钢桩滚动装船栈桥受力分析研究

王瑞平，万秀林，苗蕾

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东 青岛，266520）

南海某导管架项目位于南海北部海域，此项目为百米深桩基式导管架，其导管底部设计有裙桩套筒，钢桩插入裙桩套筒进行导管架固定。其钢桩在陆地建造完毕后采用滚动方式进行装船，利用在装船码头和驳船之间设置栈桥，通过陆地上的卷扬机牵引钢桩从栈桥上滚动至驳船就位位置，钢桩在滚动装船过程中需要设计特定的栈桥作为钢桩滚动轨道，栈桥的设计需要明确在滚动过程中所有栈桥的受力情况，从而开展后续栈桥强度计算。

图1 钢桩滚动装船工艺图

1 项目简介

南海某导管架项目钢桩总重约5753.2吨，共计12根，直径皆为2438mm，基本信息如下表所示：

表 1 南海某导管架项目钢桩数据

2 钢桩滚动装船栈桥受力分析

计算钢桩滚动装船栈桥受力即求出栈桥支撑钢桩各点的支反力。由于栈桥布置位置地面的平整度、栈桥制作及钢桩直线度都存在公差,其中地面平整度公差±3mm，栈桥制作公差±3mm，钢桩直线度公差±6mm，三者综合考虑极限公差为±12mm，假如钢桩在滚动过程中与某一栈桥未接触，若钢桩在此栈桥处的变形小于12mm，则可能存在钢桩未接触此栈桥的情况，因此，在钢桩滚动过程中是否能保证钢桩与每条栈桥都接触需要进栈桥失效工况分析。我们通过有限元软件SACS进行模拟分析，通过钢桩与栈桥接触点有无约束来模拟钢桩与栈桥的接触和失效。根据钢桩滚动装船工艺设计，钢桩下摆放4道栈桥，如下图所示：

选取南海某导管架项目最重一根钢桩作为研究对象，运用SACS运算时，根据钢桩图纸建立钢桩SACS模型，栈桥简化建模，钢桩在栈桥接触处进行约束，提取钢桩在栈桥处支反力视为栈桥所受外力。对钢桩施加-Z方向的重力，得到的钢桩重力为4730.906KN，如下图所示。

图3 钢桩重力图

假设四道栈桥中某两道栈桥失效，则钢桩与这两道栈桥接触点无约束，受力分析如下：

表2 假设某两道栈桥失效工况分析

从上述变形分析可以看出，假设钢桩只与两道栈桥接触，由于钢桩自重变形过大，剩余两道栈桥中的某一栈桥处钢桩变形均超过100mm，即使栈桥布置位置地面平整度、栈桥制作及钢桩直线度达到三者综合极限公差±12mm，钢桩都会接触到第三道栈桥上，故两道栈桥失效工况不存在。

假设四道栈桥中只有某一道栈桥失效，则钢桩与此栈桥接触点无约束，受力分析如下：

表3 假设某一道栈桥失效工况分析

从上述变形分析可以看出，假设钢桩只与1#、3#和4#栈桥接触时，由于钢桩自重变形，2#栈桥处钢桩变形为10.77mm，可以判断，钢桩即使已发生变形，但由于上述公差因素可能发生钢桩不会接触到2#栈桥的情况，故假设2#栈桥失效工况成立，此种工况下只有三道栈桥承受钢桩重量，栈桥受力最大，取该工况下某栈桥最大受力值为所有栈桥受力的设计值，此种工况下各栈桥受力值如下表所示：故，栈桥受力的设计值选取2#栈桥不接触钢桩时1#栈桥最大受力203.6吨。

表4 栈桥受力值有限元计算

3 结论

钢桩滚动装船时栈桥的受力分析要考虑栈桥与钢桩接触失效情况，通过栈桥失效分析，确定承受钢桩重量的栈桥数量，通过有限元软件计算出栈桥失效工况下栈桥所受的最大力，以此数据作为所有栈桥受力的设计值并对栈桥的强度做进一步分析。