尹汉军， 蔡元浪， 王晓蕾， 梅华东

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

连续滑靴装船设计技术

尹汉军， 蔡元浪， 王晓蕾， 梅华东

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452)

海洋平台的装船分析是平台结构分析计算的重点，特别是当平台结构形式特殊时，安装工况可能是结构设计的控制性工况。该文中上部组块加支撑模块，总重约3.2万吨，平台尺寸和重量远远超出常规平台的规模。新的装船模式采用连续滑靴支撑组块，在装船分析过程中，如何准确模拟上部组块实际承受的荷载和边界条件是结构分析的关键，已完成的装船计算分析为今后的类似项目设计提供了宝贵经验。

大型组块；装船设计；连续滑靴；DSF模块

0 引言

使用连续滑靴装船与独立式滑靴有较大不同，连续滑靴根据实际杆件设置可以布置较多支撑点，传力也较均匀；独立滑靴的支撑点较分散，主要在主轴线上，滑靴独立支撑主腿，传力明确。该文以某超大型组块装船分析为例，重点研究了连续滑靴在装船各工况下的受力特点。计算分析过程使用国际通用的海洋工程分析软件SACS，分析过程中采用新的边界处理方法和工况计算，最大程度的模拟组块实际作业工程中可能经历的受力状态，分析结果表明，整个结构在装船过程中是安全的。

1 组块装船设计技术

组块装船前施工过程大致分如下几个步骤:组块采用高位建造，建造完成后下放至支持模块DSF进行对接，做好临时连接后，进行拖拉装船。由于组块的尺寸大、重量重，为准确模拟组块整个装船过程，有许多特殊的技术处理在软件计算中得到应用。

图1 DSF结构模型

1.1 连续滑靴及支撑点模拟

图2 支撑结构计算模型

DSF(DECK SUPPORT FRAME)设置10个DSU(DECK SUPPORT UNIT)支撑组块，DSF下设置22个支撑点。DSF结构及组块整体装船结构模型如图1所示。

DSF作为支持模块，为整个组块提供装船支撑作用，DSF本身为一个整体结构，由上下水平梁、斜撑组成。在装船过程中，下部水平梁直接与枕木连接，水平梁加枕木从DSF首端一直延续到尾端，构成一对整体滑靴。

DSF支撑刚度计算模型如图2所示，斜支撑为一倾斜悬臂圆管，受竖向强制位移，滑靴上的水平梁简化为简支梁。

根据变形协调条件，斜撑受轴向力、垂直力及相应变形为：

Δl=Flsocφ/EA vB=Fl3sinφ/3EI

斜撑直径2 500 mm，壁厚90 mm，长6 829 mm，弹性模量取2.01×1011Pa,倾斜角度44.6°。轴向变形与弯曲变形比值为：

Δl/vB=3Icosφ/Al2sinφ=0.0468

斜撑以弯曲变形为主，另外，水平梁长31 m,为B2 000×1 800×40×60的双腹板箱型梁。跨中弯曲刚度为：

根据斜撑的变形关系及水平梁的弯曲刚度，DSF支撑点的垂向变形刚度为3 745.0 kN/mm。辅轴上的斜撑为914 mm×45 mm圆管，长7 485 mm，水平梁跨距14 m，垂向变形刚度为937.3 kN/mm，约为主轴斜撑刚度的1/4。

1.2 DSF与组块连接模拟

在组块下放至DSF上后，焊接挡块、肘板，使组块与DSF进行连接。

对连接的DSU杆件进行释放处理，杆件两端六位数表示杆件端部的六个自由度(X,Y,Z, RX,RY,RZ)，“0”表示该方向传递内力，“1”表示该方向释放，不传递该方向内力。

装船工况考虑组块高位建造，在下放至DSF模块上时，结构已经在重力作用下完成变形，各个支撑点也是一种自由状态，与DSF完成接触后，水平力释放完毕。此时DSF与组块的筋板连接主要应考虑拖拉力的传递问题。基于这个考虑，把10个DSU弯矩全释放，把其中一个腿保持XYZ方向约束，其余的DSU单元都只承担轴向力，使模型的边界条件尽可能符合实际情况。

1.3 装船工况设置

图3 支撑点顶升10 mm工况

根据组块装船实际过程，组块与DSF在拖拉过程中将分别承受滑道不平产生的支撑点失效工况(单排失效)；码头滑道与驳船滑道高差大引起主支撑点失效和相连支撑点失效(双排失效)；驳船在码头的升沉运动；驳船的横摇运动。DSU与组块按铰接处理(仅传递力，不传递弯矩)； 25 mm计算部分主要对上船的支点进行顶升和下沉25 mm处理，模拟装船时驳船与码头的高差； 10 mm计算部分主要对上船的支点进行左右顶升和下沉10 mm处理，模拟装船时驳船左右舷的高差(如图3所示)；在US01(U01，U02组合)～US11(U21，U22组合)工况中，模拟滑道不平整工况。

1.4 装船工况组合

工况基本组合见表1、表2，DRY为组块所有干重：

表1 单排失效组合表

单排失效工况示意图如图4所示：

图4 单排失效工况

组合工况失效节点号基本荷载工况荷载系数LL013，4，5，6DRYF1．00LL025，6，7，8DRYF1．00LL037，8，9，10DRYF1．00LL049，10，11，12DRYF1．00LL0511，12，13，14DRYF1．00LL0613，14，15，16DRYF1．00LL0715，16，17，18DRYF1．00LL0817，18，19，20DRYF1．00

双排失效工况示意图如图5所示：

图5 双排失效工况

2 计算校核结果

根据上述工况组合，应用带GAP单元的静力分析方法，得到DSF和组块杆件规范校核结果，所有组别的杆件中，应力最大的组为U5J，最大应力为0.98，发生在DN08工况下，说明组块在装船工况下是安全的，计算通过。表3是大于0.90的杆件信息。

表3 杆件校核结果

辅轴支撑点反力“跟随”效应见表4：

表4 杆件校核结果

由表4可以看出，辅轴支撑点反力受相邻主轴顶升影响较大，前后主轴顶升时，其反力都降为“0”，即处于悬空状态，对于辅轴支撑节点应进行适当的弱化处理，这样才能使连续滑靴装船设计跟接近实际情况。

3 结语

在超大型组块的装船分析中，对上部结构的装船工况的关键参数需要进行特定处理和设置。组块与支持模块DSF分体建造，对接过程将发生传力转移、内力重分布，局部杆件的边界设置不同，对装船分析结果有较大影响。

该文中的DSF结构充当了组块滑靴的作用，这种超长、连续滑靴在滑道上、滑道与驳船上运行是一种连续过程，与分体式滑靴各阶段受力明确不同，连续滑靴可能产生单排、相邻多排支撑点悬空状态，为此，除考虑常规装船工况外，对连续滑靴明确支撑点，特别是主次支撑点区分是一个关键的技术问题。在该项目的装船分析中，根据支撑点的垂向变形刚度对支撑点进行了分类，最后的支撑反力表明，该分类是合理有效的，得到了较可信的反力结果。此外，滑靴在滑道上没有侧向约束，横向的弹簧处理也非常关键，这也是连续滑靴计算分析的另一特点。

[1] American Petroleum Institute. API recommended practice 2A-WSD (RP2A-WSD) [S].Twenty-First Edition, 2000.

[2] American Institute of Steel Construction (AISC).Specification for Structural Steel Buildings - Allowable Stress Design and Plastic Design[S].2005.

Continuous Shoe Loadout Design Technique

YIN Han-jun, CAI Yuan-lang, WANG Xiao-lei, MEI Hua-dong

(Offshore Oil Engineering Co., Ltd， Tianjin 300452, China)

Loadout analysis is the important part in topside structural design, the installation load case is the control case in structural design especially when the topsides structure type is unnormal. In this paper, the total weight of topsides and DSF(DECK SUPPORT FRAME) is 32000 ton, the size and weight all exceed normal condition. Continuous shoe was used in loadout, in the analysis, the key parts of structural design is how to deal with the continuous skid in practice and set the structural boundary. The loadout analysis results were provided a method for large scale topsides installation design.

large scale topsides； loadout design； continuous shoe； DSF module

2013-09-02

尹汉军(1973-)，男，高级工程师。

1001-4500(2014)03-0012-05

P75

A