海洋石油平臺(tái)甲板片疊片運(yùn)輸技術(shù)

海洋石油平臺(tái)甲板片疊片運(yùn)輸技術(shù)安洪濤，歷超，葉鎬（海洋石油工程股份有限公司，天津300461）0引言海洋石油平臺(tái)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110t左右。甲板片采用的是正造法結(jié)構(gòu)完成的，并利用平板車將其運(yùn)輸至噴涂車間對(duì)其進(jìn)行噴涂，以此起到防腐作用。然后再向滑道微端進(jìn)行運(yùn)輸，用履帶對(duì)其進(jìn)行吊裝至滑道位置。通常使用3臺(tái)履帶對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，因此，需要對(duì)運(yùn)輸方式進(jìn)行計(jì)算，并通過SACS建模的方式確定運(yùn)輸方案。1確定吊裝方法海洋石油平臺(tái)甲板片疊片的運(yùn)輸，首先需要確定吊裝方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)物和吊繩連接的方式不同，可以分為兜拉式吊裝和吊點(diǎn)式吊裝。兜拉式吊裝主要應(yīng)用于導(dǎo)管架和拉筋等。吊點(diǎn)式主要應(yīng)用于板格式結(jié)構(gòu)和梁格式結(jié)構(gòu)，根據(jù)吊點(diǎn)個(gè)數(shù)的不同，又可以分為四吊點(diǎn)、三吊點(diǎn)、兩吊點(diǎn)、單吊點(diǎn)。其次應(yīng)對(duì)調(diào)取位置進(jìn)行選擇。在確定吊點(diǎn)方向和位置的過程中，應(yīng)秉承以下3方面的原則進(jìn)行，分別是：吊點(diǎn)位置、吊點(diǎn)方向、水平夾角［口。吊點(diǎn)需要在主梁位置上放置，以保證結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度等。在吊點(diǎn)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(diǎn)與鉤頭形成一個(gè)圓錐體，并確保不同吊點(diǎn)應(yīng)在一個(gè)圓內(nèi)，而且還應(yīng)保證水平片到鉤頭投影的投影點(diǎn)應(yīng)處于圓心位置，進(jìn)而對(duì)吊裝結(jié)構(gòu)物的水平度進(jìn)行確保。此外，吊繩的水平面夾角與吊繩的方向應(yīng)保持其夾角在60°以上，還應(yīng)避免吊繩力水平方向分力過大問題，避免出現(xiàn)水平片彎曲變形的情況，確保吊裝安全性。2計(jì)算吊繩重力在實(shí)際進(jìn)行吊裝的過程中，吊裝的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，計(jì)算數(shù)據(jù)也十分寬泛，所以在信息技術(shù)大背景下，可以利用軟件計(jì)算運(yùn)輸方式，在這種模式下，會(huì)確保更多的信息化計(jì)算方法在模擬吊裝環(huán)節(jié)進(jìn)行廣泛運(yùn)用。在開展計(jì)算的過程中，通常會(huì)涉及到材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的知識(shí),并以此為依據(jù)進(jìn)行吊裝計(jì)算。通常需要計(jì)算吊繩力的大小，在應(yīng)用公式進(jìn)行計(jì)算的過程中，需要假設(shè)甲板片疊片具有各向同性、連續(xù)、分布均勻的特點(diǎn)，在這一理想狀態(tài)下，應(yīng)運(yùn)用吊繩力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。在運(yùn)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(duì)稱位置布置扁擔(dān)梁，長(zhǎng)度應(yīng)以18m為宜，這樣可以對(duì)甲板片的彈性變形問題進(jìn)行控制。扁擔(dān)梁其截面為40X40X600X900的箱形梁結(jié)構(gòu)。同時(shí)，平板車的外形為上下頂升行程±350m,高1.9m,外形尺寸為6.1mX16mo在這一情況下，還可以利用SACS軟件對(duì)甲板片疊片的運(yùn)輸方式進(jìn)行計(jì)算。本軟件的特點(diǎn)在于，其中對(duì)不同國(guó)家的鋼架結(jié)構(gòu)資料庫進(jìn)行了內(nèi)置，能夠進(jìn)行環(huán)境載荷設(shè)定、桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析、非線性塑性分析、靜力學(xué)分析等，還具有運(yùn)輸與安裝分析模塊及地基分析模塊。這種通過計(jì)算的方式，對(duì)甲板片疊片的運(yùn)輸能力進(jìn)行計(jì)算的方式，能夠有效提高甲板片疊片的運(yùn)輸質(zhì)量。同時(shí)，對(duì)于重心修正方面，在SACS軟件進(jìn)行加載后，可以以結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力偶性質(zhì)為依據(jù)，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(yīng)保證兩個(gè)力偶連線的方向一致，即在Tekla軟件中對(duì)重心位置進(jìn)行修正，以此確保軟件計(jì)算結(jié)果的正確性。在對(duì)水平片變形的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算及校核的過程中，應(yīng)規(guī)范化設(shè)計(jì)整個(gè)水平片的位移變形及鋼結(jié)構(gòu)，并對(duì)吊點(diǎn)間的間距進(jìn)行調(diào)整，并將水平片懸挑長(zhǎng)度進(jìn)行減少，確保位移和變形的減少。3確定運(yùn)輸需求SACS建模需要依據(jù)圖紙進(jìn)行模型建造，還應(yīng)對(duì)甲板片的重心重量進(jìn)行計(jì)算，可以運(yùn)用SACS軟件運(yùn)輸工況和吊裝工況計(jì)算模式。還應(yīng)以施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際甲板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)形成路線圖的特點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)吊點(diǎn)位置和吊機(jī)站位進(jìn)行設(shè)置。在利用SACS進(jìn)行計(jì)算后，需要對(duì)變形滿足吊裝和運(yùn)輸要求及甲板片強(qiáng)度進(jìn)行確定。在建立吊裝模型的過程中，應(yīng)定義絞支約束和吊鉤位置節(jié)點(diǎn)，并定義甲板片自重載荷，確保運(yùn)用靜態(tài)分析模塊。通過計(jì)算可以得知，0.38為甲板片的最大UC值，6cm為甲板片的最大變形［2］。以鋼絲繩拉力和計(jì)算結(jié)果的鉤頭力，確定配重工況及吊機(jī)作業(yè)半徑，以及選取卡環(huán)規(guī)格及吊裝鋼絲繩。根據(jù)傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，在計(jì)算平板車運(yùn)輸模擬值的過程中，通常定義簡(jiǎn)支約束為扁擔(dān)梁相交位置與平板車邊緣的位置。同時(shí)，還應(yīng)假定平板車自身具有足夠的剛度，但現(xiàn)場(chǎng)情況卻是在進(jìn)行試調(diào)后甲板片疊片的對(duì)角線產(chǎn)生了嚴(yán)重的變形，導(dǎo)致平板車在受力不均的情況下無法進(jìn)行行車,這也說明了平板車本身缺乏鋼力，也就說明以常規(guī)化的方式并不適用于運(yùn)輸異性甲板片疊片。因此，應(yīng)重新對(duì)約束條件進(jìn)行定義，通過分析平板車的工作原理和結(jié)構(gòu)，可以嘗試簡(jiǎn)化平板車支撐點(diǎn)的方案，可以用彈簧約束的邊界條件作為平板車支撐點(diǎn)，由于平板車的工作原理在于在各組輪胎區(qū)域都有相連的若干個(gè)液壓千斤頂，通過調(diào)整彈簧約束力的大小，確定實(shí)際試調(diào)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相吻合，在這種情況下，扁擔(dān)梁的受力支點(diǎn)反力依次為487.7N、56.5N、414.9N、99.2No此時(shí)的最大變形為123.4cmo而平板車支撐節(jié)點(diǎn)與扁擔(dān)梁兩邊的節(jié)點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生一定的變形。因此，為對(duì)甲板片疊片在運(yùn)輸過程中發(fā)生的變形問題進(jìn)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(jìn)行配置，并考慮將配重塊設(shè)計(jì)為不同的配置，包括40t、30t、20t,在計(jì)算后，可以發(fā)現(xiàn)甲板片的最大變形分別為41.7cm、37.3cm、72.4cmo在對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)將20t的配重塊進(jìn)行放置，會(huì)產(chǎn)生較大的配重變形值，將40t配重的配重塊在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行放置，會(huì)出現(xiàn)反方向扭轉(zhuǎn)的情況，這就說明配重量過大。因此，可以將30t配重的配重塊在區(qū)域內(nèi)放置，在這種情況下，其配重效果為最佳，同時(shí)，在這種情況下，0.54為其最大UC值，扁擔(dān)梁和板車整體受壓位移為12.6cm,這與運(yùn)輸需要相吻合。此外，當(dāng)假定邊界條件為彈簧約束并對(duì)30t配重進(jìn)行布置后，扁擔(dān)梁在這種情況下不會(huì)發(fā)生變形的情況，其變形趨勢(shì)也基本相似，最大位移分別為18.2cm和20.7cm,整體受壓變形位移則分別為11.4cm和13.9cmo在這種情況下，受力度會(huì)較為平均。再者，SACS的建模過程，還應(yīng)通過修正系數(shù)進(jìn)行修正處理，以此確保甲板片疊片的實(shí)際重量與實(shí)際吊裝重量接近，進(jìn)而確保吊裝的安全性及吊裝的精準(zhǔn)度。此外，通過SACS對(duì)吊繩的受力情況進(jìn)行計(jì)算，能夠從直觀角度更加高效的對(duì)變形位置進(jìn)行判斷,在顯示SACS最大變形的過程中，也應(yīng)校核每一根H形鋼強(qiáng)度，并以力學(xué)規(guī)定為依據(jù)，確保構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)低于1。若出現(xiàn)了局部區(qū)域UC值大于1的情況，這就說明許用應(yīng)力小于桿件受力，應(yīng)對(duì)吊點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行增加，以確保局部區(qū)域受力減小。此外，也可以在此處對(duì)橫梁進(jìn)行添加，確保其剛性得到增加。4分析對(duì)比校核在實(shí)際進(jìn)行海洋石油平臺(tái)甲板片疊片運(yùn)輸?shù)倪^程中，由于吊裝結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性較強(qiáng)，且計(jì)算量較大，因而，在計(jì)算機(jī)軟件性能不斷提高的情況下，需要與各類復(fù)雜原因進(jìn)行有效融合，采取合適的方法進(jìn)行計(jì)算。通過上述計(jì)算可知，若4根繩子同時(shí)進(jìn)行受力，并以材料力學(xué)中的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，可以得出理想狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果，但與實(shí)際情況仍舊存在一定的出入。而SACS軟件融入計(jì)算過程中，能夠確保計(jì)算結(jié)果更加精確，它的原理在于將吊裝分為吊繩和水平兩個(gè)部分，并以相似的模型進(jìn)行模擬，確保每一個(gè)部分都有其相關(guān)規(guī)矩。此外，結(jié)合不確定種類系數(shù)、吊裝傾斜、制造偏差情況進(jìn)行分析，也可以得出SACS軟件計(jì)算模式與實(shí)際情況更為接近［3］。同時(shí)，SACS軟件在進(jìn)行甲板片疊片的吊裝應(yīng)用中，在開展建模工作的過程中，能夠?qū)Σ煌慕M合梁、拉筋、立柱、型鋼梁等進(jìn)行模擬，確保重心與水平片的重量不會(huì)出現(xiàn)過大的偏差。在計(jì)算過程中，在完成SACS重心與實(shí)際重心的修正后，需要對(duì)校核效果進(jìn)行確保，也可以對(duì)每個(gè)構(gòu)建的屈服強(qiáng)度內(nèi)受力情況進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，以此確保吊件吊裝的安全。另外，還應(yīng)對(duì)甲板片疊片的動(dòng)態(tài)吊裝過程進(jìn)行模擬，確保吊裝過程不應(yīng)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(guī)范要求為依據(jù)，對(duì)吊點(diǎn)的位置是否合適進(jìn)行確認(rèn)。而對(duì)于添加荷載問題，由于附加結(jié)構(gòu)和主結(jié)構(gòu)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(nèi)容為整體變形及水平各桿件的性質(zhì)，其中，將吊繩的性質(zhì)定義為桿件且其剛性無限大，并用無縫鋼管進(jìn)行模擬，而且在本次甲板片疊片的吊運(yùn)過程中，上下翼緣處有環(huán)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(gè)環(huán)板，確保SACS的實(shí)際重量與模型重量二者之間更加接近，也可以確保核算結(jié)果的準(zhǔn)確性。5結(jié)語綜上所述，在海洋石油平臺(tái)甲板片疊片運(yùn)輸過程中，由于矩形結(jié)構(gòu)是常見的甲板片，同時(shí)，也包含一定的組塊異形甲板片，通過詳細(xì)分析平板車資料及現(xiàn)場(chǎng)吊裝和運(yùn)輸?shù)墓?/p>