李新超，李懷亮，阮志豪，王南海(.海洋石油工程股份有限公司，天津 30045；

2.能威(天津)海洋工程技術(shù)有限公司，天津 300392)

隨著海上浮托安裝技術(shù)的發(fā)展，不同規(guī)格形式的樁腿耦合緩沖器(Leg Mating Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)LMU)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種固定式和浮式平臺(tái)的組塊整體安裝[1-2]。LMU主要用于浮托安裝過(guò)程中緩沖組塊與平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的垂直與水平碰撞，減少組塊與平臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的要求，是浮托安裝技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于大型組塊整體安裝起到至關(guān)重要的作用[3-4]。

1 LMU國(guó)產(chǎn)化示范應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LMU國(guó)產(chǎn)化示范應(yīng)用目標(biāo)項(xiàng)目為中國(guó)南海西部海域文昌9-2/9-3中心平臺(tái)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為8腿導(dǎo)管架。根據(jù)組塊結(jié)構(gòu)形式以及組塊浮托安裝受力特點(diǎn)，在導(dǎo)管架每個(gè)主腿上方均設(shè)計(jì)1個(gè)LMU(共8個(gè))，8個(gè)編號(hào)位置的LMU結(jié)構(gòu)尺寸完全相同,文昌9-2/9-3中心平臺(tái)LMU編號(hào)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 文昌9-2/9-3中心平臺(tái)LMU編號(hào)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)文昌項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，LMU總體設(shè)計(jì)方案由海工公司安裝分公司完成，文昌LMU緩沖組件(垂向彈性體和橫向彈性體)，由衡橡科技股份有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造，鋼結(jié)構(gòu)部分，由海工公司特種設(shè)備分公司負(fù)責(zé)建造以及總裝，從而實(shí)現(xiàn)文昌LMU整體組件的國(guó)產(chǎn)化要求。

2 LMU鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

為保證LMU國(guó)產(chǎn)化示范應(yīng)用順利實(shí)施，對(duì)LMU結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體壓縮性能試驗(yàn)和海上測(cè)試試驗(yàn)，對(duì)其關(guān)鍵鋼結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，確保LMU結(jié)構(gòu)的完整性。

在每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)變花，并使用應(yīng)變信號(hào)采集系統(tǒng)，檢測(cè)出每個(gè)測(cè)點(diǎn)所有應(yīng)變片的應(yīng)變值，然后計(jì)算出所有測(cè)點(diǎn)位置的主應(yīng)力，使用材料力學(xué)第四強(qiáng)度理論對(duì)LMU鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核[5]。

試驗(yàn)中使用兩種應(yīng)變花的布置方案：45°三向應(yīng)變花、90°雙向應(yīng)變花，詳見(jiàn)圖2。

圖2 單個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變花布置示意圖

根據(jù)不同試驗(yàn)工況的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力系數(shù)選取有所不同。LMU鋼結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力見(jiàn)表1。

表1 LMU鋼結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力

2.1 LMU整體壓縮性能試驗(yàn)

選用編號(hào)為A3的LMU作為試驗(yàn)的對(duì)象，監(jiān)測(cè)位置主要分為2部分：接收器上緣外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)、外套筒底部鋼結(jié)構(gòu)。測(cè)點(diǎn)布置情況如圖3所示。

1)接收器：每60°布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置45°三向應(yīng)變花。

2)外套筒底部：每60°布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置90°雙向應(yīng)變花。

圖3 LMU整體壓縮試驗(yàn)方式

編號(hào)A3的LMU垂向設(shè)計(jì)載荷為1 650 t，考慮放大系數(shù)為1.3，即垂向試驗(yàn)載荷使用2 145 t。試驗(yàn)過(guò)程中，使用壓力試驗(yàn)機(jī)逐步加載，然后卸載，反復(fù)進(jìn)行6次，并且在每次檢測(cè)之前將應(yīng)變計(jì)變形平衡清零。LMU最大應(yīng)力出現(xiàn)在第一次試驗(yàn)中，其校核結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 LMU整體壓縮試驗(yàn)應(yīng)力監(jiān)測(cè)校核結(jié)果

2.2 LMU海上測(cè)試試驗(yàn)

完成LMU整體壓縮試驗(yàn)后，進(jìn)行其海上測(cè)試試驗(yàn)。選用導(dǎo)管架外4腿處LMU(A1、B1、A4和B4)作為本次試驗(yàn)的對(duì)象，監(jiān)測(cè)位置為：外套筒上緣外側(cè)鋼結(jié)構(gòu)、外套筒底部鋼結(jié)構(gòu)。測(cè)點(diǎn)布置情況如下。

1)外套筒上緣：每60°布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共24個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置90°雙向應(yīng)變花。

2)外套筒底部：每60°布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共24個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置90°雙向應(yīng)變花。

LMU海上測(cè)試試驗(yàn)的方式如下：將8個(gè)LMU組件在陸地整體組裝完成，運(yùn)輸?shù)綄?dǎo)管架安裝現(xiàn)場(chǎng)；參考圖1所示LMU編號(hào)，將對(duì)應(yīng)編號(hào)的LMU安裝并焊接到文昌導(dǎo)管架對(duì)應(yīng)主腿上方；開(kāi)始組塊浮托法安裝作業(yè)，同步監(jiān)測(cè)上述4個(gè)試驗(yàn)對(duì)象在對(duì)接整個(gè)過(guò)程中的外套筒測(cè)點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變，海上測(cè)試方式詳見(jiàn)圖4。

圖4 LMU海上測(cè)試試驗(yàn)方式

統(tǒng)計(jì)LMU海上測(cè)試試驗(yàn)所有測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，并計(jì)算出最大等效應(yīng)力。校核上述試驗(yàn)對(duì)象外套筒測(cè)點(diǎn)位置的強(qiáng)度，其結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 LMU海上測(cè)試試驗(yàn)應(yīng)力監(jiān)測(cè)校核結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，國(guó)內(nèi)已完全掌握了LMU的設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)技術(shù)，具備國(guó)產(chǎn)化能力。LMU緩沖彈性件(垂向橡膠和橫向橡膠)性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于其許用應(yīng)力，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

該項(xiàng)技術(shù)的成功研發(fā)和應(yīng)用，意味著LMU的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵彈性復(fù)合材料部件制作，不會(huì)再受?chē)?guó)外專(zhuān)業(yè)公司的掣肘。該項(xiàng)技術(shù)具有持續(xù)推廣應(yīng)用前景和非常顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為開(kāi)發(fā)海上油氣田采用浮托技術(shù)安裝奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]范模，易叢，白雪平，等.大型組塊浮托安裝關(guān)鍵技術(shù)研究及在我國(guó)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)海上油氣，2013，25(6)：98-100.

[2]王樹(shù)青，陳曉慧，李敏一.海洋平臺(tái)浮托安裝分析及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，41(718)：189-196.

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[5]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來(lái)泰.材料力學(xué)(I)[M].4版.北京:高等教育出版社，2002.