XSTEEL與SCAS結合在JZ25-1S WHPE組塊水平片吊裝中的應用

劉亞光 成金鳳 談景堯

(天津開發區海寧船舶工程技術有限公司,天津 300457)

XSTEEL與SCAS結合在JZ25-1S WHPE組塊水平片吊裝中的應用

劉亞光 成金鳳 談景堯

(天津開發區海寧船舶工程技術有限公司,天津 300457)

海洋工程結構加工設計和建造過程中,需要對大型結構進行吊裝計算分析,以確定結構吊點的位置、噸位及強度,同時分析結構的變形。本文依據海洋工程JZ25-1S WHPE組塊EL(+)17 800 M4#水片吊裝實例,總結XSTEEL軟件與SACS軟件相結合進行吊裝計算的步驟,同時對計算過程中的一些問題進行分析和探討。

XSTEEL SACS 吊裝分析 吊點布置

1 引言

SACS(Structural Analysis Computer System)程序是用于海洋平臺結構分析的軟件。它被遍及世界的上百個與海洋工程有關的設計公司或油公司使用,并得到世界各個權威檢驗機構的認可。該程序由20多個不同功能的模塊組成,以便完成各種不同計算功能的要求。

Tekla Structures是通過創建三維模型后自動生成鋼結構詳圖和各種報表。Xsteel模型建好以后,可用于檢查結構的桿件間是否存在碰撞,同時給出碰撞清單以便改正設計不合理的地方；還可以從模型中提取車間施工用的單件圖；還可以給出結構整體或局部的重量及重心位置。

2 吊裝過程描述

JZ25-1S WHPE為四層甲板片的組塊,整個組塊總重2976t。本文就該組塊的中間層EL(+)17 800 M4#水平片進行吊裝分析。此水平片吊裝過程是先將其從預制場地吊裝運輸到噴砂車間,整體噴涂后再運輸至總組吊裝場地進行吊裝組對。此水平片吊裝時主要有以下難點:首先是大梁分布不對稱,這必將導致水平片的重心位置與其幾何尺寸的中心不同；其次是整個水平片的尺寸過大,并且吊裝過程中水平片一側帶立柱,立柱處帶有環板,并且帶立柱側是組對的地方,這將增加吊裝組對時的難度系數。

3 吊裝計算過程

(1)從XSTEEL模型中查詢水平片的重量和重心位置并將水平片的布置圖導入AutoCAD中。Xsteel軟件搭建的模型中包含了鋼結構工程中結構和建造的全部信息,如型鋼、板材、焊縫、螺栓和其他材料等；每個桿件都包含橫截面積、單位重量等幾何屬性和截面慣性矩、中性軸等力學屬性,這就為準確、快速地搭建模型及查詢水平片的重量和重心位置提供了可靠的保證。

(2)確定吊點的位置及吊車的起吊位置。由XSTEEL軟件查詢此水平片的重量為121t,根據現有設備和水平片的形狀尺寸,采用兩臺履帶吊車聯合作業的方式。然后再根據每個吊車的起吊能力及場地限制來確定吊車的起吊位置。按照幾何原理,由兩臺吊車的吊點組成的直線應穿過水平片的重心。在AutoCAD中將水平片平面圖比例縮放為1:1,然后把水平片的重心位置畫在圖中,并初步確定吊點的位置,一個起吊位置設4個吊點,并且一般吊點的位置都布置在水平片的主梁上。

(3)在SACS軟件中建立組塊模型。在吊裝分析中,只需對吊裝的主結構進行模擬,主結構包括組塊的腿和水平片結構。其他結構,如組塊井口周圍的具體結構、吊耳、欄桿等具體的附屬結構,可以不作為計算模型的一部分進行模擬,而是作為加在組塊上的載荷進行模擬。因此,首先在EL(+)17 800 M4#水平片模型文件中加入節點、桿件及板材,其中桿件包括水平片主次梁結構和立柱,而筋板及其他加強結構以載荷的形式加在水平片上。然后對桿件和板材的特性進行定義。在PROPERTY下拉菜單中定義桿件和板材的特性,包括桿件板材的外形尺寸和材料特性。

(4)在SACS模型中加載載荷。SACS模型建立完畢之后,通過SACS的SELFWEIGHT命令加載水平片的重量；然后根據XSTEEL模型查詢的水平片的重量和重心位置,計算出SACS模型中所有需要以載荷的形式加在水平片上的重量,通過LOAD窗口的下拉菜單,將集中載荷或分布載荷加到結構模型中,使得SACS模型與Xsteel模型重心位置一致；通過增加組合工況,調整SACS模型的重量,使之與Xsteel模型的重量一致；在加載荷載過程中,每一種載荷都定義了工況和載荷名稱,為了進行計算分析,需要對所有工況進行組合,并且考慮到一些未模擬的重量如油漆和焊材等,將組合荷載增加1．05倍的重量不確定系數,這個組合荷載就是吊裝過程中的靜荷載；在吊裝過程中,由于吊車運動產生沖擊,因此在計算過程中應考慮動力載荷系數,根據規范加載1．5倍的動態放大系數；同時為防止水平片在起吊過程中位移太大,不符合實際情況,在水平片三個角上加載三個彈簧。

(5)模擬索具并進行結構強度和穩定性校核。索具只模擬鋼絲繩并且模擬為桿件,同時需保證鋼絲繩與水平片的夾角大于60°,并根據鋼絲繩資源選擇16m長的鋼絲繩。這里的關鍵問題是要對鋼絲繩的兩端進行約束,使鋼絲繩只承受軸向力。通過在軟件里設置計算規范,運行SACS程序進行線性分析,從而得出所有桿件的位移和最大應力比,得到的計算結果不太可能全部滿足規范要求,需對吊點位置的進行調整并重新進行校核。

(6)確定吊索具。通過SALST文件可以得到鉤頭力,鋼絲繩受力及桿件UC值。其中鉤頭力用以選擇吊車,鋼絲繩受力用以選擇鋼絲繩、吊點和卸扣。桿件的UC值有如下定義其中Fa、Fby和Fbz分別為許用的軸向應力、梁沿y軸和z軸的彎曲應力,只有桿件的UC值小于1時,則可認為桿件在此吊裝過程中是安全的。

4 吊裝過程中問題分析

考慮到吊裝過程中水平片未帶立柱一側會向下傾斜,導致吊裝組對困難,因此在設計起吊位置時向未帶立柱一側偏移50-100mm。

5 結語

通過以上敘述,可以看出:XSTEEL軟件和SACS軟件在海洋工程的建造過程中起著非常重要的作用。XSTEEL軟件能夠較準確的確定水平片或局部的的重量和重心,減少了SACS軟件建模工作量。SACS軟件在計算過程中雖還有不足(在做計算分析時,甲板板并沒有參與強度計算,只是把板重量計算出來,施加在結構上),但其作為對吊裝方案的技術支持已滿足要求。

[1]海洋石油工程設計指南第4冊平臺結構設計.

[2]API RP 2A WSD海上固定平臺規劃、設計和建筑的推薦做法——工作應力設計法.

[3]中國船級社,海上固定平臺入級與建筑規范.

劉亞光(1975—),男,天津人,本科,主要從事船舶及海洋工程的詳細設計和生產設計工作;

成金鳳(1985—),女,河北藁城人,本科,主要從事船舶及海洋工程的詳細設計和生產設計工作;

談景堯(1984—),男,天津人,大專,主要從事船舶及海洋工程的詳細設計和生產設計工作。