海洋平臺(tái)超長DSF總組方案研究

李 強(qiáng)，連 鑫，楊偉華，宮 晨

(海洋石油工程(青島)有限公司 加工設(shè)計(jì)中心，山東 青島 266520)

超大型海洋平臺(tái)的海上安裝較多采用在上部組塊與駁船之間設(shè)置DSF(Deck support Frame)的形式[1]，DSF起到分散平臺(tái)立柱支點(diǎn)反力，在海上安裝時(shí)DSF上的防撞結(jié)構(gòu)可以有效緩沖駁船的起浮對(duì)平臺(tái)的碰撞。DSF由箱型梁(Box Beam)，連接梁(Tie Beam)，橫搖加強(qiáng)拉筋(Sway Bracing)，滑木(Loadout timber runner)等組成。 本DSF由于滑木密布整個(gè)DSF下方，并且滑木中間還設(shè)置有鋼制隔板，給DSF的建造及總組帶來了很大的困難。

本文以某大型固定式平臺(tái)DSF的總組方案為例，此DSF總重量約3000 t，總長度達(dá)到97 m，中心線間距27 m，在建造中需要分段預(yù)制，對(duì)于以何種形式進(jìn)行總組，有三種方案可以選擇。本文以建造場地空間，吊裝、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備能力為基礎(chǔ)通過三種總組方案的對(duì)比分析，得出一種施工難度、經(jīng)濟(jì)效益適中的方案，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

圖1 DSF外形示意圖

1 總組方案一：分段預(yù)制使用履帶吊分段吊裝安裝

此為常規(guī)做法，按照分段預(yù)制，現(xiàn)場合攏成中組，然后使用履帶吊機(jī)進(jìn)行滑道總組。具體流程見圖2。此方案的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，對(duì)場地吊裝能力要求不高。但也存在明顯的缺點(diǎn)，即占用滑道時(shí)間長，存在大量的滑道焊接工作，滑木安裝困難，容易燒傷滑木，也存在破壞滑道預(yù)鋪特氟龍鋼板涂層的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 方案一總組流程圖

2 總組方案二：分段預(yù)制將主梁合攏成總段使用履帶吊吊裝安裝

此方法按照分段預(yù)制，在預(yù)制場地將主梁分段合攏完成，然后使用兩臺(tái)履帶吊機(jī)先進(jìn)行主梁的總組，然后安裝衡量，加強(qiáng)拉筋等結(jié)構(gòu)?？偨M具體流程見圖3，吊機(jī)吊裝站位示意圖見圖4，此方案由于總組時(shí)DSF主梁已經(jīng)完成，避免了主梁底板焊接時(shí)對(duì)滑木的損傷，只需對(duì)滑木外側(cè)擋板進(jìn)行焊接時(shí)稍作處理即可。此方案對(duì)滑道占用時(shí)間比總組方案一少。方案實(shí)施時(shí)，需注意吊裝時(shí)對(duì)整個(gè)主梁變形的控制，否則主梁與滑木疊加時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)偏差。

圖3 主梁整體安裝方式

圖4 DSF主箱型梁整體吊裝示意圖

由于DSF總長度達(dá)到了97 m，單個(gè)主梁重量接近500 t，編制可靠的吊裝方案顯得尤為重要，應(yīng)對(duì)吊裝時(shí)的主梁強(qiáng)度及剛度進(jìn)行驗(yàn)算。吊點(diǎn)布置位置應(yīng)選擇在有強(qiáng)結(jié)構(gòu)肋板的部位，并對(duì)幾組吊點(diǎn)選擇位置進(jìn)行試算，選取計(jì)算結(jié)果應(yīng)力值及整體變形小的吊點(diǎn)位置。吊裝鋼絲繩索具的選擇由于兩肢間間距過近(不足3 m)，建議使用不小于1.25的 Skew系數(shù)。本文使用有限元軟件對(duì)整個(gè)主梁的吊裝強(qiáng)度及剛度進(jìn)行了分析，導(dǎo)入外部軟件建立的主梁模型[2]，進(jìn)行處理并添加吊耳等結(jié)構(gòu)。應(yīng)力及變形云圖見圖5、6。

圖5 DSF主箱型梁整體吊裝計(jì)算應(yīng)力云圖

圖6 DSF主箱型梁整體吊裝變形云圖

3 總組方案三：自行式模塊化運(yùn)輸車(SPMT)進(jìn)行整體安裝

自行式模塊化運(yùn)輸車因其操作靈活，承載能力強(qiáng)，車板高度可自由升降等優(yōu)點(diǎn)，近年來在海工行業(yè)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。此方案是在預(yù)制位置即將主梁、橫梁、加強(qiáng)拉筋、滑木等結(jié)構(gòu)整體組裝完成，然后使用SPMT運(yùn)輸車將DSF運(yùn)輸至滑道上進(jìn)行安裝。此方案具有明顯優(yōu)勢(shì)，總組時(shí)整體結(jié)構(gòu)已成型，安裝時(shí)的變形能夠得到較好控制；無需焊接任何臨時(shí)結(jié)構(gòu)，包括吊點(diǎn)；架高主梁進(jìn)行主梁分段的拼接，主梁拼接完成后從底部安裝滑木，避免主梁拼接時(shí)焊接燒滑木的情況發(fā)生。預(yù)制完成后，使用三列SPMT運(yùn)輸車，每列使用6軸線運(yùn)輸車7個(gè)，4軸線運(yùn)輸車1個(gè)，共計(jì)138個(gè)軸線。運(yùn)輸布車示意圖如圖7所示，運(yùn)輸時(shí)需要使用1.2 m高運(yùn)輸支撐將DSF頂離地面約2.3 m。由于DSF長度大，運(yùn)輸時(shí)需要充分考慮運(yùn)輸路徑，特別是轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)現(xiàn)場空間的需求，并且需要避開滑道塊及滑道電纜溝等障礙。

由于小車承托的位置只能布置在中間橫梁上，使DSF主箱型梁外懸出SPMT車板邊緣，因此需要對(duì)運(yùn)輸時(shí)DSF的整體強(qiáng)度進(jìn)行校核。校核采用ANSYS軟件進(jìn)行，整體變形及應(yīng)力云圖見圖8、9。如結(jié)果所示，最大變形為10.2 mm，最大應(yīng)力為123.2 MPa，本DSF材質(zhì)為API 2W/2H GR50鋼材，強(qiáng)度滿足要求。

圖7 使用SPMT整體運(yùn)輸DSF配車示意圖

圖8 DSF整體運(yùn)輸變形云圖

圖9 DSF整體運(yùn)輸應(yīng)力云圖

4 小結(jié)

對(duì)于大型海洋平臺(tái)的DSF的建造及總組安裝，可依據(jù)現(xiàn)場的場地空間及設(shè)備能力等因素，選取合適的方案，本文通過對(duì)三種總組方案的分析對(duì)比，可以較明顯的看出，方案三可以節(jié)省滑道占用時(shí)間；降低滑木安裝的施工難度，并能避免焊接時(shí)燒傷滑木； 與吊裝相比，使用SPMT運(yùn)輸車的總組方式更容易實(shí)現(xiàn)靈活精準(zhǔn)就位。方案二雖解決了滑木的安裝問題，單如此長度的箱型梁吊裝就位的操作存在一定難度。因此，推薦的方案優(yōu)選順序應(yīng)為：方案三 > 方案二 > 方案一。