模塊拖拉臨時錨點設(shè)計

李樹來

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

模塊拖拉臨時錨點設(shè)計

李樹來

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

海洋工程鋼結(jié)構(gòu)模塊建造完成后，需要拖拉至碼頭前沿。拖拉工作需要在碼頭前方有兩個錨點，用來固定定滑輪組。在煙臺某模塊建造場地，由于場地規(guī)劃時未在前方設(shè)計固定錨點，因此需要設(shè)置臨時錨點。文章簡要介紹了一種L型臨時錨點的設(shè)計方法。通過受力分析和強(qiáng)度校核，能夠設(shè)計出滿足拖拉裝船強(qiáng)度要求的臨時錨點。

拖拉裝船；錨點；臨時

0 引言

海洋工程鋼結(jié)構(gòu)模塊一般是在配有滑道和碼頭的場地上進(jìn)行建造。建造完成后再裝船并運輸?shù)胶Ｉ线M(jìn)行安裝。模塊裝船的方式一般有兩種，一種是用浮吊吊裝上船，另一種是通過絞車牽引裝船。由于牽引裝船不需要大型的浮吊資源，更加經(jīng)濟(jì)和高效，因此被廣泛采用。牽引裝船的一般做法是，將裝載駁船上的滑道與場地碼頭上的滑道對齊調(diào)平，運用牽引系統(tǒng)將模塊拖拉至駁船上[1]。

模塊的牽引系統(tǒng)包括絞車、滑輪組、鋼絲繩等，同時還需要在碼頭前方有固定滑輪組的錨點。對于前方錨點，應(yīng)盡量直接利用碼頭前方預(yù)埋的錨點，但是有些建造場地沒有預(yù)埋錨點，或預(yù)埋錨點數(shù)量不足，有些預(yù)埋錨點位置用不上，這時就需要設(shè)計制造臨時錨點。

1 結(jié)構(gòu)特點

L型臨時錨點的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，在使用時，一邊緊貼碼頭的側(cè)面，一邊平行于滑道放置于滑道之上，其上設(shè)有吊點，通過卸扣與定滑輪相連。在設(shè)計錨點之前，首先要確定拖拉時頂滑輪給錨點的最大拉力。這個拉力可以選取場地以往承攬的最大的模塊牽引時對前方錨點的拉力。設(shè)計錨點時除了要保證錨點有足夠的強(qiáng)度不會被拉壞，減少錨點對碼頭側(cè)面的壓強(qiáng)，防止碼頭被抓壞，還要避免錨點在受力后飛出。

2 受力分析

錨點的作用是固定定滑輪，模塊牽引過程中錨點的受力形式如圖1所示（錨點自身的重力忽略不計）。圖中，P為牽引力，大小由牽引的模塊決定，是個固定值；N為滑道對錨點的支撐力；f為碼頭側(cè)面對錨點的勻布支撐力；t為碼頭側(cè)面對錨點的勻布摩擦力。

設(shè)定T為摩擦力的總和，M為錨點受力后使錨點飛出的力矩。根據(jù)力的平衡原理[2]，可以得到：

以O(shè)點為軸，根據(jù)力矩的平衡原理，可以得到：

由以上的方程可以得出：

以上方程中，P是由牽引的模塊決定的，設(shè)計時取最大值Pmax，T是摩擦力的總和，最大靜摩擦力是只與壓力和摩擦系數(shù)有關(guān)的，確定了Pmax，最大靜摩擦力Tmax也就確定了，H3為吊點孔高度，一般選取定滑輪軸線的高度即可。由以上方程可以看出，為減小錨點對碼頭的壓力，就需增大錨點與碼頭側(cè)面的接觸面積H2·W，但是增大H2的同時也會增加飛出力矩，因此H2并不是越大越好，而增大L2可以增加錨點抗飛出的力矩。

假定碼頭的抗壓能力為fmax，因此，為防止碼頭被抓壞，需滿足以下方程：

為防止受力后錨點飛出，應(yīng)滿足以下方程：

因此，在設(shè)計一個錨點時，首先確定它能承受的最大拉力Pmax，及碼頭側(cè)面的極限抗壓能力fmax，再根據(jù)以上方程確定剩下的參數(shù)，最后還要選取合適的板厚和材質(zhì)，以及截面的特性，使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足要求，并對吊點強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度進(jìn)行校核。

3 錨點設(shè)計實例

通過具體的實例，來進(jìn)行錨點的設(shè)計。假定要設(shè)計一個200 t的錨點，即能提供2 000 kN的拉力，碼頭的抗壓能力為20 MPa，所用木材與碼頭的摩擦系數(shù)取0.3。由此可以得出：

為使碼頭不被抓壞：

為使錨點受力后不會飛出，飛出力矩的總和為：

取H2=1 m，H3=0.5 m，W=1 m，L2=4 m，代入上式均可滿足要求。

確定了錨點結(jié)構(gòu)的主要尺寸，然后選定鋼板的厚度和材質(zhì)，最后對錨點進(jìn)行強(qiáng)度校核以確定選取的板規(guī)格、材質(zhì)是否可行。

錨點的強(qiáng)度校核可以通過有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行，通過建立模型，計算錨點的最大應(yīng)力和變形。ANSYS軟件是國內(nèi)外較為流行的大型通用商業(yè)有限元分析軟件，利用軟件中的靜力分析模塊進(jìn)行分析。分析的過程是先建立模型，施加約束和載荷，再進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，最后進(jìn)行計算和結(jié)果輸出。

選取SHELL63殼單元建立模型，SHELL63稱為4節(jié)點彈性殼單元，具有彎曲和膜特性，能夠承受面內(nèi)和法向載荷，該單元的每個節(jié)點有6個自由度，即沿節(jié)點坐標(biāo)系x、y和z方向的平動位移和繞各軸的轉(zhuǎn)動位移[3]。

施加約束和載荷，對與滑道平行放置于滑道上的面進(jìn)行三個軸向的位移約束，對緊貼滑道側(cè)面的面施加勻布力，力的總和為2 000 kN。進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并運行計算。計算結(jié)果如圖2和圖3所示。

通過選取不同的鋼材，反復(fù)計算和校核使設(shè)計的錨點結(jié)構(gòu)更簡單，經(jīng)濟(jì)性更好，以達(dá)到最佳的設(shè)計方案。

4 結(jié)論

通過受力分析和強(qiáng)度校核，能夠設(shè)計出滿足拖拉裝船強(qiáng)度要求的臨時錨點。臨時錨點可以反復(fù)利用，但是由于錨點每次拖拉都要受到很大的載荷，因此在重復(fù)利用前需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢驗，以保證施工的安全。

[1]咸泰洪.海洋石油結(jié)構(gòu)模塊拖拉裝船和海上安裝[J].中國修船, 2010,23(3): 50-53.

[2]范欽珊, 唐靜靜.工程力學(xué)[M].北京: 高等教育出版社, 2007.

[3]王新敏, 李義強(qiáng), 許宏偉.ANSYS結(jié)構(gòu)分析單元與應(yīng)用[M].北京: 人民交通出版社, 2011.

Temporary Anchor Design for Dragging Modules

Li Shulai
(CNOOC Enertech Equipment Technology Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

The offshore steel structure modules need to be dragged to the front of yard after finishing the construction.For the carrying work, there must have two anchor points which are used to fasten the fixed pulley.A module construction site in Yantai has no anchor point assembled in design.Therefore, it is necessary to arrange temporary anchor points.The paper introduces a design method of the temporary L-shape anchor point.Through the force analysis and strength check, the temporary anchor point meeting the dragging and loadout strength requirements can be designed successfully.

dragging loadout; anchor point; temporary

P751

A

10.14141/j.31-1981.2017.01.010

李樹來（1982—），男，工程師，研究方向：海洋石油工程加工設(shè)計及技術(shù)管理。