導(dǎo)管架下水駁船尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

王越 曹曼

摘? 要：導(dǎo)管架下水過程中，下水駁船尾部結(jié)構(gòu)承擔(dān)了大部分導(dǎo)管架重量載荷，因此導(dǎo)管架下水駁船尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。文章以一艘18000t級(jí)導(dǎo)管架下水駁船為例，對(duì)其尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述和研究;并通過有限元分析方法，對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。為以后導(dǎo)管架下水駁船設(shè)計(jì)提供了寶貴的參考。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管架下水駁船;尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);強(qiáng)度校核

中圖分類號(hào)：U674.183? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0084-02

Abstract： In the process of jacket launching， the tail structure of the launching barge bears most of the jacket weight load， so the design of the tail structure of the jacket launching barge is very important. Taking an 18000t jacket launching barge as an example， the tail structure design of an 18000t jacket launching barge is expounded and studied， and its strength is checked by finite element analysis method. This study provides a valuable reference for the design of jacket launching barge in the future.

Keywords： jacket launching barge; tail structure design; strength check

引言

近年，隨著海上油氣開采的日趨增多，資源開發(fā)向海洋進(jìn)軍已成為必然趨勢(shì)。目前，水深300m以內(nèi)海域的油氣平臺(tái)均為固定導(dǎo)管架形式，導(dǎo)管架滑移下水均采用下水駁船，其設(shè)計(jì)和建造也受到越來越多的關(guān)注。

導(dǎo)管架下水時(shí)，先通過壓載系統(tǒng)將駁船調(diào)載至艉傾特定角度，以使導(dǎo)管架重力產(chǎn)生的下滑力與導(dǎo)管架與滑道之間的動(dòng)摩擦力相等，再使用推拉裝置克服初始靜摩擦力，使導(dǎo)管架滑移入水，通過搖臂翻轉(zhuǎn)與駁船分離就位。

通過分析可知，在下水過程中，船體尾部結(jié)構(gòu)承擔(dān)了大部分導(dǎo)管架重量載荷，因此尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文以一艘18000t導(dǎo)管架下水駁船為例，介紹了其尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了強(qiáng)度分析，為以后此類工程船舶設(shè)計(jì)提供參考。

1 尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文研究的為一艘18000t導(dǎo)管架下水駁船，船長180m，最大導(dǎo)管架下水能力18000t，最大運(yùn)輸載重30000t。

根據(jù)導(dǎo)管架下水功能需求，尾部結(jié)構(gòu)有如下特殊設(shè)計(jì)：

（1）在兩個(gè)搖臂安裝區(qū)域，尾部結(jié)構(gòu)設(shè)置傾斜甲板，以適應(yīng)搖臂安裝及翻轉(zhuǎn)功能，范圍為船體縱向FR0～FR6，船體橫向左右舷分別距船中3m～15m。

（2）搖臂安裝位置端部FR6處和FR10處，設(shè)置水密橫艙壁，增加橫向強(qiáng)度并對(duì)縱向構(gòu)件進(jìn)行支撐，以對(duì)尾部區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，橫艙壁骨材為垂向布置。

（3）兩個(gè)搖臂安裝區(qū)域兩側(cè)距船中3m和15m處，分別設(shè)置縱艙壁，以提高尾部縱向強(qiáng)度。縱艙壁范圍由尾部FR0至FR10，兩面分別布置垂向骨材和縱向骨材。

（4）除距船中10.5m和18m全船縱艙壁連續(xù)延伸至尾部FR0處外，在距船中6.75m處增設(shè)非水密縱艙壁，骨材為垂向，范圍由FR0至FR6，以減少縱向艙壁間距，增加縱向強(qiáng)度。

（5）船中處，增設(shè)中縱艙壁，由FR0至FR10，骨材方向?yàn)榭v向，增加縱向強(qiáng)度。

（6）搖臂翻轉(zhuǎn)軸位于約FR0+800mm處。在FR0+1600mm處，設(shè)置非水密橫艙壁，對(duì)翻轉(zhuǎn)軸進(jìn)行支撐，并增加橫向強(qiáng)度。并且在搖臂翻轉(zhuǎn)軸范圍內(nèi)加大構(gòu)件尺寸，以保證局部強(qiáng)度。

通過以上特殊設(shè)計(jì)，對(duì)尾部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，以保證下水過程中，駁船尾部強(qiáng)度滿足需求。

2 尾部結(jié)構(gòu)有限元仿真計(jì)算

2.1 尾部結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

尾部區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)工況和載荷與常規(guī)船舶不同，需要采取有限元分析方法來驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。尾部區(qū)域艙室均為壓載艙，因此可采用CCS的《油船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計(jì)算指南》（以下簡稱《指南》）來進(jìn)行強(qiáng)度分析。

2.2 有限元模型

本文采用SESAM-GENIE計(jì)算軟件進(jìn)行尾部區(qū)域結(jié)構(gòu)有限元分析。選取尾部3艙段建模（具體區(qū)域見表1），板厚采用實(shí)際板厚，板材及橫框架腹板采用板殼單元，縱骨、橫框架面板及加強(qiáng)筋采用梁單元。邊界條件依據(jù)CCS《指南》選取。

2.3 設(shè)計(jì)工況

導(dǎo)管架下水過程中，重量逐步由全船轉(zhuǎn)移至尾部，導(dǎo)管架與搖臂脫離那一瞬間，所有重量均由尾部承擔(dān)，對(duì)尾部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響最大，為最危險(xiǎn)工況。

根據(jù)導(dǎo)管架下水運(yùn)動(dòng)分析，18000t導(dǎo)管架下水時(shí)，船體艉傾約9.8°，船艉吃水25.087m。

裝載不同尺寸的導(dǎo)管架，滑道和搖臂在甲板上有不同的布置方案（見圖1），選取三種典型布置為不同的設(shè)計(jì)工況。

（1）工況1：搖臂距船中6000mm。

（2）工況2：搖臂距船中9000mm。

（3）工況3：搖臂距船中12000mm。

2.4 計(jì)算載荷

2.4.1船體自重

尾部區(qū)域總重量約為9974t，其中船體重量8974t，下水設(shè)備、舾裝設(shè)備、輪機(jī)設(shè)備與管系、電氣設(shè)備與電纜等的重量約1000t，由于模型的重量小于船體實(shí)際重量，故修改船體材料密度，以使模型重量與實(shí)際重量相等。

2.4.2 浮力

依據(jù)導(dǎo)管架下水運(yùn)動(dòng)分析，下水工況，船體艉傾約9.8°，船艉吃水25.087m。浮力以面載荷方式加載到模型中。

2.4.3 壓載艙水壓力

壓載艙水壓力根據(jù)裝載工況選取，設(shè)計(jì)水壓頭為液面高度加2.5m，以面載荷方式加載到模型中。

2.4.4 導(dǎo)管架重量

根據(jù)導(dǎo)管架下水運(yùn)動(dòng)分析，考慮到海水浮力對(duì)導(dǎo)管架的支撐，導(dǎo)管架重量取0.8*18000t。導(dǎo)管架下水時(shí)，將與搖臂產(chǎn)生摩擦力，摩擦系數(shù)為0.06。

2.5 計(jì)算結(jié)果

船體結(jié)構(gòu)包括普通鋼和高強(qiáng)度鋼H32，普通鋼的屈服應(yīng)力為235N/mm2，材料換算系數(shù)取為1，高強(qiáng)度鋼的屈服應(yīng)力為315N/mm2，材料換算系數(shù)取為0.78。

有限元分析結(jié)果需校核屈服強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度。對(duì)于屈服強(qiáng)度，依據(jù)CCS《指南》，不同位置分類結(jié)構(gòu)的屈服許用應(yīng)力不同。對(duì)于屈曲強(qiáng)度，采用CSR油船共同規(guī)范，同時(shí)要求材料使用系數(shù)（UC值）小于1.0。

強(qiáng)度校核判定只選取尾部一個(gè)艙（FR0～FR10）。屈服和屈曲強(qiáng)度校核結(jié)果如表2和表3所示，UC值均小于1.0，設(shè)計(jì)滿足要求。

3 結(jié)束語

導(dǎo)管架下水駁船作為專業(yè)功能的海洋工程船，本文以某18000噸導(dǎo)管架下水駁船為例，就其特征尾部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了闡述和研究，并通過有限元分析進(jìn)行了強(qiáng)度校核驗(yàn)證，介紹了下水駁船尾部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核方法。為以后的下水駁船設(shè)計(jì)及使用提供一定的參考。

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