海洋石油平台甲板片叠片运输技术

安洪涛，历 超，叶 镝

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

海洋石油平台大都是由甲板片、立柱组成的，甲板片叠一般分为5 层，底层呈L 型，重量通常在110 t 左右。甲板片采用的是正造法结构完成的，并利用平板车将其运输至喷涂车间对其进行喷涂，以此起到防腐作用。然后再向滑道微端进行运输，用履带对其进行吊装至滑道位置。通常使用3 台履带对其进行联合作业，因此，需要对运输方式进行计算，并通过SACS 建模的方式确定运输方案。

1 确定吊装方法

海洋石油平台甲板片叠片的运输，首先需要确定吊装方法，根据结构物和吊绳连接的方式不同，可以分为兜拉式吊装和吊点式吊装。兜拉式吊装主要应用于导管架和拉筋等。吊点式主要应用于板格式结构和梁格式结构，根据吊点个数的不同，又可以分为四吊点、三吊点、两吊点、单吊点。其次应对调取位置进行选择。在确定吊点方向和位置的过程中，应秉承以下3方面的原则进行，分别是：吊点位置、吊点方向、水平夹角[1]。吊点需要在主梁位置上放置，以保证结构的整体强度等。在吊点方向方面，钩头在水平面上有投影线，它需要在重心位置通过，并确保水平片上的不同吊点与钩头形成一个圆锥体，并确保不同吊点应在一个圆内，而且还应保证水平片到钩头投影的投影点应处于圆心位置，进而对吊装结构物的水平度进行确保。此外，吊绳的水平面夹角与吊绳的方向应保持其夹角在60°以上，还应避免吊绳力水平方向分力过大问题，避免出现水平片弯曲变形的情况，确保吊装安全性。

2 计算吊绳重力

在实际进行吊装的过程中，吊装的结构较为复杂，计算数据也十分宽泛，所以在信息技术大背景下，可以利用软件计算运输方式，在这种模式下，会确保更多的信息化计算方法在模拟吊装环节进行广泛运用。在开展计算的过程中，通常会涉及到材料力学和结构力学方面的知识，并以此为依据进行吊装计算。通常需要计算吊绳力的大小，在应用公式进行计算的过程中，需要假设甲板片叠片具有各向同性、连续、分布均匀的特点，在这一理想状态下，应运用吊绳力计算公式进行计算。在运输甲板片叠片的过程中，由于甲板片的柔度较大，需要在平板车的对称位置布置扁担梁，长度应以18 m 为宜，这样可以对甲板片的弹性变形问题进行控制。扁担梁其截面为40×40×600×900 的箱形梁结构。同时，平板车的外形为上下顶升行程±350 m，高1.9 m，外形尺寸为6.1 m×16 m。在这一情况下，还可以利用SACS 软件对甲板片叠片的运输方式进行计算。本软件的特点在于，其中对不同国家的钢架结构资料库进行了内置，能够进行环境载荷设定、桁架结构设计、动态分析、非线性塑性分析、静力学分析等，还具有运输与安装分析模块及地基分析模块。这种通过计算的方式，对甲板片叠片的运输能力进行计算的方式，能够有效提高甲板片叠片的运输质量。同时，对于重心修正方面，在SACS 软件进行加载后，可以以结构力学中的力偶性质为依据，在不同的水平片上分别加载方向相反且大小相等的力偶，还应保证两个力偶连线的方向一致，即在Tekla 软件中对重心位置进行修正，以此确保软件计算结果的正确性。在对水平片变形的结果进行计算及校核的过程中，应规范化设计整个水平片的位移变形及钢结构，并对吊点间的间距进行调整，并将水平片悬挑长度进行减少，确保位移和变形的减少。

3 确定运输需求

SACS 建模需要依据图纸进行模型建造，还应对甲板片的重心重量进行计算，可以运用SACS 软件运输工况和吊装工况计算模式。还应以施工现场实际甲板的结构特点和现场形成路线图的特点为依据，对吊点位置和吊机站位进行设置。在利用SACS 进行计算后，需要对变形满足吊装和运输要求及甲板片强度进行确定。在建立吊装模型的过程中，应定义绞支约束和吊钩位置节点，并定义甲板片自重载荷，确保运用静态分析模块。通过计算可以得知，0.38 为甲板片的最大UC值，6 cm 为甲板片的最大变形[2]。以钢丝绳拉力和计算结果的钩头力，确定配重工况及吊机作业半径，以及选取卡环规格及吊装钢丝绳。根据传统的经验，在计算平板车运输模拟值的过程中，通常定义简支约束为扁担梁相交位置与平板车边缘的位置。同时，还应假定平板车自身具有足够的刚度，但现场情况却是在进行试调后甲板片叠片的对角线产生了严重的变形，导致平板车在受力不均的情况下无法进行行车，这也说明了平板车本身缺乏钢力，也就说明以常规化的方式并不适用于运输异性甲板片叠片。因此，应重新对约束条件进行定义，通过分析平板车的工作原理和结构，可以尝试简化平板车支撑点的方案，可以用弹簧约束的边界条件作为平板车支撑点，由于平板车的工作原理在于在各组轮胎区域都有相连的若干个液压千斤顶，通过调整弹簧约束力的大小，确定实际试调结果与计算结果相吻合，在这种情况下，扁担梁的受力支点反力依次为487.7 N、56.5 N、414.9 N、99.2 N。此时的最大变形为123.4 cm。而平板车支撑节点与扁担梁两边的节点也会产生一定的变形。因此，为对甲板片叠片在运输过程中发生的变形问题进行有效控制，需要将相同重量的配重块在甲板片叠片大梁上进行配置，并考虑将配重块设计为不同的配置，包括40 t、30 t、20 t，在计算后，可以发现甲板片的最大变形分别为41.7 cm、37.3 cm、72.4 cm。在对比后可以发现，发现将20 t 的配重块进行放置，会产生较大的配重变形值，将40 t 配重的配重块在区域内进行放置，会出现反方向扭转的情况，这就说明配重量过大。因此，可以将30 t 配重的配重块在区域内放置，在这种情况下，其配重效果为最佳，同时，在这种情况下，0.54 为其最大UC值，扁担梁和板车整体受压位移为12.6 cm，这与运输需要相吻合。此外，当假定边界条件为弹簧约束并对30 t 配重进行布置后，扁担梁在这种情况下不会发生变形的情况，其变形趋势也基本相似，最大位移分别为18.2 cm 和20.7 cm，整体受压变形位移则分别为11.4 cm和13.9 cm。在这种情况下，受力度会较为平均。再者，SACS 的建模过程，还应通过修正系数进行修正处理，以此确保甲板片叠片的实际重量与实际吊装重量接近，进而确保吊装的安全性及吊装的精准度。此外，通过SACS 对吊绳的受力情况进行计算，能够从直观角度更加高效的对变形位置进行判断，在显示SACS最大变形的过程中，也应校核每一根H 形钢强度，并以力学规定为依据，确保构件应力应低于1。若出现了局部区域UC值大于1 的情况，这就说明许用应力小于杆件受力，应对吊点的数量进行增加，以确保局部区域受力减小。此外，也可以在此处对横梁进行添加，确保其刚性得到增加。

4 分析对比校核

在实际进行海洋石油平台甲板片叠片运输的过程中，由于吊装结构的复杂性较强，且计算量较大，因而，在计算机软件性能不断提高的情况下，需要与各类复杂原因进行有效融合，采取合适的方法进行计算。通过上述计算可知，若4 根绳子同时进行受力，并以材料力学中的相关公式进行计算，可以得出理想状态下的计算结果，但与实际情况仍旧存在一定的出入。而SACS 软件融入计算过程中，能够确保计算结果更加精确，它的原理在于将吊装分为吊绳和水平两个部分，并以相似的模型进行模拟，确保每一个部分都有其相关规矩。此外，结合不确定种类系数、吊装倾斜、制造偏差情况进行分析，也可以得出SACS 软件计算模式与实际情况更为接近[3]。同时，SACS 软件在进行甲板片叠片的吊装应用中，在开展建模工作的过程中，能够对不同的组合梁、拉筋、立柱、型钢梁等进行模拟，确保重心与水平片的重量不会出现过大的偏差。在计算过程中，在完成SACS 重心与实际重心的修正后，需要对校核效果进行确保，也可以对每个构建的屈服强度内受力情况进行精准计算，以此确保吊件吊装的安全。另外，还应对甲板片叠片的动态吊装过程进行模拟，确保吊装过程不应偏离轨迹和方向，这种方式也可以直观地显示出每根杆件的位移变形程度，并能够以规范要求为依据，对吊点的位置是否合适进行确认。而对于添加荷载问题，由于附加结构和主结构施加方向重力，因此可以忽略吊绳重量。在SACS 模型中，主要的核算内容为整体变形及水平各杆件的性质，其中，将吊绳的性质定义为杆件且其刚性无限大，并用无缝钢管进行模拟，而且在本次甲板片叠片的吊运过程中，上下翼缘处有环板，组合梁较差和中立柱的位置重量较大。因此，可以用Loan-Joint 命令添加上下两个环板，确保SACS 的实际重量与模型重量二者之间更加接近，也可以确保核算结果的准确性。

5 结语

综上所述，在海洋石油平台甲板片叠片运输过程中，由于矩形结构是常见的甲板片，同时，也包含一定的组块异形甲板片，通过详细分析平板车资料及现场吊装和运输的工况可以得知，以SACS 进行计算，能够对吊装用吊机、钢丝卡环、吊点、吊机进行合理选择，进而能够得到详细的节点位移、杆件UC值、变形结果等，并以此为依据进行计算。另外，还能通过对配重块进行的合理布置，确保平板车运输甲板片叠片获得成功，这也可以对工程项目现场施工作业内容进行有效指导。由此可见，通过SACS计算，能够对海洋石油平台的吊装及运输合理化方案进行确定，以节约施工成本。