王瑞平，萬秀林，苗蕾

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島，266520）

南海某導(dǎo)管架項目位于南海北部海域，此項目為百米深樁基式導(dǎo)管架，其導(dǎo)管底部設(shè)計有裙樁套筒，鋼樁插入裙樁套筒進(jìn)行導(dǎo)管架固定。其鋼樁在陸地建造完畢后采用滾動方式進(jìn)行裝船，利用在裝船碼頭和駁船之間設(shè)置棧橋，通過陸地上的卷揚(yáng)機(jī)牽引鋼樁從棧橋上滾動至駁船就位位置，鋼樁在滾動裝船過程中需要設(shè)計特定的棧橋作為鋼樁滾動軌道，棧橋的設(shè)計需要明確在滾動過程中所有棧橋的受力情況，從而開展后續(xù)棧橋強(qiáng)度計算。

圖1 鋼樁滾動裝船工藝圖

1 項目簡介

南海某導(dǎo)管架項目鋼樁總重約5753.2噸，共計12根，直徑皆為2438mm，基本信息如下表所示：

表 1 南海某導(dǎo)管架項目鋼樁數(shù)據(jù)

2 鋼樁滾動裝船棧橋受力分析

計算鋼樁滾動裝船棧橋受力即求出棧橋支撐鋼樁各點的支反力。由于棧橋布置位置地面的平整度、棧橋制作及鋼樁直線度都存在公差,其中地面平整度公差±3mm，棧橋制作公差±3mm，鋼樁直線度公差±6mm，三者綜合考慮極限公差為±12mm，假如鋼樁在滾動過程中與某一棧橋未接觸，若鋼樁在此棧橋處的變形小于12mm，則可能存在鋼樁未接觸此棧橋的情況，因此，在鋼樁滾動過程中是否能保證鋼樁與每條棧橋都接觸需要進(jìn)棧橋失效工況分析。我們通過有限元軟件SACS進(jìn)行模擬分析，通過鋼樁與棧橋接觸點有無約束來模擬鋼樁與棧橋的接觸和失效。根據(jù)鋼樁滾動裝船工藝設(shè)計，鋼樁下擺放4道棧橋，如下圖所示：

選取南海某導(dǎo)管架項目最重一根鋼樁作為研究對象，運(yùn)用SACS運(yùn)算時，根據(jù)鋼樁圖紙建立鋼樁SACS模型，棧橋簡化建模，鋼樁在棧橋接觸處進(jìn)行約束，提取鋼樁在棧橋處支反力視為棧橋所受外力。對鋼樁施加-Z方向的重力，得到的鋼樁重力為4730.906KN，如下圖所示。

圖3 鋼樁重力圖

假設(shè)四道棧橋中某兩道棧橋失效，則鋼樁與這兩道棧橋接觸點無約束，受力分析如下：

表2 假設(shè)某兩道棧橋失效工況分析

從上述變形分析可以看出，假設(shè)鋼樁只與兩道棧橋接觸，由于鋼樁自重變形過大，剩余兩道棧橋中的某一棧橋處鋼樁變形均超過100mm，即使棧橋布置位置地面平整度、棧橋制作及鋼樁直線度達(dá)到三者綜合極限公差±12mm，鋼樁都會接觸到第三道棧橋上，故兩道棧橋失效工況不存在。

假設(shè)四道棧橋中只有某一道棧橋失效，則鋼樁與此棧橋接觸點無約束，受力分析如下：

表3 假設(shè)某一道棧橋失效工況分析

從上述變形分析可以看出，假設(shè)鋼樁只與1#、3#和4#棧橋接觸時，由于鋼樁自重變形，2#棧橋處鋼樁變形為10.77mm，可以判斷，鋼樁即使已發(fā)生變形，但由于上述公差因素可能發(fā)生鋼樁不會接觸到2#棧橋的情況，故假設(shè)2#棧橋失效工況成立，此種工況下只有三道棧橋承受鋼樁重量，棧橋受力最大，取該工況下某棧橋最大受力值為所有棧橋受力的設(shè)計值，此種工況下各棧橋受力值如下表所示：故，棧橋受力的設(shè)計值選取2#棧橋不接觸鋼樁時1#棧橋最大受力203.6噸。

表4 棧橋受力值有限元計算

3 結(jié)論

鋼樁滾動裝船時棧橋的受力分析要考慮棧橋與鋼樁接觸失效情況，通過棧橋失效分析，確定承受鋼樁重量的棧橋數(shù)量，通過有限元軟件計算出棧橋失效工況下棧橋所受的最大力，以此數(shù)據(jù)作為所有棧橋受力的設(shè)計值并對棧橋的強(qiáng)度做進(jìn)一步分析。