靳寶旺,張海榮,張鑫,孫貞
(海洋石油工程股份有限公司,天津 300451)
導(dǎo)管架吊裝吊點(diǎn)是導(dǎo)管架設(shè)計(jì)中很重要的一個(gè)附件,是導(dǎo)管架海上能否順利吊裝的直接影響因素,根據(jù)每個(gè)導(dǎo)管架的自身特點(diǎn)及項(xiàng)目需求,吊點(diǎn)布置通常采用兩種形式,一種是外置吊點(diǎn),一種是內(nèi)置吊點(diǎn),本文根據(jù)兩種吊點(diǎn)不同的布置形式,利用ANSYS 17.0有限元分析軟件,對兩種布置形式分別進(jìn)行有限元分析。
內(nèi)置吊裝吊點(diǎn),是把吊點(diǎn)布置在四個(gè)導(dǎo)管腿內(nèi)測,是一種常見的導(dǎo)管架吊裝吊點(diǎn)布置形式,有時(shí)考慮結(jié)構(gòu)干涉和海上切割工作量,也會選擇外置吊裝吊點(diǎn)的布置形式,即把吊點(diǎn)布置在四個(gè)導(dǎo)管架外側(cè),這兩種布置形式各有優(yōu)缺點(diǎn),在項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用中,往往根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況和特殊需求進(jìn)行選擇,本文僅從結(jié)構(gòu)受力方面,來對比兩種吊裝吊點(diǎn)布置的優(yōu)劣。
內(nèi)側(cè)吊點(diǎn)布置圖:
圖1 內(nèi)測吊點(diǎn)水平布置圖
圖2 內(nèi)測吊點(diǎn)立面布置圖
外側(cè)吊點(diǎn)布置圖:
圖3外測吊點(diǎn)水平布置圖
圖4 外測吊點(diǎn)立面布置圖
吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式圖:
圖5內(nèi)測吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式圖
圖6 外測吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式圖
根據(jù)吊點(diǎn)內(nèi)外布置的結(jié)構(gòu)形式不同,采用ANSYS軟件分別建立兩種結(jié)構(gòu)形式的有限元模型,模型包括吊點(diǎn)結(jié)構(gòu),導(dǎo)管架腿和臨近所有拉筋結(jié)構(gòu)等,模型中導(dǎo)管架腿的規(guī)格為Φ2340X65,三根臨近拉筋的規(guī)格為Φ762X19,Φ914X25和Φ762X19。有限元模型采用SHELL181殼單元,網(wǎng)格劃分為100mm,幾何模型和有限元模型如下圖所示:
圖7 內(nèi)測吊點(diǎn)幾何模型
圖8 內(nèi)測吊點(diǎn)有限元模型
圖9 外測吊點(diǎn)幾何模型
圖10 外測吊點(diǎn)有限元模型
導(dǎo)管架腿下端面和所有拉筋根部斷面六個(gè)自由度采取全約束的有限元模型邊界條件。
計(jì)算中,在吊孔中心模擬吊繩力,利用MASS21單元將吊孔上的所有節(jié)點(diǎn)與吊孔中心的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接傳力,兩種吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式所選取的吊繩力均為16500KN,吊裝角度為60°。
圖11 內(nèi)測吊點(diǎn)邊界條件&加載
圖12 外測吊點(diǎn)邊界條件&加載
內(nèi)測吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式有限元結(jié)果如下圖所示,最大的Von Mises Stress結(jié)果為378.692Mpa,位于下環(huán)板邊沿,超許用應(yīng)力0.9xFy=0.9x355=319.5Mpa的區(qū)域小于一個(gè)單元格,屬于應(yīng)力集中區(qū)域,為可接受范圍,從圖中可以看到,整體應(yīng)力分布較為均勻,受力形式較好。
圖13 內(nèi)測吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖
圖14 內(nèi)測吊點(diǎn)導(dǎo)管架腿應(yīng)力云圖
圖15 內(nèi)測吊點(diǎn)吊點(diǎn)應(yīng)力云圖
圖16 內(nèi)測吊點(diǎn)拉筋應(yīng)力云圖
內(nèi)置吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式下,包括吊點(diǎn),導(dǎo)管架腿和拉筋在內(nèi)的各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度均滿足要求,計(jì)算結(jié)果如表1所示。
表1 內(nèi)置吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果
圖17 外測吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式結(jié)果
外測吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式有限元結(jié)果如下圖所示,最大的Von Mises Stress結(jié)果為1100.37Mpa,位于上環(huán)板, 出現(xiàn)大面積的超許用應(yīng)力0.9xFy=0.9x355=319.5Mpa區(qū)域,主要位于上環(huán)板區(qū)域,拉筋根部區(qū)域,導(dǎo)管腿頂部區(qū)域和下部與吊點(diǎn)的連接處等,這些超許用應(yīng)力區(qū)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)單元格,整體結(jié)構(gòu)受力較差。
圖18 外測吊點(diǎn)導(dǎo)管架腿應(yīng)力云圖
圖19 外測吊點(diǎn)形式吊點(diǎn)應(yīng)力云
圖20 外測吊點(diǎn)形式拉筋應(yīng)力云圖
外置吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式下,包括吊點(diǎn),導(dǎo)管架腿和拉筋在內(nèi)的各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度均不滿足要求,計(jì)算結(jié)果如表2所示。
表2 內(nèi)置吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式各構(gòu)件計(jì)算結(jié)果
(1)導(dǎo)管架兩種吊點(diǎn)的布置形式,外置吊點(diǎn)的布置形式受力較差,內(nèi)置吊點(diǎn)的布置形式較好。
(2)如果考慮結(jié)構(gòu)干涉和海上切割工作量,選擇外置吊點(diǎn)的布置形式,對外置吊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要重點(diǎn)關(guān)注。