新型倒置式桩腿耦合缓冲装置创新设计

李新超 韩士强 阮志豪

摘 要：桩腿耦合缓冲装置（LMU）已经广泛应用于各种固定式和浮式平台的整体浮托安装，且是浮托安装中不可缺少的关键装置。然而国内项目多是采用传统的正置式LMU，本文基于南海东方13-2项目对倒置、分体式LMU的结构设计及正置式LMU的对比情况进行了较为详尽的介绍，以期能为今后其它同类工程实践提供参考。

关键词：缓冲装置;浮托安装;倒置分体式;结构设计

中图分类号：TU391          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）04-0071-03

1引言

隨着海洋工程建设的迅速发展，浮托法也越来越广泛的得到应用。不同规格形式的桩腿耦合缓冲装置（Leg mating unit，LMU）已经广泛应用于各种固定式和浮式平台的组块整体安装[1-2]。LMU可以缓冲组块与平台基础之间的碰撞力，减少组块与平台基础结构对强度的要求，是浮托安装中不可缺少的关键装置[3-4]。

目前国内浮托项目多是采用传统正置式LMU，对其结构设计及计算分析也较多。而对倒置、分体式LMU的研究则较少，该关键技术仍被少数国外专业公司垄断。本文基于南海东方13-2项目对倒置、分体式LMU的结构设计及正置式LMU的对比情况进行了较为详尽的介绍，以期能为今后其它同类工程实践提供参考。典型的传统正置式及新型倒置、分体式LMU图例如下图所示。

2 倒置分体式LMU结构设计

2.1主要技术参数

东方13-2项目位于南海西部海域，其浮托平台的重量约为17200 MT，为该海域最大、最重、工艺流程最复杂的中心平台。该项目将为粤、港、澳提供清洁能源，保障社会稳定。该项目倒置、分体式LMU的主要技术参数如下表所示。

2.2设计图纸

倒置、分体式LMU主要分为上部主体结构和下部结构两部分，其中上部主体结构安装于上部组块的下端，而下部结构则安装于导管架主腿的上端。东方13-2项目倒置、分体式LMU尺寸如下图，其结构总体高度为6m，其中上部主体结构高度4m，下部结构高度2m，弹性体探出量以及插尖高度均为600mm，外筒直径2m，壁厚80mm。

2.3设计原理

该LMU工作原理如下图所示：

2.4计算分析

2.4.1 主要工作工况：

a）静态工况

工况1：75%组块重量作用于LMU;

工况2：100%组块重量作用于外筒;

b）动态工况

工况 3： 1.3*75% 组块重量作用于LMU;

工况 4： 1.3*75% 组块重量+水平载荷作用于LMU;.

工况 5： 1.3*75% 组块重量+水平载荷作用于LMU（不同方位）。

2.4.2 计算分析结果

对LMU计算分析的各个工况、受力路径等进行全方位模拟分析后，得到的LMU受力计算分析结果如下表所示，最大应力值为284.67MPa，小于许用应力值319.5MPa，满足使用要求[5]。典型工况的应力云图如图4所示。

3 与传统正置式LMU对比

3.1浮托过程的结构干扰少

采用倒置、分体式LMU有效地增加了浮托施工过程中平台底层甲板以下的可使用空间，能够有效避免浮托进船、退船过程中平台底层甲板下面的结构干扰，使得底层甲板下部的工艺管线以及其它结构可以提前安装，因而极大地减少海上连接调试及其它施工工作量。

3.2建造场地预安装

倒置、分体式LMU可提前在平台建造场地进行安装，这将大大提高LMU安装精度、效率及焊接质量，并且不受海上气候窗影响。

3.3减少海上浮吊资源的使用

采用倒置分体式LMU无须单独使用浮吊安装，从而减少8天海上施工工期;倒插尖的安装可以在导管架灌浆及安装后进行收尾工作时同步完成，不占浮托安装主线。

3.4可有效降低下部主结构受力

该装置可有效减小组块浮托载荷转移过程中LMU碰撞力对导管架水平层的弯矩，从而减少下部结构的用钢量。

4 结语

随着浮托法越来越广泛的得到应用，LMU作为浮托安装中不可缺少的关键装置，也正在得到更加广泛的关注。然而目前国内浮托项目多是采用传统正置式LMU，而对倒置、分体式LMU的研究则较少。本文基于南海东方13-2项目对倒置、分体式LMU的结构设计及其与传统正置式LMU的对比情况进行了较为详尽的介绍，以期能为今后其它同类工程实践提供参考。

参考文献：

[1] 荀海龙，朱晓环.万吨级组块浮托技术研究及典型专项设备设施[A].中国工程科学，2011，2011（05）.

[2] 李新超，李怀亮，阮志豪，王南海.桩腿耦合缓冲器国产化应用及应力应变监测[J].中国修船，2018（01）：49-51.

[3] 李怀亮，于文太，李新超，阮志豪，王南海.ANSYS软件在文昌LMU结构设计中的应用[J].石油和化工设备，2018（08）：41-43.

[4] 刘东玉，郭钢，徐兴平.海洋平台浮装就位技术研究[J].中国海洋平台，2004，19（6）：50-53.

[5]李新超，大型组块浮托安装的计算分析及校核，中国水运，2014 （6）：369-373.