導管架下水駁船尾部結構設計與強度分析

王越 曹曼

摘? 要：導管架下水過程中，下水駁船尾部結構承擔了大部分導管架重量載荷，因此導管架下水駁船尾部結構設計至關重要。文章以一艘18000t級導管架下水駁船為例，對其尾部結構設計進行了闡述和研究;并通過有限元分析方法，對其進行了強度校核。為以后導管架下水駁船設計提供了寶貴的參考。

關鍵詞：導管架下水駁船;尾部結構設計;強度校核

中圖分類號：U674.183? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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，資源開發向海洋進軍已成為必然趨勢。目前，水深300m以內海域的油氣平臺均為固定導管架形式，導管架滑移下水均采用下水駁船，其設計和建造也受到越來越多的關注。

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

通過分析可知，在下水過程中，船體尾部結構承擔了大部分導管架重量載荷，因此尾部結構設計至關重要。本文以一艘18000t導管架下水駁船為例，介紹了其尾部結構設計，并進行了強度分析，為以后此類工程船舶設計提供參考。

1 尾部結構設計

本文研究的為一艘18000t導管架下水駁船，船長180m，最大導管架下水能力18000t，最大運輸載重30000t。

根據導管架下水功能需求，尾部結構有如下特殊設計：

（1）在兩個搖臂安裝區域，尾部結構設置傾斜甲板，以適應搖臂安裝及翻轉功能，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，設置水密橫艙壁，增加橫向強度并對縱向構件進行支撐，以對尾部區域進行加強，橫艙壁骨材為垂向布置。

（3）兩個搖臂安裝區域兩側距船中3m和15m處，分別設置縱艙壁，以提高尾部縱向強度?？v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全船縱艙壁連續延伸至尾部FR0處外，在距船中6.75m處增設非水密縱艙壁，骨材為垂向，范圍由FR0至FR6，以減少縱向艙壁間距，增加縱向強度。

（5）船中處，增設中縱艙壁，由FR0至FR10，骨材方向為縱向，增加縱向強度。

（6）搖臂翻轉軸位于約FR0+800mm處。在FR0+1600mm處，設置非水密橫艙壁，對翻轉軸進行支撐，并增加橫向強度。并且在搖臂翻轉軸范圍內加大構件尺寸，以保證局部強度。

通過以上特殊設計，對尾部結構進行加強，以保證下水過程中，駁船尾部強度滿足需求。

2 尾部結構有限元仿真計算

2.1 尾部結構計算方法

尾部區域結構復雜，設計工況和載荷與常規船舶不同，需要采取有限元分析方法來驗證其結構強度。尾部區域艙室均為壓載艙，因此可采用CCS的《油船結構強度直接計算指南》（以下簡稱《指南》）來進行強度分析。

2.2 有限元模型

本文采用SESAM-GENIE計算軟件進行尾部區域結構有限元分析。選取尾部3艙段建模（具體區域見表1），板厚采用實際板厚，板材及橫框架腹板采用板殼單元，縱骨、橫框架面板及加強筋采用梁單元。邊界條件依據CCS《指南》選取。

2.3 設計工況

導管架下水過程中，重量逐步由全船轉移至尾部，導管架與搖臂脫離那一瞬間，所有重量均由尾部承擔，對尾部結構強度影響最大，為最危險工況。

根據導管架下水運動分析，18000t導管架下水時，船體艉傾約9.8°，船艉吃水25.087m。

裝載不同尺寸的導管架，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計工況。

（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 計算載荷

2.4.1船體自重

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

2.4.2 浮力

依據導管架下水運動分析，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

壓載艙水壓力根據裝載工況選取，設計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 導管架重量

根據導管架下水運動分析，考慮到海水浮力對導管架的支撐，導管架重量取0.8*18000t。導管架下水時，將與搖臂產生摩擦力，摩擦系數為0.06。

2.5 計算結果

船體結構包括普通鋼和高強度鋼H32，普通鋼的屈服應力為235N/mm2，材料換算系數取為1，高強度鋼的屈服應力為315N/mm2，材料換算系數取為0.78。

有限元分析結果需校核屈服強度和屈曲強度。對于屈服強度，依據CCS《指南》，不同位置分類結構的屈服許用應力不同。對于屈曲強度，采用CSR油船共同規范，同時要求材料使用系數（UC值）小于1.0。

強度校核判定只選取尾部一個艙（FR0～FR10）。屈服和屈曲強度校核結果如表2和表3所示，UC值均小于1.0，設計滿足要求。

3 結束語

導管架下水駁船作為專業功能的海洋工程船，本文以某18000噸導管架下水駁船為例，就其特征尾部結構的設計方法進行了闡述和研究，并通過有限元分析進行了強度校核驗證，介紹了下水駁船尾部結構的設計和強度校核方法。為以后的下水駁船設計及使用提供一定的參考。

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