基于ANSYS的重大件滚装装船用跳板的设计

岑立 谢颖

广州文船重工有限公司 广东广州 510727

1 概述

近年来广东区域海上风电发展迅速，海上风电的风机基础主要采用3桩或4桩钢结构导管架基础，该型钢结构基础高度一般在40米到70米，重量从800吨到1500吨。目前广东省内的制造厂生产完导管架后，需通过浮吊吊装装船或模块车滚装上船[1]。广州文船重工有限公司承接的广东地区首套升压站导管架，自重1500吨，高度45米，因浮吊资源及价格的限制，采用了动力模块车滚装装船。本文通过利用ansys有限元分析软件对滚装过程的跳板进行优化设计，保证强度的前提下最大化的降低跳板成本[2]。

2 滚装流程简析

2.1 码头滚装潮位分析

根据滚装码头资料，码头高程H=5.2m，潮汐高度h=0.3∽2.9m，码头前沿港池泥面高程为-5.5m。对于尾靠滚装10000t级甲板驳：船长85m，型宽40m，型深D=8m，跟码头齐平时其吃水Δ=D-(H-h)=3.1∽5.7m，而滚装时船舶的最大可能吃水4.5m，最小可能吃水2.6m。该项目根据实际当天潮汐情况选择平潮时段滚装上船[3]。

2.2 模块车装载计算

导管架自重1500t，长约33.2m，宽约30m，高约42米。SPMT配置8组2纵列共80轴线，共计4个PPU，轴线车总重388t，车子总承载能力80×40t=3200t，SPMT轴线分组最大负荷=24.4t，对地流动载荷7.2t/m²，载荷率27.2/40=68%。

3 跳板设计

3.1 跳板初步设计

由于驳船靠泊后码头前沿与船甲板距离比较大，初步选用专用跳板(共布置18块)连接过渡，在安装跳板时，跳板的转动轴板需要和船舶焊接。跳板结构及受力如下：

根据码头前沿跳板过渡区域1300mm，SPMT轴线轴距1400mm，跳板受力最大时为一轴线作用于1300mm的最中间，按照轴载满载40t集中受载以计算钢板强度，单轴线下跳板由15根H200×200×8×12的H型钢组成，分载至每根H型钢受力=40/15=2.7t，详见以下报告：

单跨梁形式：简支梁；计算模型基本参数：长L=1.3M

集中力：标准值Pk=Pg+Pq=27+0.75=27.75KN

设计值Pd=Pg×γG+Pq×γQ=27×1.2+0.75×1.4=33.45KN

3.2 选择受荷截面

截面类型：H型钢：200×200×8×12

截面特性：Ix=4610.49cm4Wx=461.04cm3Sx=256.57cm3G=48.73kg/m

翼缘厚度tf=12mm腹板厚度tw=8mm

3.3 相关参数

材质：Q235，x轴塑性发展系数γx：1.05，梁的挠度控制［v］：L/250。

3.4 内力计算结果

①座反力RA=RB=16.7KN②支座反力RB=Pd/2=16.7KN

③最大弯矩Mmax=Pd＊L/4=28.4KN.M

强度及刚度验算结果

弯曲正应力σmax=Mmax/(γx×Wx)＝58.7N/mm2

剪应力τA=RA×Sx/(Ix×tw)＝116.3N/mm2

最大挠度fmax=Pk×L^3/48×1/(E×I)=2.35mm

相对挠度v=fmax/L=1/1447

弯曲正应力σmax=58.7N/mm2<抗弯设计值f：215N/mm2

支座最大剪应力τmax=116.3N/mm2<抗剪设计值fv：125N/mm2

跨中挠度相对值v=L/1447<挠度控制值［v］：L/250

利用ansys建立等比例模型并施加载荷计算如下：

4 结语

此次采用SPMT进行海上风电导管架的滚装装船，正式装船时间在一小时左右，装船过程平稳可控，跳板目测无明显变形，相比浮吊吊装装船，节省了不菲的浮吊费用，缩减了了装船时间，对于后续产品的按时交付，起到了一定的促进作用。