海洋石油平臺甲板片疊片運輸技術(shù)

安洪濤，歷 超，葉 鏑

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

海洋石油平臺大都是由甲板片、立柱組成的，甲板片疊一般分為5 層，底層呈L 型，重量通常在110 t 左右。甲板片采用的是正造法結(jié)構(gòu)完成的，并利用平板車將其運輸至噴涂車間對其進行噴涂，以此起到防腐作用。然后再向滑道微端進行運輸，用履帶對其進行吊裝至滑道位置。通常使用3 臺履帶對其進行聯(lián)合作業(yè)，因此，需要對運輸方式進行計算，并通過SACS 建模的方式確定運輸方案。

1 確定吊裝方法

海洋石油平臺甲板片疊片的運輸，首先需要確定吊裝方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)物和吊繩連接的方式不同，可以分為兜拉式吊裝和吊點式吊裝。兜拉式吊裝主要應(yīng)用于導(dǎo)管架和拉筋等。吊點式主要應(yīng)用于板格式結(jié)構(gòu)和梁格式結(jié)構(gòu)，根據(jù)吊點個數(shù)的不同，又可以分為四吊點、三吊點、兩吊點、單吊點。其次應(yīng)對調(diào)取位置進行選擇。在確定吊點方向和位置的過程中，應(yīng)秉承以下3方面的原則進行，分別是：吊點位置、吊點方向、水平夾角[1]。吊點需要在主梁位置上放置，以保證結(jié)構(gòu)的整體強度等。在吊點方向方面，鉤頭在水平面上有投影線，它需要在重心位置通過，并確保水平片上的不同吊點與鉤頭形成一個圓錐體，并確保不同吊點應(yīng)在一個圓內(nèi)，而且還應(yīng)保證水平片到鉤頭投影的投影點應(yīng)處于圓心位置，進而對吊裝結(jié)構(gòu)物的水平度進行確保。此外，吊繩的水平面夾角與吊繩的方向應(yīng)保持其夾角在60°以上，還應(yīng)避免吊繩力水平方向分力過大問題，避免出現(xiàn)水平片彎曲變形的情況，確保吊裝安全性。

2 計算吊繩重力

在實際進行吊裝的過程中，吊裝的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，計算數(shù)據(jù)也十分寬泛，所以在信息技術(shù)大背景下，可以利用軟件計算運輸方式，在這種模式下，會確保更多的信息化計算方法在模擬吊裝環(huán)節(jié)進行廣泛運用。在開展計算的過程中，通常會涉及到材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的知識，并以此為依據(jù)進行吊裝計算。通常需要計算吊繩力的大小，在應(yīng)用公式進行計算的過程中，需要假設(shè)甲板片疊片具有各向同性、連續(xù)、分布均勻的特點，在這一理想狀態(tài)下，應(yīng)運用吊繩力計算公式進行計算。在運輸甲板片疊片的過程中，由于甲板片的柔度較大，需要在平板車的對稱位置布置扁擔(dān)梁，長度應(yīng)以18 m 為宜，這樣可以對甲板片的彈性變形問題進行控制。扁擔(dān)梁其截面為40×40×600×900 的箱形梁結(jié)構(gòu)。同時，平板車的外形為上下頂升行程±350 m，高1.9 m，外形尺寸為6.1 m×16 m。在這一情況下，還可以利用SACS 軟件對甲板片疊片的運輸方式進行計算。本軟件的特點在于，其中對不同國家的鋼架結(jié)構(gòu)資料庫進行了內(nèi)置，能夠進行環(huán)境載荷設(shè)定、桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計、動態(tài)分析、非線性塑性分析、靜力學(xué)分析等，還具有運輸與安裝分析模塊及地基分析模塊。這種通過計算的方式，對甲板片疊片的運輸能力進行計算的方式，能夠有效提高甲板片疊片的運輸質(zhì)量。同時，對于重心修正方面，在SACS 軟件進行加載后，可以以結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力偶性質(zhì)為依據(jù)，在不同的水平片上分別加載方向相反且大小相等的力偶，還應(yīng)保證兩個力偶連線的方向一致，即在Tekla 軟件中對重心位置進行修正，以此確保軟件計算結(jié)果的正確性。在對水平片變形的結(jié)果進行計算及校核的過程中，應(yīng)規(guī)范化設(shè)計整個水平片的位移變形及鋼結(jié)構(gòu)，并對吊點間的間距進行調(diào)整，并將水平片懸挑長度進行減少，確保位移和變形的減少。

3 確定運輸需求

SACS 建模需要依據(jù)圖紙進行模型建造，還應(yīng)對甲板片的重心重量進行計算，可以運用SACS 軟件運輸工況和吊裝工況計算模式。還應(yīng)以施工現(xiàn)場實際甲板的結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)場形成路線圖的特點為依據(jù)，對吊點位置和吊機站位進行設(shè)置。在利用SACS 進行計算后，需要對變形滿足吊裝和運輸要求及甲板片強度進行確定。在建立吊裝模型的過程中，應(yīng)定義絞支約束和吊鉤位置節(jié)點，并定義甲板片自重載荷，確保運用靜態(tài)分析模塊。通過計算可以得知，0.38 為甲板片的最大UC值，6 cm 為甲板片的最大變形[2]。以鋼絲繩拉力和計算結(jié)果的鉤頭力，確定配重工況及吊機作業(yè)半徑，以及選取卡環(huán)規(guī)格及吊裝鋼絲繩。根據(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)驗，在計算平板車運輸模擬值的過程中，通常定義簡支約束為扁擔(dān)梁相交位置與平板車邊緣的位置。同時，還應(yīng)假定平板車自身具有足夠的剛度，但現(xiàn)場情況卻是在進行試調(diào)后甲板片疊片的對角線產(chǎn)生了嚴(yán)重的變形，導(dǎo)致平板車在受力不均的情況下無法進行行車，這也說明了平板車本身缺乏鋼力，也就說明以常規(guī)化的方式并不適用于運輸異性甲板片疊片。因此，應(yīng)重新對約束條件進行定義，通過分析平板車的工作原理和結(jié)構(gòu)，可以嘗試簡化平板車支撐點的方案，可以用彈簧約束的邊界條件作為平板車支撐點，由于平板車的工作原理在于在各組輪胎區(qū)域都有相連的若干個液壓千斤頂，通過調(diào)整彈簧約束力的大小，確定實際試調(diào)結(jié)果與計算結(jié)果相吻合，在這種情況下，扁擔(dān)梁的受力支點反力依次為487.7 N、56.5 N、414.9 N、99.2 N。此時的最大變形為123.4 cm。而平板車支撐節(jié)點與扁擔(dān)梁兩邊的節(jié)點也會產(chǎn)生一定的變形。因此，為對甲板片疊片在運輸過程中發(fā)生的變形問題進行有效控制，需要將相同重量的配重塊在甲板片疊片大梁上進行配置，并考慮將配重塊設(shè)計為不同的配置，包括40 t、30 t、20 t，在計算后，可以發(fā)現(xiàn)甲板片的最大變形分別為41.7 cm、37.3 cm、72.4 cm。在對比后可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)將20 t 的配重塊進行放置，會產(chǎn)生較大的配重變形值，將40 t 配重的配重塊在區(qū)域內(nèi)進行放置，會出現(xiàn)反方向扭轉(zhuǎn)的情況，這就說明配重量過大。因此，可以將30 t 配重的配重塊在區(qū)域內(nèi)放置，在這種情況下，其配重效果為最佳，同時，在這種情況下，0.54 為其最大UC值，扁擔(dān)梁和板車整體受壓位移為12.6 cm，這與運輸需要相吻合。此外，當(dāng)假定邊界條件為彈簧約束并對30 t 配重進行布置后，扁擔(dān)梁在這種情況下不會發(fā)生變形的情況，其變形趨勢也基本相似，最大位移分別為18.2 cm 和20.7 cm，整體受壓變形位移則分別為11.4 cm和13.9 cm。在這種情況下，受力度會較為平均。再者，SACS 的建模過程，還應(yīng)通過修正系數(shù)進行修正處理，以此確保甲板片疊片的實際重量與實際吊裝重量接近，進而確保吊裝的安全性及吊裝的精準(zhǔn)度。此外，通過SACS 對吊繩的受力情況進行計算，能夠從直觀角度更加高效的對變形位置進行判斷，在顯示SACS最大變形的過程中，也應(yīng)校核每一根H 形鋼強度，并以力學(xué)規(guī)定為依據(jù)，確保構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)低于1。若出現(xiàn)了局部區(qū)域UC值大于1 的情況，這就說明許用應(yīng)力小于桿件受力，應(yīng)對吊點的數(shù)量進行增加，以確保局部區(qū)域受力減小。此外，也可以在此處對橫梁進行添加，確保其剛性得到增加。

4 分析對比校核

在實際進行海洋石油平臺甲板片疊片運輸?shù)倪^程中，由于吊裝結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性較強，且計算量較大，因而，在計算機軟件性能不斷提高的情況下，需要與各類復(fù)雜原因進行有效融合，采取合適的方法進行計算。通過上述計算可知，若4 根繩子同時進行受力，并以材料力學(xué)中的相關(guān)公式進行計算，可以得出理想狀態(tài)下的計算結(jié)果，但與實際情況仍舊存在一定的出入。而SACS 軟件融入計算過程中，能夠確保計算結(jié)果更加精確，它的原理在于將吊裝分為吊繩和水平兩個部分，并以相似的模型進行模擬，確保每一個部分都有其相關(guān)規(guī)矩。此外，結(jié)合不確定種類系數(shù)、吊裝傾斜、制造偏差情況進行分析，也可以得出SACS 軟件計算模式與實際情況更為接近[3]。同時，SACS 軟件在進行甲板片疊片的吊裝應(yīng)用中，在開展建模工作的過程中，能夠?qū)Σ煌慕M合梁、拉筋、立柱、型鋼梁等進行模擬，確保重心與水平片的重量不會出現(xiàn)過大的偏差。在計算過程中，在完成SACS 重心與實際重心的修正后，需要對校核效果進行確保，也可以對每個構(gòu)建的屈服強度內(nèi)受力情況進行精準(zhǔn)計算，以此確保吊件吊裝的安全。另外，還應(yīng)對甲板片疊片的動態(tài)吊裝過程進行模擬，確保吊裝過程不應(yīng)偏離軌跡和方向，這種方式也可以直觀地顯示出每根桿件的位移變形程度，并能夠以規(guī)范要求為依據(jù)，對吊點的位置是否合適進行確認(rèn)。而對于添加荷載問題，由于附加結(jié)構(gòu)和主結(jié)構(gòu)施加方向重力，因此可以忽略吊繩重量。在SACS 模型中，主要的核算內(nèi)容為整體變形及水平各桿件的性質(zhì)，其中，將吊繩的性質(zhì)定義為桿件且其剛性無限大，并用無縫鋼管進行模擬，而且在本次甲板片疊片的吊運過程中，上下翼緣處有環(huán)板，組合梁較差和中立柱的位置重量較大。因此，可以用Loan-Joint 命令添加上下兩個環(huán)板，確保SACS 的實際重量與模型重量二者之間更加接近，也可以確保核算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

綜上所述，在海洋石油平臺甲板片疊片運輸過程中，由于矩形結(jié)構(gòu)是常見的甲板片，同時，也包含一定的組塊異形甲板片，通過詳細分析平板車資料及現(xiàn)場吊裝和運輸?shù)墓r可以得知，以SACS 進行計算，能夠?qū)Φ跹b用吊機、鋼絲卡環(huán)、吊點、吊機進行合理選擇，進而能夠得到詳細的節(jié)點位移、桿件UC值、變形結(jié)果等，并以此為依據(jù)進行計算。另外，還能通過對配重塊進行的合理布置，確保平板車運輸甲板片疊片獲得成功，這也可以對工程項目現(xiàn)場施工作業(yè)內(nèi)容進行有效指導(dǎo)。由此可見，通過SACS計算，能夠?qū)Ｑ笫推脚_的吊裝及運輸合理化方案進行確定，以節(jié)約施工成本。