劉起成，袁夢(mèng)，薛偉杰

（中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司，廣東 廣州 510623）

半潛式平臺(tái)重量通常達(dá)數(shù)萬噸，長(zhǎng)度達(dá)上百米，通常采用半潛船橫裝干拖的方式進(jìn)行遠(yuǎn)洋運(yùn)輸[1]。打橫的半潛式平臺(tái)尺寸相對(duì)半潛船船寬過大，四個(gè)立柱均外伸于半潛船舷側(cè)，如圖1 所示。即使加裝了外伸結(jié)構(gòu)，平臺(tái)變形對(duì)載荷傳遞的影響仍不可忽略。設(shè)計(jì)變高度的墊木鋪設(shè)方案使得平臺(tái)重量較為均勻地傳遞到墊木和船體上是保證平臺(tái)、墊木及船體結(jié)構(gòu)安全的重要環(huán)節(jié)。變高度的墊木鋪設(shè)方案在常規(guī)等高度的墊木鋪設(shè)方案的基礎(chǔ)上，考慮貨物自身變形影響，可使貨物變形與墊木高度相互契合，從而確保貨物重量載荷可均勻傳遞[2]。

圖1 平臺(tái)配載示意圖剖視圖

通過理論方法設(shè)計(jì)的墊木鋪設(shè)方案在實(shí)際執(zhí)行時(shí)由于各種原因?qū)a(chǎn)生差異，這些差異是否對(duì)整體方案產(chǎn)生大的影響值得研究。本文通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了變高度的墊木鋪設(shè)方案設(shè)計(jì)的合理性，同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際遇到的問題提出了優(yōu)化方案以及理論驗(yàn)證。

1 變高度墊木設(shè)計(jì)

為了將平臺(tái)的重量更均勻地傳遞到半潛船上，需要設(shè)計(jì)變高度的墊木鋪設(shè)方案[3]，方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要流程如下：

（1）根據(jù)平臺(tái)重量重心，按靜載小于1N/mm2的應(yīng)力要求預(yù)估需要的墊木總數(shù)量；

（2）根據(jù)平臺(tái)的強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置，布置等高度墊木；

（3）根據(jù)貨物總重量及墊木的總面積計(jì)算實(shí)際靜載荷，將靜載荷施加在平臺(tái)與墊木接觸的底部結(jié)構(gòu)上，計(jì)算平臺(tái)的變形，即可得到需要鋪設(shè)三合板的高度，如圖2 所示為平臺(tái)變形云圖；

圖2 平臺(tái)變形云圖

（4）根據(jù)航行海況選定動(dòng)載荷工況對(duì)上述變高度的墊木鋪設(shè)方案進(jìn)行校核，若發(fā)現(xiàn)平臺(tái)、墊木及半潛船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求，對(duì)第二步進(jìn)行調(diào)整，相應(yīng)增加墊木數(shù)量；

（5）逐步優(yōu)化墊木設(shè)計(jì)方案，至平臺(tái)、變高度墊木及半潛船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

2.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方案

在變高度的墊木鋪設(shè)方案設(shè)計(jì)完成后，需要在平臺(tái)浮裝上半潛船之前將變高度的墊木固定在半潛船主甲板的設(shè)計(jì)位置上，待平臺(tái)定位準(zhǔn)確，坐在變高度的墊木上后對(duì)其進(jìn)行綁扎。在完貨綁扎后，對(duì)墊木受壓后的高度進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，以驗(yàn)證理論計(jì)算的可靠性。變形后的墊木高度測(cè)量方案如下：

（1）航行中選取風(fēng)浪小，船舶運(yùn)動(dòng)小的時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量，以驗(yàn)證靜載情況下平臺(tái)的變形數(shù)據(jù)；

（2）墊木高度沿著半潛船橫向測(cè)量位置參考下圖，共測(cè)量4 列，每列19 個(gè)點(diǎn)。從測(cè)量安全方面考慮，對(duì)伸出半潛船舷外的墊木高度不予測(cè)量，實(shí)際測(cè)量點(diǎn)位置如圖3 所示。對(duì)于墊木的弧形部分，因不便于測(cè)量，故僅選取平整處進(jìn)行高度測(cè)量，測(cè)量示意圖如圖4 所示；

圖3 測(cè)量位置

圖4 測(cè)量示意圖

（3）測(cè)量方法：預(yù)先制作30 厘米高的工裝，如圖5 所示，剩余高度采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量三次取平均值，以提高測(cè)量精度。

圖5 測(cè)量工裝

2.2 測(cè)量結(jié)果

為檢驗(yàn)理論計(jì)算的可靠性，并為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了平臺(tái)下墊木變形后的總高度值，并與墊木受壓后的理論計(jì)算高度（墊木設(shè)計(jì)高度減去受壓后的壓縮量）進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比結(jié)果如圖6－圖9 所示，其中橫坐標(biāo)為沿著半潛船橫向墊木的編號(hào)，由于墊木均勻布置在平臺(tái)的強(qiáng)結(jié)構(gòu)處，故也可以表示為沿著平臺(tái)旁通的縱向位置?？v坐標(biāo)為墊木變形后的總高度值，其中線表示變形后的墊木高度理論值，圓點(diǎn)表示變形后的墊木高度測(cè)量值。

圖6 A 組數(shù)據(jù)對(duì)比

圖7 B 組數(shù)據(jù)對(duì)比

圖8 C 組數(shù)據(jù)對(duì)比

圖9 D 組數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3 誤差討論

通過以上結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，墊木變形后高度的理論值與實(shí)際值在整體趨勢(shì)上較接近，但也存在一定的誤差。兩者之間誤差產(chǎn)生的主要原因包含以下幾點(diǎn)：

（1）常規(guī)墊木通常按300mm 進(jìn)行考慮，實(shí)際由于加工精度、長(zhǎng)期使用等原因，墊木高度會(huì)有正負(fù)5mm甚至更大的誤差；

（2）船體主甲板表面的平整度以及平臺(tái)底部的平整度也會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響；

（3）高度測(cè)量時(shí)的誤差。

半潛船船體總縱變形雖然也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，考慮到平臺(tái)的旁通與半潛船接觸區(qū)域占半潛船船長(zhǎng)方向很小的比例，半潛船船體總縱變形對(duì)其影響較小，可以忽略。

3 墊木方案優(yōu)化討論

3.1 項(xiàng)目中遇到的問題

在項(xiàng)目執(zhí)行過程中遇到以下兩個(gè)主要問題：

問題1，項(xiàng)目中為了更精確地模擬平臺(tái)的變形，以5mm 為間距，設(shè)計(jì)了4 種三合板，12 種厚度組合的方式，雖然對(duì)設(shè)計(jì)達(dá)到了幾乎完美的擬合，誤差控制在3mm，但是多達(dá)12 種厚度組合方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。

問題2，如圖6 至圖9 中可以看出，變形后部分區(qū)域的墊木總高度實(shí)際值與設(shè)計(jì)值存在較大誤差，數(shù)據(jù)分析顯示最大誤差達(dá)到了9mm，局部的誤差是否會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)整體載荷分配發(fā)生較大改變，從而影響平臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全值得研究。

3.2 提出優(yōu)化方案

針對(duì)問題1，建議以10mm 為間距，僅需2 種厚度的三合板，采用5 種組合方式即可較好的模擬平臺(tái)變形曲線，從而大大減輕現(xiàn)場(chǎng)的工作量以及出錯(cuò)概率，減少備艙周期，提高航次經(jīng)濟(jì)性。

針對(duì)問題2，變形后部分區(qū)域的墊木總高度實(shí)際值與設(shè)計(jì)值之間的誤差必然產(chǎn)生，通過理論方法分析以明確墊木總高度的誤差與平臺(tái)載荷傳遞敏感性之間的關(guān)系，以確保平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全。

3.3 優(yōu)化方案驗(yàn)證

針對(duì)問題1，以之前某類似平臺(tái)及鋪設(shè)墊木模型為基礎(chǔ)，分別對(duì)以5mm 為間距以及10mm 為間距的兩種三合板鋪設(shè)方案進(jìn)行有限元分析，墊木的壓應(yīng)力云圖結(jié)果如圖10 和圖11 所示，兩者對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用10mm 為間距與采用5mm 為間距的方案的應(yīng)力分布基本一致，且墊木最大壓應(yīng)力均為1.18N/mm2，均小于2 N/mm2，滿足規(guī)范[4]中規(guī)定的墊木許用壓應(yīng)力。采用10mm 為間距的有限元模型中應(yīng)力分布不均程度稍大，但在工程上完全可以接受。從而在理論上驗(yàn)證了采用10mm 為間距對(duì)三合板進(jìn)行設(shè)計(jì)在工程應(yīng)用上的合理性。

圖10 墊木壓應(yīng)力云圖（5mm 間距）

圖11 墊木壓應(yīng)力云圖（10mm 間距）

針對(duì)問題2，采用兩個(gè)有限元模型進(jìn)行對(duì)比。一個(gè)有限元模型采用實(shí)際的墊木高度進(jìn)行建模分析，另一個(gè)有限元模型在該模型基礎(chǔ)上靠尾側(cè)左舷位置增加20mm厚度的三合板以模擬局部墊木高度出現(xiàn)較大誤差的情況。分別對(duì)這兩個(gè)有限元模型進(jìn)行分析，得到墊木的壓應(yīng)力云圖結(jié)果如圖12 和圖13 所示。兩者對(duì)比發(fā)現(xiàn)，墊木的整體應(yīng)力云圖基本一致，僅在模型有修改得非常局部的區(qū)域應(yīng)力有些許差別。由此可以判斷，局部墊木高度的差別并不會(huì)對(duì)平臺(tái)整體的應(yīng)力分布產(chǎn)生較大的影響，僅對(duì)局部區(qū)域產(chǎn)生部分影響。只需要控制墊木總高度的誤差，墊木即能較為均勻地傳遞平臺(tái)載荷。

圖12 墊木壓應(yīng)力云圖（原模型）

圖13 墊木壓應(yīng)力云圖（局部修改模型）

4 建議

本文通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)之間的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)墊木的總高度在靜載條件下實(shí)際值與理論值之間存在一些差異。通過對(duì)差異的分析以及通過理論上的驗(yàn)證，為后續(xù)同類型項(xiàng)目的執(zhí)行積累了經(jīng)驗(yàn)。對(duì)后續(xù)類似項(xiàng)目，提出了以下建議：

（1）在使用三合板對(duì)平臺(tái)變形進(jìn)行擬合時(shí)，建議可采用10mm 間距進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以大大減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，同時(shí)也能保證平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全；

（2）在備艙完成后，安排一次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，對(duì)偏差較大位置處補(bǔ)充或者減少三合板的鋪設(shè)，控制墊木在裝貨前的實(shí)際高度與理論結(jié)果的偏差，從而提高備艙的精度。

（3）為了更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)平臺(tái)傳遞到墊木上的壓力分布，建議在墊木下布置應(yīng)變片，對(duì)航行過程中平臺(tái)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保平臺(tái)的安全，同時(shí)也能對(duì)理論分析的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。