樁腿分段連接分析研究

李軒海

摘 ?要：海上風(fēng)電由于資源豐富、發(fā)電利用小時數(shù)高和不占用土地資源等多種優(yōu)勢，目前在國內(nèi)正在大面積被開發(fā)利用，各船企都在爭相建造海上風(fēng)電安裝平臺。該文論述的是以廈門船舶重工建造的風(fēng)電安裝平臺為背景，分析總結(jié)了在該船樁腿可能因限高影響后期運(yùn)營而擬采取的法蘭螺栓式、插銷式和法蘭抱箍式3種可拆卸的方案，分別分析計算了這幾種方案的可行性，通過計算得出樁腿可拆連接風(fēng)險較大，目前自升式平臺未找到可拆連接的案例，建議按焊接處理，若不頻繁通過大橋，割斷再焊接也能實(shí)現(xiàn)通過大橋，每次通過切割位置應(yīng)不在同一位置，為平臺使用者提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電安裝平臺 ?樁腿 ?法蘭螺栓式 ?插銷式 ?法蘭抱箍式

中圖分類號：U674 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（c）-0043-02

該研究報告對福建海上風(fēng)電一體化作業(yè)移動平臺的樁腿分段連接在風(fēng)暴支持工況或作業(yè)工況下，分3種連接方式進(jìn)行分析研究。

該平臺樁腿為殼體式，長85m，直徑4m，共4條樁腿。設(shè)計時需考慮通過目標(biāo)大橋，目標(biāo)大橋橋下凈空高度54m（過橋時樁腿下放基線5m，橋下水深為10m）。按此，可得出樁腿分節(jié)距樁腿頂部約25m。

1 ?設(shè)計載荷

根據(jù)表1、表2計算結(jié)果，再根據(jù)實(shí)際情況，該報告研究了3種連接方式。3種連接方式分別為法蘭螺栓式、插銷式和法蘭抱箍式。下文將對這3種連接方式進(jìn)行研究，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

1.1 法蘭螺栓式

法蘭螺栓式，即通過螺栓連接兩段樁腿的法蘭，螺栓采用預(yù)緊連接，法蘭采用階梯式以承受樁腿截面所承受的剪力。螺栓需承受軸向力和彎矩。螺栓選取及簡要計算如下。

選取螺栓直徑60mm，螺栓數(shù)量150個，分為3圈分布。螺栓等級為12.9級，外圈螺栓半徑r1=1870，中圈螺栓半徑r2=1760，內(nèi)圈螺栓半徑r3=1650;安全系數(shù)Ss按設(shè)計手冊，為6～7.5，取7，則許用應(yīng)力[σ]為154.29MPa[1]。

按照機(jī)械設(shè)計手冊Ss=7，則[σ]=154.29MPa，Uc=290.09/154.29=1.88>1。不滿足強(qiáng)度要求。若考慮在中部設(shè)置多個螺栓，對軸向應(yīng)力有改善，但對于承受彎矩因力臂小而貢獻(xiàn)很小。重量約增加60t。

1.2 ?插銷式

選取一段長約3.8m套管，在分段樁腿處內(nèi)部設(shè)置，套管上下端分別設(shè)置一組插銷，為4只，共8只插銷，插銷位置與升降插銷位置錯開，此種方法稱為插銷式。

選取插銷直徑為350mm，套管直徑為3800mm，此段樁靴處壁厚為100mm，套管壁厚為150mm。插銷需設(shè)置液壓動力裝置實(shí)現(xiàn)液動插拔。

此種連接型式插銷主要承受垂直力（對于銷軸來說為剪力），套筒承受彎矩和水平力。

此種連接方式強(qiáng)度可滿足要求，但銷軸直徑大，安裝及操作困難，需要設(shè)置液壓油缸及液壓系統(tǒng);插拔銷時在樁腿內(nèi)部，很難現(xiàn)場直觀指導(dǎo)操作;增加空船重量約500t，吃水增加，干舷減小，航行阻力增大，船體強(qiáng)度也許重新計算，拔樁載荷，對地壓力，現(xiàn)階段破艙穩(wěn)性余量較小;且由于樁腿升降，需要設(shè)置絞車收放油管，存在很大危險性，且絞車布置困難。

1.3 法蘭抱箍式

設(shè)置一組法蘭，用螺栓將抱箍與法蘭固定，法蘭面設(shè)置傾角為6°，垂直力可通過傾角轉(zhuǎn)化為水平力，水平力則與摩擦力相抵消，彎矩和軸向力由抱箍承受。強(qiáng)度計算如下。

2 ?結(jié)語

通過3種連接方式的分析，可以得出，樁腿截面彎矩較大，法蘭螺栓式不滿足強(qiáng)度要求，若考慮在中間多設(shè)螺栓，由于距離中心近，可承受的彎矩非常小，同樣無法滿足彎曲強(qiáng)度要求;插銷式可以滿足強(qiáng)度要求，但增加結(jié)構(gòu)重量大，需要增設(shè)液壓油缸、液壓系統(tǒng)、控制設(shè)備、管路收放系統(tǒng)等，樁腿拆裝困難，檢修不便，若出現(xiàn)漏油也很難解決;法蘭抱箍式工藝復(fù)雜，若出現(xiàn)少量間隙或連接松脫，本身設(shè)計意圖為摩擦面受力，若接觸面有間隙時將由抱箍螺栓承受，抱箍螺栓設(shè)計為僅僅固定抱箍作用，抱箍螺栓無法承受整個樁腿截面外載荷而被崩斷，樁腿上半段將傾倒，對整個平臺將是致命的風(fēng)險，建議用在非重要截面且載荷較簡單的機(jī)構(gòu)中。

綜上所述，樁腿可拆連接風(fēng)險較大，目前自升式平臺未找到可拆連接的案例，建議按焊接處理，若不頻繁通過大橋，割斷再焊接也能實(shí)現(xiàn)通過大橋，每次通過切割位置應(yīng)不在同一位置。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊慶生，崔蕓，龍連春.工程力學(xué)[M].2版.北京：科學(xué)出版社，2014.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].6版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

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