王鵬

【摘要】升壓站是風電場的大腦，是風電資源轉(zhuǎn)輸?shù)闹袠?，海上升壓站由于其位于海洋上的特殊性，建造和安裝工藝要求都比較高。海上安裝的核心是浮吊船及配套索具，浮吊船及配套索具的可操作性強，海上施工效率就高，施工成本也會降低。本文旨在研究升壓站海上施工專用吊架的優(yōu)化方案，并配以“德浮3600”浮吊的應用實例、圖片及計算分析。

【關(guān)鍵詞】海上升壓站；大腦；安裝工藝；海上施工專用吊架；優(yōu)化；施工效率；安全可靠；可操作性

引言：

隨著海上施工能力的逐步增強，中國的海上風力發(fā)電已開始了大規(guī)模的發(fā)展階段。海上風電場的核心部件之一就是海上升壓站，也是風電場最貴的單元之一，因此海上安裝施工的安全性和可靠性備受矚目。

目前來講，海上施工的要素有三點：浮吊船、配套索具和施工經(jīng)驗。浮吊船的價格昂貴，造新和改造的成本較高；海上施工經(jīng)驗需要長年的積累才能獲得，急不來；唯獨配套索具是一個短時間可以完善的環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)主要包括吊點、鋼絲、卸扣和吊裝框架，吊點、鋼絲、卸扣都有成熟的經(jīng)驗值可以借鑒，而吊裝框架需要根據(jù)浮吊的特性來專門配備。

因此，本文將重點闡述吊裝框架的設(shè)計和改進方案，并配以“德浮3600”船的施工實例來檢驗優(yōu)化成果。

1、最初的吊裝框架

最初的吊裝框架是為“德浮3600”浮吊船專門配備，連接在浮吊主鉤和被吊物之間，用于大型鋼結(jié)構(gòu)的海上吊裝。此吊裝框架分為橫向吊梁和縱向聯(lián)系梁。橫向總長26m，縱向總長10m，總體最大承重能力3240t，基本可以覆蓋海上升壓站的海上安裝重量。該框架除了承重大，還有以下的性能優(yōu)點：

1.1吊點選擇多：原配的吊點共有5對（10個），可任意選擇其中一對，配合“德浮3600”的四個主鉤，足以應付各種大型鋼結(jié)構(gòu)物的海上安裝。

其中中心1#吊點間距4m，2#間距9m，3#間距14m，4號間距19m，5#吊點間距24m。在海上升壓站的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，吊點的選擇多，為設(shè)計公司帶來了更多的選擇空間，也能更合理、更安全的選擇吊點形式。

1.2吊點承重大：1#組和2#組，單個吊點的承重為600t，3#組、4#組合5#組吊點的單個承重為900t。1-2組主要用于吊裝海上2000t以上的大型結(jié)構(gòu)物，3-5組主要用于3000t左右的大型結(jié)構(gòu)物吊裝。

1.3吊排、吊點允許傾斜的角度合理

吊裝框架各構(gòu)件的最大傾角：吊梁向內(nèi)傾斜20度、向外傾斜30度，吊點左右傾斜均為30度。吊梁的內(nèi)外傾角為吊點的縱向選擇增加了余地----雖然聯(lián)系梁只有10m，但是吊梁有允許的傾角，也就意味著框架下升壓站吊點的縱向距離選擇性更大，可以是10m、12m、14m甚至更大；如果沒有吊梁的允許傾角，升壓站的吊點間距只能是10m。

1.4小結(jié)：此框架橫向吊梁吊點的多選擇性和縱向允許傾角，釋放了設(shè)計人員對于升壓站四個吊點的選擇，不僅減少了設(shè)計難度，也增加了吊裝的安全性。但，此吊裝框架也有缺點，這個缺點降低了吊裝施工（尤其是海上升壓站）中的可操作性。

2、吊裝框架的缺陷

海上升壓站這種大型鋼結(jié)構(gòu)物有個缺點：偏心，所謂的偏心是重量中心和結(jié)構(gòu)物的幾何中心不在同一個位置上，產(chǎn)生偏心的主要原因是升壓站內(nèi)部設(shè)備重量的不均勻分布以及頂甲板吊機的一點分布。

結(jié)構(gòu)物的重量偏心，直接導致了浮吊四個主鉤在安裝的過程中不能保持完全水平，也就是說要想在海上把升壓站平放在基礎(chǔ)上，吊裝框架就是一個斜的并發(fā)生扭矩。扭矩對于鋼結(jié)構(gòu)來講是一個不可忽視的安全風險，升壓站（被吊物）這么大的重量，一旦吊裝框架出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題，導致海上升壓站的吊點出現(xiàn)問題，那后果不堪設(shè)想。

也就是說，這個框架需要解決的是重量偏心導致的海上安裝期間的垂向位移。

3、優(yōu)化設(shè)計方案

框架的優(yōu)化設(shè)計思路主要是：分析整個吊裝框架在海上施工中的風險，縱向10m的聯(lián)系梁是整個框架出現(xiàn)垂向位移時強度最薄弱的環(huán)節(jié)。因此，優(yōu)化設(shè)計是從改進聯(lián)系梁作為突破口的----將聯(lián)系梁由剛性連接改為柔性連接。

聯(lián)系梁與吊梁的連接方式不變，將聯(lián)系梁中間位置改為卸扣與鋼絲連接，同時主鉤與吊裝框架之間用鋼絲連接，這樣吊裝框架允許產(chǎn)生的垂向位移加大，可以徹底避免吊裝施工中由于升壓站重量偏心引起垂向位移而導致的吊梁扭曲。

理論可行后是詳細設(shè)計和強度計算，強度計算需滿足最極端的情況下，結(jié)構(gòu)仍能滿足吊裝要求。因此，選取的最極端條件作為強度校核的受力分析條件：整個框架受力4（個主鉤）*900t=3600t，橫向吊梁傾角20度，縱向聯(lián)系梁高低差3m。這個工況可以覆蓋并遠遠超過海上升壓站重量偏心所產(chǎn)生的垂向位移。

在強度校核過程中，主要是校核新聯(lián)系梁中與橫向吊梁連接部分的鋼結(jié)構(gòu)的強度。結(jié)構(gòu)物（Q345鋼材）在極端工況下加載受力后的計算結(jié)果：鋼結(jié)構(gòu)的最大應力為270.3MP，小于Q345鋼材的許用應力345MP，因此該結(jié)構(gòu)物的設(shè)計滿足強度要求，該設(shè)計可行。

4、實踐案例

2017年4月新吊裝框架制作完成后至今，在大連經(jīng)歷了1000t-2980t的大型鋼結(jié)構(gòu)物吊裝共計20多次，最大的垂向位移出現(xiàn)過1.89m，最大吊重2980t，均實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的成功吊裝。不僅新吊裝框架沒有出現(xiàn)過扭曲，并且節(jié)省了吊裝框架初始連接時的作業(yè)速度，原吊裝框架的初始連接大約需要24個小時，新吊裝框架的連接在12個小時左右，作業(yè)效率大大提高。

5、結(jié)束語

“德浮3600”浮吊原有的吊裝框架設(shè)計制作完成，并在在響水升壓站海上安裝施工過程中已成功使用。該吊裝框架橫向吊梁的吊點選擇多，減少了海上升壓站橫向吊點的選擇難度，同時吊梁的縱向可允許偏角，減少了升壓站縱向吊點的選擇難度，這兩個節(jié)點降低了升壓站鋼結(jié)構(gòu)物設(shè)計的難度，并增加了可操作性；但是，原有的框架沒有解決升壓站重量偏心而產(chǎn)生的框架扭矩。經(jīng)過施工分析和詳細設(shè)計、有限元強度計算，成功將原有框架的縱向剛性連接優(yōu)化為柔性連接。該優(yōu)化不僅消化了升壓站重量偏心而導致的框架高低差，并且避免了框架的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭矩。在實際的應用過程中，吊裝安全系數(shù)提高的同時，也增加了可操作性作業(yè)效率提高。面對海上升壓站安裝這種高風險的作業(yè)，真正做到了安全高效的施工.