海洋石油平臺甲板片疊片運輸技術

安洪濤，歷 超，葉 鏑

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

海洋石油平臺大都是由甲板片、立柱組成的，甲板片疊一般分為5 層，底層呈L 型，重量通常在110 t 左右。甲板片采用的是正造法結構完成的，并利用平板車將其運輸至噴涂車間對其進行噴涂，以此起到防腐作用。然后再向滑道微端進行運輸，用履帶對其進行吊裝至滑道位置。通常使用3 臺履帶對其進行聯合作業，因此，需要對運輸方式進行計算，并通過SACS 建模的方式確定運輸方案。

1 確定吊裝方法

海洋石油平臺甲板片疊片的運輸，首先需要確定吊裝方法，根據結構物和吊繩連接的方式不同，可以分為兜拉式吊裝和吊點式吊裝。兜拉式吊裝主要應用于導管架和拉筋等。吊點式主要應用于板格式結構和梁格式結構，根據吊點個數的不同，又可以分為四吊點、三吊點、兩吊點、單吊點。其次應對調取位置進行選擇。在確定吊點方向和位置的過程中，應秉承以下3方面的原則進行，分別是：吊點位置、吊點方向、水平夾角[1]。吊點需要在主梁位置上放置，以保證結構的整體強度等。在吊點方向方面，鉤頭在水平面上有投影線，它需要在重心位置通過，并確保水平片上的不同吊點與鉤頭形成一個圓錐體，并確保不同吊點應在一個圓內，而且還應保證水平片到鉤頭投影的投影點應處于圓心位置，進而對吊裝結構物的水平度進行確保。此外，吊繩的水平面夾角與吊繩的方向應保持其夾角在60°以上，還應避免吊繩力水平方向分力過大問題，避免出現水平片彎曲變形的情況，確保吊裝安全性。

2 計算吊繩重力

在實際進行吊裝的過程中，吊裝的結構較為復雜，計算數據也十分寬泛，所以在信息技術大背景下，可以利用軟件計算運輸方式，在這種模式下，會確保更多的信息化計算方法在模擬吊裝環節進行廣泛運用。在開展計算的過程中，通常會涉及到材料力學和結構力學方面的知識，并以此為依據進行吊裝計算。通常需要計算吊繩力的大小，在應用公式進行計算的過程中，需要假設甲板片疊片具有各向同性、連續、分布均勻的特點，在這一理想狀態下，應運用吊繩力計算公式進行計算。在運輸甲板片疊片的過程中，由于甲板片的柔度較大，需要在平板車的對稱位置布置扁擔梁，長度應以18 m 為宜，這樣可以對甲板片的彈性變形問題進行控制。扁擔梁其截面為40×40×600×900 的箱形梁結構。同時，平板車的外形為上下頂升行程±350 m，高1.9 m，外形尺寸為6.1 m×16 m。在這一情況下，還可以利用SACS 軟件對甲板片疊片的運輸方式進行計算。本軟件的特點在于，其中對不同國家的鋼架結構資料庫進行了內置，能夠進行環境載荷設定、桁架結構設計、動態分析、非線性塑性分析、靜力學分析等，還具有運輸與安裝分析模塊及地基分析模塊。這種通過計算的方式，對甲板片疊片的運輸能力進行計算的方式，能夠有效提高甲板片疊片的運輸質量。同時，對于重心修正方面，在SACS 軟件進行加載后，可以以結構力學中的力偶性質為依據，在不同的水平片上分別加載方向相反且大小相等的力偶，還應保證兩個力偶連線的方向一致，即在Tekla 軟件中對重心位置進行修正，以此確保軟件計算結果的正確性。在對水平片變形的結果進行計算及校核的過程中，應規范化設計整個水平片的位移變形及鋼結構，并對吊點間的間距進行調整，并將水平片懸挑長度進行減少，確保位移和變形的減少。

3 確定運輸需求

SACS 建模需要依據圖紙進行模型建造，還應對甲板片的重心重量進行計算，可以運用SACS 軟件運輸工況和吊裝工況計算模式。還應以施工現場實際甲板的結構特點和現場形成路線圖的特點為依據，對吊點位置和吊機站位進行設置。在利用SACS 進行計算后，需要對變形滿足吊裝和運輸要求及甲板片強度進行確定。在建立吊裝模型的過程中，應定義絞支約束和吊鉤位置節點，并定義甲板片自重載荷，確保運用靜態分析模塊。通過計算可以得知，0.38 為甲板片的最大UC值，6 cm 為甲板片的最大變形[2]。以鋼絲繩拉力和計算結果的鉤頭力，確定配重工況及吊機作業半徑，以及選取卡環規格及吊裝鋼絲繩。根據傳統的經驗，在計算平板車運輸模擬值的過程中，通常定義簡支約束為扁擔梁相交位置與平板車邊緣的位置。同時，還應假定平板車自身具有足夠的剛度，但現場情況卻是在進行試調后甲板片疊片的對角線產生了嚴重的變形，導致平板車在受力不均的情況下無法進行行車，這也說明了平板車本身缺乏鋼力，也就說明以常規化的方式并不適用于運輸異性甲板片疊片。因此，應重新對約束條件進行定義，通過分析平板車的工作原理和結構，可以嘗試簡化平板車支撐點的方案，可以用彈簧約束的邊界條件作為平板車支撐點，由于平板車的工作原理在于在各組輪胎區域都有相連的若干個液壓千斤頂，通過調整彈簧約束力的大小，確定實際試調結果與計算結果相吻合，在這種情況下，扁擔梁的受力支點反力依次為487.7 N、56.5 N、414.9 N、99.2 N。此時的最大變形為123.4 cm。而平板車支撐節點與扁擔梁兩邊的節點也會產生一定的變形。因此，為對甲板片疊片在運輸過程中發生的變形問題進行有效控制，需要將相同重量的配重塊在甲板片疊片大梁上進行配置，并考慮將配重塊設計為不同的配置，包括40 t、30 t、20 t，在計算后，可以發現甲板片的最大變形分別為41.7 cm、37.3 cm、72.4 cm。在對比后可以發現，發現將20 t 的配重塊進行放置，會產生較大的配重變形值，將40 t 配重的配重塊在區域內進行放置，會出現反方向扭轉的情況，這就說明配重量過大。因此，可以將30 t 配重的配重塊在區域內放置，在這種情況下，其配重效果為最佳，同時，在這種情況下，0.54 為其最大UC值，扁擔梁和板車整體受壓位移為12.6 cm，這與運輸需要相吻合。此外，當假定邊界條件為彈簧約束并對30 t 配重進行布置后，扁擔梁在這種情況下不會發生變形的情況，其變形趨勢也基本相似，最大位移分別為18.2 cm 和20.7 cm，整體受壓變形位移則分別為11.4 cm和13.9 cm。在這種情況下，受力度會較為平均。再者，SACS 的建模過程，還應通過修正系數進行修正處理，以此確保甲板片疊片的實際重量與實際吊裝重量接近，進而確保吊裝的安全性及吊裝的精準度。此外，通過SACS 對吊繩的受力情況進行計算，能夠從直觀角度更加高效的對變形位置進行判斷，在顯示SACS最大變形的過程中，也應校核每一根H 形鋼強度，并以力學規定為依據，確保構件應力應低于1。若出現了局部區域UC值大于1 的情況，這就說明許用應力小于桿件受力，應對吊點的數量進行增加，以確保局部區域受力減小。此外，也可以在此處對橫梁進行添加，確保其剛性得到增加。

4 分析對比校核

在實際進行海洋石油平臺甲板片疊片運輸的過程中，由于吊裝結構的復雜性較強，且計算量較大，因而，在計算機軟件性能不斷提高的情況下，需要與各類復雜原因進行有效融合，采取合適的方法進行計算。通過上述計算可知，若4 根繩子同時進行受力，并以材料力學中的相關公式進行計算，可以得出理想狀態下的計算結果，但與實際情況仍舊存在一定的出入。而SACS 軟件融入計算過程中，能夠確保計算結果更加精確，它的原理在于將吊裝分為吊繩和水平兩個部分，并以相似的模型進行模擬，確保每一個部分都有其相關規矩。此外，結合不確定種類系數、吊裝傾斜、制造偏差情況進行分析，也可以得出SACS 軟件計算模式與實際情況更為接近[3]。同時，SACS 軟件在進行甲板片疊片的吊裝應用中，在開展建模工作的過程中，能夠對不同的組合梁、拉筋、立柱、型鋼梁等進行模擬，確保重心與水平片的重量不會出現過大的偏差。在計算過程中，在完成SACS 重心與實際重心的修正后，需要對校核效果進行確保，也可以對每個構建的屈服強度內受力情況進行精準計算，以此確保吊件吊裝的安全。另外，還應對甲板片疊片的動態吊裝過程進行模擬，確保吊裝過程不應偏離軌跡和方向，這種方式也可以直觀地顯示出每根桿件的位移變形程度，并能夠以規范要求為依據，對吊點的位置是否合適進行確認。而對于添加荷載問題，由于附加結構和主結構施加方向重力，因此可以忽略吊繩重量。在SACS 模型中，主要的核算內容為整體變形及水平各桿件的性質，其中，將吊繩的性質定義為桿件且其剛性無限大，并用無縫鋼管進行模擬，而且在本次甲板片疊片的吊運過程中，上下翼緣處有環板，組合梁較差和中立柱的位置重量較大。因此，可以用Loan-Joint 命令添加上下兩個環板，確保SACS 的實際重量與模型重量二者之間更加接近，也可以確保核算結果的準確性。

5 結語

綜上所述，在海洋石油平臺甲板片疊片運輸過程中，由于矩形結構是常見的甲板片，同時，也包含一定的組塊異形甲板片，通過詳細分析平板車資料及現場吊裝和運輸的工況可以得知，以SACS 進行計算，能夠對吊裝用吊機、鋼絲卡環、吊點、吊機進行合理選擇，進而能夠得到詳細的節點位移、桿件UC值、變形結果等，并以此為依據進行計算。另外，還能通過對配重塊進行的合理布置，確保平板車運輸甲板片疊片獲得成功，這也可以對工程項目現場施工作業內容進行有效指導。由此可見，通過SACS計算，能夠對海洋石油平臺的吊裝及運輸合理化方案進行確定，以節約施工成本。