導(dǎo)管架吊裝吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)分析.pdf

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1、第5期-33-導(dǎo)管架吊裝吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)分析張海榮，李記忠，張偉（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）[摘要]吊點(diǎn)是采用吊裝施工的導(dǎo)管架非常重要的附件，吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)如發(fā)生破壞，將在吊裝過程中產(chǎn)生巨大風(fēng)險(xiǎn)，造成不可挽回的損失。本文以渤海海域某導(dǎo)管架為例，研究了導(dǎo)管架外置吊裝吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)及手工強(qiáng)度校核方法，利用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，并將兩種校核方法進(jìn)行對(duì)比分析，提出了吊點(diǎn)設(shè)計(jì)及校核中需要注意的問題。[關(guān)鍵詞]導(dǎo)管架；吊裝吊點(diǎn)；設(shè)計(jì)；校核海洋鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中的結(jié)構(gòu)吊裝是整個(gè)施工過程非常關(guān)鍵的一步。吊裝工作能否順利完成，直接關(guān)系到工程

2、的進(jìn)度及成敗。吊裝前對(duì)吊點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確有效的分析是必要的，吊裝吊點(diǎn)如果與其所在高度處的走道等附件結(jié)構(gòu)有干涉，小型導(dǎo)管架經(jīng)常會(huì)采用延長(zhǎng)吊點(diǎn)所在的主腿頂部長(zhǎng)度，將吊點(diǎn)布置在導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)，但此種方案需要對(duì)主腿進(jìn)行海上切割，大大增加海上工作量。因此考慮為縮短海上施工時(shí)間，可將吊點(diǎn)布置在導(dǎo)管架外側(cè)不影響后續(xù)作業(yè)的位置，兩種布置情況下吊點(diǎn)受力有所不同。本文以渤海海域一采用吊裝下水的八腿導(dǎo)圖1吊點(diǎn)布置圖管架為例，探討導(dǎo)管架外置吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、受力特點(diǎn)及需要注意的問題。1吊點(diǎn)設(shè)計(jì)1.1吊點(diǎn)布置首先根據(jù)主結(jié)構(gòu)及附件的重量以及重心確定整個(gè)導(dǎo)

3、管架結(jié)構(gòu)吊裝的重心，吊點(diǎn)的布置要盡量確保起主板與吊鉤、導(dǎo)管架重心以及吊點(diǎn)孔所在平面一致，盡量減小吊點(diǎn)所受面外力，同時(shí)吊點(diǎn)的布置也應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)物整體強(qiáng)度和變形的要求。吊點(diǎn)布置圖見圖1，導(dǎo)管架吊裝示意圖見圖2，吊點(diǎn)位于中間四個(gè)主腿的外側(cè)，導(dǎo)管架吊裝重量為2947噸。1.2吊點(diǎn)形式吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，按照APIRP2A圖2導(dǎo)管架吊裝示意圖推薦做法的要求，開闊海域動(dòng)力放大系數(shù)選用2.0/1.35，非開闊海域動(dòng)力放大系數(shù)選用1.5/1.15，對(duì)于海上吊裝，其作業(yè)區(qū)域定義為開闊海域，考作者簡(jiǎn)介：張海榮（1983—），女，河北人，工學(xué)碩

4、士，工程師。主要從事海洋石油工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究工作。慮兩倍的安全系數(shù)后最大吊繩力為21485.7kN，考石油和化工設(shè)備-34-論文廣場(chǎng)2017年第20卷慮吊裝時(shí)吊繩操作空間后吊裝角度確定為67°，2.2吊點(diǎn)截面校核其余主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。主要校核截面如圖4所示，一個(gè)為吊點(diǎn)板根部截面，另一個(gè)為吊點(diǎn)孔中心所在截面，根據(jù)吊繩力、吊裝角度以及截面特性計(jì)算截面各點(diǎn)內(nèi)力及組合應(yīng)力，進(jìn)行強(qiáng)度校核。圖3吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式表1吊點(diǎn)參數(shù)（單位mm）主板厚度內(nèi)頰板外頰板吊點(diǎn)孔筋板吊點(diǎn)高度Tm厚度Ta厚度Tb直徑d厚度圖4吊點(diǎn)校核截面260090604

5、530560吊點(diǎn)板強(qiáng)度校核位置是沿吊點(diǎn)主板高度選取2強(qiáng)度校核各個(gè)筋板所在位置處，以吊點(diǎn)板根部截面最高處A點(diǎn)為例給出計(jì)算方法和校核準(zhǔn)則，其余位置相同吊點(diǎn)的強(qiáng)度校核過程分為以下幾個(gè)步驟：且校核結(jié)果滿足要求。首先根據(jù)吊裝計(jì)算結(jié)果確定最大吊繩力及對(duì)應(yīng)的吊點(diǎn)角度；根據(jù)吊繩力大小設(shè)計(jì)吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式及My=PVhp+Ph(L4-Lt)=1937250kN?mm尺寸，依據(jù)規(guī)范，對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度校核和焊縫設(shè)Mz=Pohp=698290kN?mm計(jì)，若校核不通過，則根據(jù)結(jié)果調(diào)整吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)布A=(LT+BT+BT+(B-T)T)=421200mm21m

6、ttbbmmimi置及各部分尺寸后重新校核。fa=Ph/A=19.9MPafby=My(L4+Tt)/Iy=71.8MPa2.1吊點(diǎn)板強(qiáng)度校核fbz=MzBt/2Iz=20.2MPa(1)軸向強(qiáng)度校核fvz=PV/Tm(L1+Tt+Tb)=80.8MPa最大壓應(yīng)力：fp=P(d(Tm+2Ta+2Tb))fvy=PO/(A-Tm(L1+Tt+Tb))=6.1MPa=238.7MPaVonMisesstress:允許應(yīng)力：Fp=0.9Fy=0.9×355=319.5MPaOK式中，P為由吊裝計(jì)算提取的含2倍動(dòng)力系數(shù)OK的最大吊繩

7、力；Fy為吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)材料屈服強(qiáng)度。式中，Ph為吊繩力水平分力；Ph為吊繩力水(2)受剪強(qiáng)度校核平分力；Pv為吊繩力垂向分力；Po為面外力，取[1]受剪截面：As=2Tm(R1-d2)+4Ta(R2-吊繩力的5%作用于吊點(diǎn)孔中心；Iy、Iz為面內(nèi)、2面外吊點(diǎn)抗彎慣性矩；M、M為面內(nèi)、面外彎d2)=1899mmyz矩。最大剪應(yīng)力：fV=PAs=113.1MPa強(qiáng)度校核中用到的上下環(huán)板及筋板的寬度Bt允許應(yīng)力：Fv=0.4Fy=0.4×355=142MPa等，要考慮吊點(diǎn)受力時(shí)其有效寬度，通常情況下OK上環(huán)板實(shí)際寬度大于有效寬度，有效

8、寬度的計(jì)算第5期張海榮等導(dǎo)管架吊裝吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)分析-35-[2]可由受壓構(gòu)件翼緣的允許寬厚比得出，如上環(huán)板灰色部分）之外，最大應(yīng)力小0.7Fy即248.5MPa，寬度計(jì)算如下：滿足強(qiáng)度要求。對(duì)于外置吊點(diǎn)，其受力特點(diǎn)與內(nèi)置吊點(diǎn)主要不同在于吊點(diǎn)上環(huán)板為受壓和因吊點(diǎn)受彎而產(chǎn)生的壓力組合，而內(nèi)置吊點(diǎn)