1 工程概况

WZ11-1WHPA平台为一座4桩4腿12口槽的井口平台, 平台上部模块尺寸为31 000 mm×33 500 mm×34 500 mm, 如图1, 有4层甲板 (甲板和标高分别为底底层甲板EL (+) 16 500 mm;底层甲板EL (+) 19 500 mm;中层甲板EL (+) 27 500 mm;顶层甲板EL (+) 34 500 mm) , 外加一座35人配置的生活楼, 上部模块理论吊装重量1 916 t (不包括生活楼) , 根据重量控制报告, 上部模块重心偏离平台中心x=3.811 m, y=0.5 m, 如图2。为了确定上部模块比较准确的重心, 合理配置索具, 业主方要求对WZ11-1 WHPA平台上部模块进行陆地现场称重。平台的滑靴间距和布置如图3。

图1 WZ11-1WHPA平台三维模型   下载原图

图2 WZ11-1WHPA平台上部模重心位置   下载原图

图3 WZ11-1WHPA平台上部模块滑靴布置   下载原图

2 称重方案及风险分析

(1) 因WZ11-1WHPA平台上部模块的脚靴和滑靴为直接焊接固定, 称重时需切开, 同时脚靴和腿柱采用卡板方式连接 (图4) , 这样给称重工作带来许多不确定因素, 需要进行方案设计。

图4 WZ11-1WHPA脚靴和滑靴及腿柱连接   下载原图

(2) 建造场地对上部模块的建造通常采用为正造法, 这样通过一层层的空间组对, 腿柱与腿柱之间存在有一定建造预应力, 在腿柱完全割断后可能产生水平位移, 使称重工作存在较大风险。

(3) 脚靴在切断过程中, 当切断余量小于一定数值时可能发生脚靴变形或结构物突然下降, 造成上部模块变形或倒塌。

(4) 在脚靴的切割过程中, 由于空间有限, 脚靴内的气体膨胀易发生气体集中喷发, 烫伤施工人员。

(5) WZ11-1WHPA平台上部模块偏心严重, 4个腿柱受力不均匀, 给布顶工作带来一定的难度, 受力情况见表1。

表1 WZ11-1WHPA平台的4个桩腿受力分布k N     下载原表

3 称重方案的制定

通过以上方案的分析, 结合以前的称重经验, 制定称重方案如下:

(1) 在A2、B2腿柱布置6个250 t的千斤顶, 在A1、B1腿柱布置4个250 t的千斤顶, 千斤顶的布置如图5。

(2) 在滑靴上450 mm位置增加50 mm厚的双层环板, 间距为400 mm, 同时在相应位置增加加强筋板, 双层环板的布置如图6。

(3) 切割位置定于滑靴顶部起50 mm的位置, 采用半自动切割机进行操作。为了保证切割的安全, 应计算出腿柱的切断的最小剩余量, 保证模块不会发生下沉。切割剩余的位置不得与置顶的位置重叠, 以便千斤顶布置完毕后, 进行最后的切割。

图5 千斤顶的布置   下载原图

图6 称重环板布置   下载原图

(4) 预切割完毕后, 立即增加防止腿柱出现过大位移的导向限位板, 导向限位板的增加应避开置放千斤顶的位置, 导向限位板与腿柱的间隙不大于5 mm。

(5) 在完成上述工作后, 开始预切割, 完毕后开始安装调试称重系统, 利用称重系统承担一部分模块重量 (85%~90%) , 然后手工切断余量部分, 将重量全部转移到千斤顶上, 由称重系统将模块平稳下放, 完成脚靴和滑靴连接的全部切割工作。

4 计算分析

针对称重方案的结构局部强度进行计算分析。

4.1 基础数据

滑靴和称重结构新增钢板的材质为GB/T1591—2008《低合金高强度结构钢》[1]的Q345B, 材料的屈服极限强度σs=34.5 k N/cm2。

千斤顶的工作空间高度H=400 mm, 为圆柱形, 外径N=300 mm;面积A=675 cm2, 剪切面积As=b×h=5×45=225 cm2;惯性矩IX=218 906 cm4。

根据支点反力和千斤顶的布置可知, 力最大出现在B2支点下, 该支点力P=7 118 k N (表1) , 千斤顶数量为6, 千斤顶与环板的尺寸如图7。

图7 千斤顶与环板的尺寸   下载原图

单个千斤顶的最大受力:

考虑1.5的经验安全系数, 弯矩M=1.5M1=55 164 k N·cm, 力P2=1.5P1=1 779 k N。

4.2 弯屈应力校核

根据AISC.F1-1[2]:

弯曲应力满足要求。

4.3 剪切应力校核

根据AISC.F4-1[3]:

剪切应力满足要求。

4.4 滑靴筋板应力校核

筋板与环板的尺寸, 如图8。

图8 筋板与环板尺寸   下载原图

式中:tw为滑靴筋板厚度, cm;N为千斤顶直径, cm;k为滑靴顶板厚度, cm。

根据AISC.F1-1:

局部应力满足要求。

5 称重步骤

组对称重用的环板和加强板, 需要细化组装顺序, 避免造成焊接困难。自动切割脚靴至剩余量 (指定位置、指定高度) 的位置避开布置千斤顶的区域。组对用于防止水平位移的导向板 (只与滑靴侧焊接) 间隙在5 mm以内[4]。

(1) 安装千斤顶并调试称重系统。

(2) 利用称重系统承担85%~90%的模块重量。

(3) 用手工切断剩余部分, 模块重量将全部转移到千斤顶上。

(4) 称重系统将模块平稳下放, 完成重量转移。

(5) 称重系统开始工作, 显示模块重量。取5次结果做平均值, 完成称重测量。

(6) 称重结束, 将导向板与脚靴焊接固定, 切割开环缝用气刨刨开坡口焊接完成, 称重工作全部结束。称重后滑靴和脚靴的连接如图9。

图9 称重结束后滑靴和脚靴的连接   下载原图

6 结语

通过实践证明, 经过精心的方案设计和相应的结构强度计算, 可以避免一些潜在的风险因素。