大跨度柔性防沉板吊裝方法

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(海洋石油工程(青島)有限公司 ，山東 青島 266555)

本文以國內某導管架防沉板吊裝作業為例，介紹了一種新型吊裝方法，通過優化吊點位置進行分析，并與傳統吊裝方法進行對比，結果證明了新型吊裝方式無論是在防沉板整體受力方面，還是在控制吊裝過程中變形方面，都優于傳統吊裝方式。

1 兩種吊裝方式介紹

1.1 防沉板形式

本文中采用的防沉板TEKLA模型見圖1。

圖1 防沉板TEKLA模型

此防沉板的尺寸為39m×34m，重272t，管徑為φ1067和φ762兩種，整個防沉板結構較重，管徑較小，柔性較大。此防沉板與以往常規防沉板最大的不同在于，本項目防沉板所鋪設的并非鋼板而是木頭，木頭與防沉板型鋼之間采用的是螺栓連接。由于木頭的抗拉及抗壓強度都遠小于鋼板。所以在實際吊裝過程中，為避免吊裝變形引起的螺栓對木頭的撕裂，在保證整個甲板片強度滿足要求的基礎上，其剛度控制也顯得尤為重要。本文以最危險工況平吊為例來進行分析，對比兩種吊裝方式的優缺點。

1.2 傳統吊裝吊點布置

1.2.1 吊點布置

由于防沉板采取反造，在預制過程為水平擺放，為實現防沉板的最終定位，需將防沉板進行翻身吊裝。在翻身作業中，為避免整個過程中鋼絲繩與結構物的碰撞，在常規作業中，吊點一般布置在防沉板的外側，如下圖2。

圖2 傳統吊點布置

1.2.2 存在的缺點及不利因素

在傳統吊點布置工況下，由于吊點集中布置在防沉板外側，在平吊時，將會導致整個防沉板中心位置處所受的彎矩較大，由于整個防沉板的剛度較小，從而在重心位置處的撓度較大。考慮到防沉板敷設的木頭與結構之間采取螺栓連接，從而木頭被螺栓撕裂的風險較大。為穩妥起見，建議為防沉板中間位置增加吊機，防止整個防沉板因變形較大，從而撕裂木頭。兩種吊點布置方式見圖3。計算原理[1]如下：

圖3 兩種吊點布置方式

對于兩種情況，最大撓度均發生在梁的中間位置：

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由上式計算結果可以看出，第一種情況下的彎矩及最大撓度均為第二種情況下的1.5倍，相對應的桿件最大撓度也為1.5倍。由此可見，防沉板中心位置加以吊點可以有效的減小防沉板的桿件彎矩及變形，從而可以有效的降低吊裝風險。

1.3 優化后的吊點布置

綜上，可以對上述防沉板的吊點位置加以優化，優化后的吊點布置圖見圖4。

圖4 優化后的吊點布置圖

2 計算結果分析

防沉板吊裝過程中的強度和剛度計算采用SACS軟件進行模擬，SACS軟件是廣泛應用于海洋結構工程中的一種分析軟件，可以用來計算海洋工程中吊裝、運輸，地震等過程中的整體結構強度分析。分析過程按照API RP 2A-WSD[2]的要求進行，對防沉板在兩種吊點布設情況下的整體強度和剛度進行比較：

工況1：常規吊點布設吊裝工況(吊點布置見圖2)；

工況2：按照本文提出的優化方法進行吊點布設后的吊裝工況(吊點布置見圖4)。

2.1 應力比較

在海洋工程結構強度計算中，UC(unity check)值是衡量結構強度是否安全的一個重要指標。軸向應力和彎曲應力與其容許應力的比值之和小于1，且剪應力與其容許應力的比值小于1，則UC<1。所以必須保證所有桿件的UC值均小于1.0才能保證整個防沉板的強度在吊裝過程中是安全的。即：

其中：

fy為材料的屈服強度

兩種工況下的UC值云圖5、圖6。

通過圖5與圖6可見，工況1中最大UC值為1.45，工況2中最大UC值為0.943，由此可見，優化后的防沉板不需要增加任何的臨時加強即可滿足整體強度要求，也可以避免吊裝之后因切除臨時加強而對木頭的造成損傷、火災等風險，大大減少現場工作量。

圖5 工況1的UC值云圖

圖6 工況2的UC值云圖

2.2 變形比較

兩種工況下的變形云圖見圖7、圖8。

圖7 工況1的變形云圖

圖8 工況2的變形云圖

工況1的最大變形為31.617cm，工況2的最大變形為17.492cm，為工況1的1/2左右，由此可見，中間布置吊機可大大減小了吊裝過程中的桿件變形，盡可能的保證了整個防沉板的剛度，從而大大降低木頭被緊固螺栓撕裂的風險。

3 工程實例應用

按照本文分析結果，對防沉板的吊點位置進行優化，現場進行了吊裝作業，見圖9。

圖9 防沉板吊裝過程

本次防沉板的順利吊裝，以及在吊裝完成之后對防沉板進行檢查，未發現木頭撕裂及桿件變形嚴重的現象發生，印證了這種優化布置吊點的做法是可行的。

4 結論

通過第三節的計算分析及第四節案例的成功應用，證明本文所述的吊點布設優化能有效降低防沉板的結構受力及變形的做法是正確的，此方法的應用可將此類防沉板吊裝的風險大大降低。