XSTEEL與SCAS結(jié)合在JZ25-1S WHPE組塊水平片吊裝中的應(yīng)用

劉亞光 成金鳳 談景堯

(天津開發(fā)區(qū)海寧船舶工程技術(shù)有限公司,天津 300457)

XSTEEL與SCAS結(jié)合在JZ25-1S WHPE組塊水平片吊裝中的應(yīng)用

劉亞光 成金鳳 談景堯

(天津開發(fā)區(qū)海寧船舶工程技術(shù)有限公司,天津 300457)

海洋工程結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)和建造過程中,需要對大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝計(jì)算分析,以確定結(jié)構(gòu)吊點(diǎn)的位置、噸位及強(qiáng)度,同時(shí)分析結(jié)構(gòu)的變形。本文依據(jù)海洋工程JZ25-1S WHPE組塊EL(+)17 800 M4#水片吊裝實(shí)例,總結(jié)XSTEEL軟件與SACS軟件相結(jié)合進(jìn)行吊裝計(jì)算的步驟,同時(shí)對計(jì)算過程中的一些問題進(jìn)行分析和探討。

XSTEEL SACS 吊裝分析 吊點(diǎn)布置

1 引言

SACS(Structural Analysis Computer System)程序是用于海洋平臺結(jié)構(gòu)分析的軟件。它被遍及世界的上百個(gè)與海洋工程有關(guān)的設(shè)計(jì)公司或油公司使用,并得到世界各個(gè)權(quán)威檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。該程序由20多個(gè)不同功能的模塊組成,以便完成各種不同計(jì)算功能的要求。

Tekla Structures是通過創(chuàng)建三維模型后自動生成鋼結(jié)構(gòu)詳圖和各種報(bào)表。Xsteel模型建好以后,可用于檢查結(jié)構(gòu)的桿件間是否存在碰撞,同時(shí)給出碰撞清單以便改正設(shè)計(jì)不合理的地方；還可以從模型中提取車間施工用的單件圖；還可以給出結(jié)構(gòu)整體或局部的重量及重心位置。

2 吊裝過程描述

JZ25-1S WHPE為四層甲板片的組塊,整個(gè)組塊總重2976t。本文就該組塊的中間層EL(+)17 800 M4#水平片進(jìn)行吊裝分析。此水平片吊裝過程是先將其從預(yù)制場地吊裝運(yùn)輸?shù)絿娚败囬g,整體噴涂后再運(yùn)輸至總組吊裝場地進(jìn)行吊裝組對。此水平片吊裝時(shí)主要有以下難點(diǎn):首先是大梁分布不對稱,這必將導(dǎo)致水平片的重心位置與其幾何尺寸的中心不同；其次是整個(gè)水平片的尺寸過大,并且吊裝過程中水平片一側(cè)帶立柱,立柱處帶有環(huán)板,并且?guī)Я⒅鶄?cè)是組對的地方,這將增加吊裝組對時(shí)的難度系數(shù)。

3 吊裝計(jì)算過程

(1)從XSTEEL模型中查詢水平片的重量和重心位置并將水平片的布置圖導(dǎo)入AutoCAD中。Xsteel軟件搭建的模型中包含了鋼結(jié)構(gòu)工程中結(jié)構(gòu)和建造的全部信息,如型鋼、板材、焊縫、螺栓和其他材料等；每個(gè)桿件都包含橫截面積、單位重量等幾何屬性和截面慣性矩、中性軸等力學(xué)屬性,這就為準(zhǔn)確、快速地搭建模型及查詢水平片的重量和重心位置提供了可靠的保證。

(2)確定吊點(diǎn)的位置及吊車的起吊位置。由XSTEEL軟件查詢此水平片的重量為121t,根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備和水平片的形狀尺寸,采用兩臺履帶吊車聯(lián)合作業(yè)的方式。然后再根據(jù)每個(gè)吊車的起吊能力及場地限制來確定吊車的起吊位置。按照幾何原理,由兩臺吊車的吊點(diǎn)組成的直線應(yīng)穿過水平片的重心。在AutoCAD中將水平片平面圖比例縮放為1:1,然后把水平片的重心位置畫在圖中,并初步確定吊點(diǎn)的位置,一個(gè)起吊位置設(shè)4個(gè)吊點(diǎn),并且一般吊點(diǎn)的位置都布置在水平片的主梁上。

(3)在SACS軟件中建立組塊模型。在吊裝分析中,只需對吊裝的主結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬,主結(jié)構(gòu)包括組塊的腿和水平片結(jié)構(gòu)。其他結(jié)構(gòu),如組塊井口周圍的具體結(jié)構(gòu)、吊耳、欄桿等具體的附屬結(jié)構(gòu),可以不作為計(jì)算模型的一部分進(jìn)行模擬,而是作為加在組塊上的載荷進(jìn)行模擬。因此,首先在EL(+)17 800 M4#水平片模型文件中加入節(jié)點(diǎn)、桿件及板材,其中桿件包括水平片主次梁結(jié)構(gòu)和立柱,而筋板及其他加強(qiáng)結(jié)構(gòu)以載荷的形式加在水平片上。然后對桿件和板材的特性進(jìn)行定義。在PROPERTY下拉菜單中定義桿件和板材的特性,包括桿件板材的外形尺寸和材料特性。

(4)在SACS模型中加載載荷。SACS模型建立完畢之后,通過SACS的SELFWEIGHT命令加載水平片的重量；然后根據(jù)XSTEEL模型查詢的水平片的重量和重心位置,計(jì)算出SACS模型中所有需要以載荷的形式加在水平片上的重量,通過LOAD窗口的下拉菜單,將集中載荷或分布載荷加到結(jié)構(gòu)模型中,使得SACS模型與Xsteel模型重心位置一致；通過增加組合工況,調(diào)整SACS模型的重量,使之與Xsteel模型的重量一致；在加載荷載過程中,每一種載荷都定義了工況和載荷名稱,為了進(jìn)行計(jì)算分析,需要對所有工況進(jìn)行組合,并且考慮到一些未模擬的重量如油漆和焊材等,將組合荷載增加1．05倍的重量不確定系數(shù),這個(gè)組合荷載就是吊裝過程中的靜荷載；在吊裝過程中,由于吊車運(yùn)動產(chǎn)生沖擊,因此在計(jì)算過程中應(yīng)考慮動力載荷系數(shù),根據(jù)規(guī)范加載1．5倍的動態(tài)放大系數(shù)；同時(shí)為防止水平片在起吊過程中位移太大,不符合實(shí)際情況,在水平片三個(gè)角上加載三個(gè)彈簧。

(5)模擬索具并進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。索具只模擬鋼絲繩并且模擬為桿件,同時(shí)需保證鋼絲繩與水平片的夾角大于60°,并根據(jù)鋼絲繩資源選擇16m長的鋼絲繩。這里的關(guān)鍵問題是要對鋼絲繩的兩端進(jìn)行約束,使鋼絲繩只承受軸向力。通過在軟件里設(shè)置計(jì)算規(guī)范,運(yùn)行SACS程序進(jìn)行線性分析,從而得出所有桿件的位移和最大應(yīng)力比,得到的計(jì)算結(jié)果不太可能全部滿足規(guī)范要求,需對吊點(diǎn)位置的進(jìn)行調(diào)整并重新進(jìn)行校核。

(6)確定吊索具。通過SALST文件可以得到鉤頭力,鋼絲繩受力及桿件UC值。其中鉤頭力用以選擇吊車,鋼絲繩受力用以選擇鋼絲繩、吊點(diǎn)和卸扣。桿件的UC值有如下定義其中Fa、Fby和Fbz分別為許用的軸向應(yīng)力、梁沿y軸和z軸的彎曲應(yīng)力,只有桿件的UC值小于1時(shí),則可認(rèn)為桿件在此吊裝過程中是安全的。

4 吊裝過程中問題分析

考慮到吊裝過程中水平片未帶立柱一側(cè)會向下傾斜,導(dǎo)致吊裝組對困難,因此在設(shè)計(jì)起吊位置時(shí)向未帶立柱一側(cè)偏移50-100mm。

5 結(jié)語

通過以上敘述,可以看出:XSTEEL軟件和SACS軟件在海洋工程的建造過程中起著非常重要的作用。XSTEEL軟件能夠較準(zhǔn)確的確定水平片或局部的的重量和重心,減少了SACS軟件建模工作量。SACS軟件在計(jì)算過程中雖還有不足(在做計(jì)算分析時(shí),甲板板并沒有參與強(qiáng)度計(jì)算,只是把板重量計(jì)算出來,施加在結(jié)構(gòu)上),但其作為對吊裝方案的技術(shù)支持已滿足要求。

[1]海洋石油工程設(shè)計(jì)指南第4冊平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).

[2]API RP 2A WSD海上固定平臺規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建筑的推薦做法——工作應(yīng)力設(shè)計(jì)法.

[3]中國船級社,海上固定平臺入級與建筑規(guī)范.

劉亞光(1975—),男,天津人,本科,主要從事船舶及海洋工程的詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作;

成金鳳(1985—),女,河北藁城人,本科,主要從事船舶及海洋工程的詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作;

談景堯(1984—),男,天津人,大專,主要從事船舶及海洋工程的詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)工作。