

中間層水平片由于受上下都有支撐管影響，同時(shí)上層支撐管向下傳力影響。設(shè)計(jì)四塊筋板卡住拉筋管，以釋放來(lái)自上層的受力。避免應(yīng)力集中。使水平片拉筋受到破壞。

7 結(jié)論

在本文中通過(guò)對(duì)導(dǎo)管架建造過(guò)程中臨時(shí)支撐的設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)SACS軟件的模擬計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。設(shè)計(jì)出適合此項(xiàng)目的臨時(shí)支撐節(jié)點(diǎn)。

SACS模擬切合實(shí)際，計(jì)算結(jié)果精度達(dá)到工程計(jì)算要求。同時(shí)對(duì)于臨時(shí)支撐的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)給出指導(dǎo)意見。為后續(xù)項(xiàng)目在此方面的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)以及經(jīng)驗(yàn)。SACS軟件在海洋工程領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，范圍不僅僅局限于本文的臨時(shí)支撐計(jì)算，還能用于靜力學(xué)分析，非線性塑性分析，動(dòng)態(tài)分析等。