鋼樁滾動裝船棧橋受力分析研究

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）

南海某導管架項目位于南海北部海域，此項目為百米深樁基式導管架，其導管底部設計有裙樁套筒，鋼樁插入裙樁套筒進行導管架固定。其鋼樁在陸地建造完畢后采用滾動方式進行裝船，利用在裝船碼頭和駁船之間設置棧橋，通過陸地上的卷揚機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計特定的棧橋作為鋼樁滾動軌道，棧橋的設計需要明確在滾動過程中所有棧橋的受力情況，從而開展后續棧橋強度計算。

圖1 鋼樁滾動裝船工藝圖

1 項目簡介

南海某導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 南海某導管架項目鋼樁數據

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棧橋失效工況分析。我們通過有限元軟件SACS進行模擬分析，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。根據鋼樁滾動裝船工藝設計，鋼樁下擺放4道棧橋，如下圖所示：

選取南海某導管架項目最重一根鋼樁作為研究對象，運用SACS運算時，根據鋼樁圖紙建立鋼樁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 假設某兩道棧橋失效工況分析

從上述變形分析可以看出，假設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 假設某一道棧橋失效工況分析

從上述變形分析可以看出，假設鋼樁只與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，鋼樁即使已發生變形，但由于上述公差因素可能發生鋼樁不會接觸到2#棧橋的情況，故假設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，以此數據作為所有棧橋受力的設計值并對棧橋的強度做進一步分析。