驳船装载大型海洋平台工况下总纵及局部强度分析

^ ^ ^ H 4. A驳船装载大型海洋平台工况下总纵及局部强度 分析

秦立成

海洋石油工程股份有限公司，天津300461

doi:10.3969/j.issn.1001 -2206.2018.02.008

摘要#系统阐述了海洋平台装船时船体总纵强度及局部强度计算流程，对驳船的模型建立、有限元网格划 分、材料单元选取、装船载荷工况进行了详绌的研究。结合某典型海洋平台装船工程，在综合考虑多种载荷工 况组合下进行了“海洋石油228”船的总纵强度分析、局部强度分析。使用接触单元高效地模似了装船过程， 通过分析“海洋石油228”船体的总纵强度 关键词'工程驳船；总纵强度；有限元分析

载

驳船的

力，以满足工程需要。

Analysis on global longitudinal strength and local strength of barge during load-out of offshore platform

QIN Licheng

〇干fshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300461, China

Abstract: The analysis procedure of global longitudinal strength and local strength of the barge during load-out of the off­shore platform is systematically stated. The barge model establishment，finite element meshing，material element selec­ the global longitudinal tion and load case are studied in detail. Combined with the load-out of a typical offshore platform，

strength analysis and local strength analysis of “ HAIYANGSHIYOU 228” barge are carried out considering various load-out cases. By using contact element, the load-out process can be simulated effectively. By analyzing the globallon- gitudinal strength of “ HAIYANGSHIYOU 228”，the barge ballasting and de-ballasting procedures are optimized so as to reduce the bending moment and shear force of the barge and meet the engineering requirements.Keywords： engineering barge; longitudinal strength; finite element analysis

随 的

海洋平台 型部模

海洋平台的 海洋平台的 台在地建 装。海洋平台

的接 装

洋平台部分 了

靠的特点[1-4]。

工

多的油

、综合

的终位置的

平台

此在 驳船滑道

平进行安

逐步 驳船上的，因

以确保

程要结合驳船调载、潮汐变

装

3 船 地

海油 了r 3-1”写

t。多

地滑道高差满足规范要求。在装载程

既要对驳船进行载 又要控制好装载速度 样防止码头或船体局部受力 保证或船体力在许用范围内，综 。

装船

一

工

驳船

述，对船体进行总

的关键环

纵强度分析局部强度分析滑装船

装 海

连续的过程，因此要按照装船步骤

一

及 的 在1 000 t

装船

用高

用滑

计算每步的船体总纵强度，尽在船中、船首、船尾

都适布置些调载1室，避免选用处 载。如果调载1室选择不合理，容易造成船体总纵强度

甚至发生局部挎塌事故，需要新选择合理的驳 船1室

载或载

新

总纵强度 的

公式 有

满足使用，进一步研

规范要求止。常用的行规范常考虑船体在航 行程的总纵强度，有 而对于装载工况下的总纵强度

拖拉式进行装船，该方式具有操作简单、安全可 滑装船用拖拉设备将海洋平台从建 拉驳船的最终位置

常

拖

用拉力千斤顶、绞车

或小车装船。装船过程中海洋平台是逐步拖拉到驳船

2018 年 4 月

秦立成：驳船装载大型海洋平台工况下总纵及局部强度分析

海洋工程

1

，

地

究，国内没有相关的报道。本文结合具体工程顶目进 一步探讨研究了装船工况下的总纵强度和局部强度， 保证了装载过程的安全。

地滑道上，船上滑道2.03 m，整个上船过程分为11 步，每一步的上船

的最 ，在 装船船体最

6.74 m，最大11.5 m。组块分布到驳船上的重量根 据滑靴 到船上的 ，在 过程中分为3个 工况一， 全部的载， 船舶纵向首倾或尾倾300 mm;其二，在拖拉时的摩擦

0.2

的1.15

。

上

， 于滑道 平， 3个本工况，为了

船体地滑道

全部上船，

载

1装船载荷工况

本文以某海洋平台的装载为例。此平台有8腿支 撑，位于4个长滑靴上，为一典型平台结构，在中海 油完成的19座浮托安装的平台中此类型平台有16 座，此平台质量11 212 (，建造完成后采用浮托法运 至现场安装，建造地点在

建造场地2

滑道，装

船采用4 在滑靴上的 地滑道到驳船滑道，并最终就位于“海洋油228™ 船，

1

。

在2.49 m高的陆

工量，本文只组合出每步的最 的强度，中工况1~工况11为滑靴

到船上滑道，工况9~工况11为滑靴 其最

2。

图1

表1

步1234567891011

拖拉时滑靴前沿距离码头的距离

描

A9A1轴滑靴前沿跨过码头A9A1轴滑靴前沿跨过码头A9A1轴滑靴前沿跨过码头A9A1轴滑靴前沿跨过码头A9A1轴滑靴前沿跨过码头B9B1轴滑靴前沿跨过码头B9B1轴滑靴前沿跨过码头B9B1轴滑靴前沿跨过码头B9B1轴滑靴前沿跨过码头B9B1轴滑靴前沿跨过码头B9B1轴滑靴前

过

，最终就位

/m3.6997.08611.71416.0003.8008.01412.00016.00026.81450.500106.300

拖拉方向

表2位置Row A1/2.1Row A1/3.1Row A/2.1Row A/3.1Row B/2.1Row B/3.1Row B1/2.1Row B1/3.1Row A1/2.1Row A1/3.1Row A/2.1Row A/3.1Row B/2.1Row B/3.1Row B1/2.1Row B1/3.1

拖拉工况滑靴支腿的最大支反力

最

/ (9.81 kN )2 102.92 828.02 569.03 379.42 717.53 817.62 444.33 156.2572.41 057.82 112.91 391.92 220.51 500.31 310.9832.0

2总纵强度分析_______________________总纵强度 滑装船 的平台质量、船 ， 下的载 为

， 船 船 船长

，在

和

，在的量、

和

船，其浮托能力最大为16 000 X 9.81 kN， 载货能力 为57 784 X9.81 kN，其主要参_表3。在整个拖_程中，把载过程对船的作用

中去。表4给了 _同 下的最

到

和剪力

和 。

35

，上的载荷取为 ， 2。 海洋

油228™为人非自航18 000 (导管架下水T型

第44卷第2期

^■海洋工程/& A *技4设

将其产生的载荷施加到船体模型上。在进行建模时， 其上构件分为主要构件和次要构件。主要构件包括船 体弦侧外板、甲板、纵{壁、横{壁、桁材，t 船体的体结构到主要用， 体应力的分，在进行船结构 按照真实情进行模似。此外， 结构

要

{壁纵，都

体和分析时都必须 纵

在驳船在总纵 船体的强 、 的 。为计

，，

，如甲板纵、弦侧纵、纵到要用，其

上所的构件，在建立有限元到

为

构件 的。

的结构分析模型，£

驳船外板和{壁等 元，

和计 元： 、

板力，|船

的

和 ， 为 有

弯用

计 的如

和

用，如桁材、板上所 结构的体

的

表3 海洋石油228驳船参数参数顶船长/ m型宽/(mxm)

型深/ m船上滑道高度/m装船吃水/m

静水弯矩/ (9.81 kNTn)静水剪力/ (9.81kN)

参数值18052.5x3612.752.0036.74〜11.5-416 327〜425 000-14411〜14411

弯矩的用。 。次要构件 加的

材

，

模型时都必须按照真实情模似，真实

在有限元计

的， 在 纵 计

计

， ，用了

为 结构， 体结构 力 元SHELL181,其

内和

上有4

CONTA174,

个主要构件真实地模U

如表4所示：在最小吃水6.74 m (第6步） 时，最大弯矩为-310 988.0 x 9.81 kN.m，达到许 用值的74.7%，最大剪力为7 371.3x9.81 kN，达到 许用值的51.1%;在最大吃水11.5 m (第11步） 时，最大弯矩为-115 351.0 x9.81 kN.m，达到许 用值的38.6%，最大剪力为-3 500.6x9.81 kN，达 到许用值的24.2%，分析结果表明弯矩和剪力都在 “海洋石油228”船的设计许用范围内。

， 用ANSYS 元

载荷的

； 用

元， 元在

元TARGE170和

和滑靴在拖拉过

元模似

程中的相互用。3.1有限元模型的建立

基上两种单元和船体结构的力 了“海洋石油228”船体的

，建立

3局部强度分析

为了模似装载过程，需要建立驳船有限元模型，

表4

最小吃水6.74 m时剪力和弯矩数值

有限元模型，见图

不同吃水下的最大弯矩和剪力值

最大吃水11.5 m时剪力和弯矩数值

最大剪力

许用值/°%。51.150.850.849.949.949.848.247.447.542.047.9

最大弯矩/ (9.81 kN-m)-28 627.3-33 190.4-33 726.9-47 609.3-49 507.9-51 047.036 441.036 442.936 568.555 029.2-115 351.0

最大弯矩 许用值/°%。12.414.414.622.122.923.78.58.58.612.938.6

最大剪力/ (9.81 kN )-1 854.6-1 894.3-1 899.02 238.42 315.92 473.1-1 639.8-1 639.5-1 637.7-3 391.2-3 500.6

最大剪力

许用值/°%。13.413.713.715.516.017.111.311.311.323.524.2

装载工况1234567891011

最大弯矩/ (9.81 kN-m)-295 028.0-298 306.0-298 688.0-308 662.0-309 906.0-310 988.0-277 258.0-277 261.0-277 109.0-256 186.0-115351.0

最大弯矩 许用值/°%。70.871.671.774.174.474.766.666.666.561.538.6

最大剪力 (9.81 kN)7 371.37 330.77 326.67 202.77 190.77 178.06911.16 807.06 809.16 022.8-4 925.3

36 2018 年 4 月

秦立成：驳船装载大型海洋平台工况下总纵及局部强度分析

海洋工程M

3。

由于滑道与船体固结在一起，对船体强度产生了

不可忽视的影响，故对滑道进行精确建模一一作为整 体模型的一部分。这些单元具有相同的自由度，能产 生变形协调的情况。船体结枸中所有的板材，包括甲 板

e

底板

e g

侧外板

e

纵脸壁板

e

横脸壁板和首尾封

板等，它们既承受横向载荷，又承受面内载荷，用板 单元SHELL181，

中船体中的

和横结枸用

SHELL&8&

单元

< 部的

道

用SHELL181单

元建模。

道与

了

面连

，利用

单元模似滑道和滑靴在拖拉过程中的相

互作用，

4。

图3驳船局部有限元模型

船体结枸强度

20+2)

定

165,

钢材密度取为

7.85x 103 kg/m3,

船体钢材的弹

性模量取为

2.06x 105MPa。

许用应力程度选用

Von

mises应

力，其表达式为：

!e H y!l + !2+ !3_ (!1!2 + !2!3 + !3!1 ) < fj在船体结强度

中，面

的枸

用相

的用程度，应力可按下式

确

式中：分为平面

结一在j向的

\"$j为面

结

一

的剪应力。 的枸件按最大！ee

!1e

!2e !3拉e

确定。！ee

!1 e !2e !3分

为米塞

e 一

e

e

。

3.3网格划分与载荷

为结枸模型

，为了于建模且提高计

精度，有元

模型分为部分：船体模型和滑

道、

模型。利用

ANSYS有元

有的

能， 道

和

船

的

拖拉

置，利用接触单元这部分模型合并成为

况

11

的有元模型。在

中

，

为了于

模型底部面进行了 U$，Uj和U%3个

向

的

，拖拉的一

情况

的

分施加载荷，k

内压载水和船体外部

水施加线性压力直接施加在模型上。见图

5〜

6。

图6典型拖拉工况约束情况

3.4结果分析

述列出的

载荷情况，

各载荷工况在船甲板上的

进行加载。在

中，考虑到计

中载荷相对于船体

的不同，在这

11沖载荷

况

，得出了各自对应工况船体的总体Von mises

和变形

e船体内部结的

Von mises应

力和变

形，

结果 5。

本文的

结果是线形静态结果，在

装

船

*

日寸，主甲板的

变形为*.99 mm <尾部纵k壁的

Von mises

为 295.56MPa 7) < 此处的

是热

，去除后

为

210.9* MPa<

横舱壁的

Von mises

为

1*9.85 MPa (

*) <此处的

是热

，去除后

为161.13MPa，忽

略热后都满足许用值

，1

大

UC值0.98,满

足此次装载要求。

第44卷第2期37 |

^■海洋工程

/& A *技4设

表5

装船工况下船体局部应力值拖拉热点最大用况

驳船结构应力应力应力最大

/MPa/MPa/MPaUC结论主甲板

23.2323.23220.50.11OK工况1

尾部纵89.4989.49220.50.41OK尾部 壁

35.8935.89164.50.22OK主甲板

32.1732.17220.50.15OK工况2

尾部纵舱壁70.1470.14220.50.32OK尾部 壁82.5082.50164.50.50OK主甲板

38.6638.66220.50.18OK工况3

尾部纵93.8793.87220.50.43OK尾部 壁152.58152.58164.50.93OK主甲板

45.62

45.62220.50.21OK工况4

尾部）尺舱壁112.66112.66220.50.51OK尾部横舱壁157.41157.41164.50.96OK主甲板

67.8967.89220.50.31OK工况5尾部纵97.4797.47220.50.44OK尾部 壁

188.61156.76164.50.95OK主甲板

42.5942.59220.50.19OK工况6尾部）尺舱壁78.1178.11220.50.35OK尾部横舱壁155.30155.30164.50.94OK主甲板

48.8148.81220.50.22OK工况7尾部纵118.36118.36220.50.54OK尾部 壁

191.96159.21164.50.97OK主甲板

97.77

97.77220.50.44OK工况8尾部）尺舱壁295.56210.98220.50.96OK尾部横舱壁

189.85161.13164.50.98OK工况9

主甲板44.9844.98220.50.20OK尾部 壁

124.59124.59164.50.76OK工况10

主甲板11.5411.54220.50.05OK尾部 壁

73.6073.60164.50.45OK工况11

主甲板33.9233.92220.50.15OK尾部

壁

67.77

67.77

164.5

0.41

OK

.344042

!95.556

.344042 65.947 131.549 197.152 262.755

33.145 98.748 164.351 229.953 295.556

图7尾部纵舱壁Von mises应力/—Pa

4结束语

“海洋石油228”船总纵强度分析结果表明：

在总纵强度满足要求的情况下，通过对驳船的模

I 38 2018 年 4 月

.136E-03 42.19 84.38 126.569 168.759

21.095 63.285 105.474 147.664 189.854

图8尾部横舱壁Von mises应力/—Pa

型建立、材料单元选取、有限元网格划分和载荷 施加进行分析，特别是接触单元的使用，能够高 效地进行模似拖拉位置变动后的有限元分析，避 免了重复建立模型，提高了计算效率；根据数值 分析结果来优化调载方案， 驳船的

1

和 ， 使驳船强度满足使用要求 用结果表明， 船的总纵强度和局部强度都

满足规范要求。

参考文献

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作者简介，

秦立成（1980-)，男，山东临沂人，高级工程师，2007年毕业

石油

，

，

海洋

计

作。Email: qinlicheng@163.com

收稿日期：2017-11-16;修回日期：2018-02-10