受限水域水上作業平臺強度校核分析

張亮，越云超，劉偉

（武漢長江航道救助打撈局，湖北 武漢 430014）

1 工程概況

根據《XXX 大壩第四次定期安全檢查報告》中明確提出“護坦、左岸護岸、護腳、丁壩基礎等部位存在多處淘空，部分淘空規模較大，必須采取工程措施進行處理”。修復加固方案：潛水員對沖坑區域進行水下探摸，然后根據探摸情況采用混凝土回填+護腳混凝土加固的處理方式。

水面平臺是應用于大壩修復作業的拼裝浮式平臺。浮式平臺主要承受平臺自重荷載、潛水設備荷載及吊放鋼制模板等。使用時需在平臺面上墊面板和角鋼對上部荷載進行加固和浮力的均勻分配。本項目擬投入水面施工作業平臺2 個，平臺擬采用現場加工的方式進行制造，單個平臺面積約為60 m2。

2 平臺研發制作

2.1 結構尺寸及連接要求

單個平臺結構外形尺寸定為12m×5.0m×1.22m（長×寬×高）。為了保證浮體的整體穩定性和浮體間的剛度，確保連接件的強度、剛度以及與浮體構件連接的可靠性，平面布置見下圖：

圖1 水上平臺示意圖

2.2 平臺的加工制作

本平臺選取的鋼材品種為螺旋鋼管，單個平臺由四根外形尺寸為 12m×1.22m×8mm 的鋼管組成。平臺制作的鋼管兩端采用線性焊接的方式，將切割的1220×1260mm 鋼板焊接于鋼管兩端，使其密封形成密封浮力單位。對密封后的四根浮力單位進行平鋪，兩頭外表面采用5m×10mm×200mm 的槽鋼焊接固定，接觸處均用線性焊接，使其固定。端頭封閉后，橫向間采用13 根5m×100mm 的槽鋼，焊接于四根平鋪的鋼管上表面，該組件作用為將支撐承重直接導力到浮力單位上，同時在兩端下橫向面用2 根5m×200mm 的槽鋼焊接上去，使整個平臺形成一個牢固的整體。每組平臺上，田字形平鋪6 塊鋼板，鋼板四周均焊接到骨架上固定，使平臺承重能夠均勻分布到整個浮力范圍上。

2.3 吊放裝置A 字吊架的結構尺寸

吊架主體由2 根10 米×200mm×1.4cm 無縫鋼管和2 套滑輪組組成。在平臺一端的上表面的兩側作為A字架的左右兩個支點，角度為78.46°，A 字架頂上連接1 米的橫梁，向下隔2 米再安裝一根橫梁加固A 字架，然后用動力裝置連接A 字架上的滑輪組即可。動力裝置絞力達到15T。外形尺寸可以使用15 噸絞力的卷揚機，卷揚機連上A 字架上的滑輪組即可。

3 水上平臺浮力及吊力計算分析

本次水上平臺采用ANSYS AQWA 進行平臺浮力計算，采用Abaqus 進行A 字架強度校核計算，平臺材料為普通鋼材。

3.1 平臺浮力計算校核

此次計算主要是用來校核平臺的吃水和浮力。計算時將平臺上部不影響水動力及強度計算的鋼結構去掉，水動力模型只考慮外殼，不考慮內部結構。

平臺浮力計算校核結果如圖2和圖3所示。經計算平臺未吊裝時的吃水約為0.45m，排水體積約20m3，浮心坐標為（6000，0，-193），平臺浮力滿足要求。

圖2 平臺吃水示意圖

圖3 平臺浮力計算結果（無吊重）

平臺吊裝8t 重物時平均吃水約為0.584m，排水體積為約28m3，浮心坐標為（6000,0，-254），平臺浮力滿足要求。

圖4 平臺浮力計算結果（吊重8t）

3.2 A 字架強度計算校核

A 字架布置如圖5所示，卷揚機布置在平臺尾部處，卷揚機鋼索與平臺夾角約為40。對平臺及A 字架進行網格劃分，網尺寸為50mm。因需要校核A 字架吊裝時的強度，因此需要對A 字架進行強度計算。如圖所示，對A 字架左右兩個支點進行固支，并在A 字架吊點處分別施加豎直方向和沿卷揚機鋼索方向的吊力（施加時分解為沿X 軸負方向和沿Z 軸負方向的力）。

圖5 A 字架載荷及邊界約束設置

圖6和圖7分別為吊重為8t 時應力分布云圖和變形云圖，由圖知吊重為8t 時A 字架最大應力為59.6Mpa，最大位移為3.147mm。吊重8t 時A 字架強度滿足要求。

圖6 吊重8t 時A 字架應力分布云圖

圖7 吊重8t 時A 字架位移云圖

圖8和圖9分別為吊重為15t（卷揚機最大吊力）時應力分布云圖和變形云圖，由圖知吊重為15t 時A 字架最大應力為112.2Mpa，最大位移為5.99mm。吊重15t時A 字架強度滿足要求。

圖8 吊重15t 時A 字架應力分布云圖

圖9 吊重15t 時A 字架位移云圖

4 結論

通過以上計算分析，得到以下結論：

（1）該平臺結構簡單，受力合理，平臺作業吊重為8t 時，平臺浮力及吊架強度在工況載荷下均滿足水下修復項目使用要求。

（2）計算分析方法能夠對水上作業平臺整體結構穩定承載力進行有效的系統分析，為該型平臺在受限水域工況下的安全保障提供了技術支持。