1 工程概況
WZ11-1WHPA平臺為一座4樁4腿12口槽的井口平臺, 平臺上部模塊尺寸為31 000 mm×33 500 mm×34 500 mm, 如圖1, 有4層甲板 (甲板和標高分別為底底層甲板EL (+) 16 500 mm;底層甲板EL (+) 19 500 mm;中層甲板EL (+) 27 500 mm;頂層甲板EL (+) 34 500 mm) , 外加一座35人配置的生活樓, 上部模塊理論吊裝重量1 916 t (不包括生活樓) , 根據重量控制報告, 上部模塊重心偏離平臺中心x=3.811 m, y=0.5 m, 如圖2。為了確定上部模塊比較準確的重心, 合理配置索具, 業主方要求對WZ11-1 WHPA平臺上部模塊進行陸地現場稱重。平臺的滑靴間距和布置如圖3。
圖1 WZ11-1WHPA平臺三維模型 下載原圖
圖2 WZ11-1WHPA平臺上部模重心位置 下載原圖
圖3 WZ11-1WHPA平臺上部模塊滑靴布置 下載原圖
2 稱重方案及風險分析
(1) 因WZ11-1WHPA平臺上部模塊的腳靴和滑靴為直接焊接固定, 稱重時需切開, 同時腳靴和腿柱采用卡板方式連接 (圖4) , 這樣給稱重工作帶來許多不確定因素, 需要進行方案設計。
圖4 WZ11-1WHPA腳靴和滑靴及腿柱連接 下載原圖
(2) 建造場地對上部模塊的建造通常采用為正造法, 這樣通過一層層的空間組對, 腿柱與腿柱之間存在有一定建造預應力, 在腿柱完全割斷后可能產生水平位移, 使稱重工作存在較大風險。
(3) 腳靴在切斷過程中, 當切斷余量小于一定數值時可能發生腳靴變形或結構物突然下降, 造成上部模塊變形或倒塌。
(4) 在腳靴的切割過程中, 由于空間有限, 腳靴內的氣體膨脹易發生氣體集中噴發, 燙傷施工人員。
(5) WZ11-1WHPA平臺上部模塊偏心嚴重, 4個腿柱受力不均勻, 給布頂工作帶來一定的難度, 受力情況見表1。
表1 WZ11-1WHPA平臺的4個樁腿受力分布k N 下載原表
3 稱重方案的制定
通過以上方案的分析, 結合以前的稱重經驗, 制定稱重方案如下:
(1) 在A2、B2腿柱布置6個250 t的千斤頂, 在A1、B1腿柱布置4個250 t的千斤頂, 千斤頂的布置如圖5。
(2) 在滑靴上450 mm位置增加50 mm厚的雙層環板, 間距為400 mm, 同時在相應位置增加加強筋板, 雙層環板的布置如圖6。
(3) 切割位置定于滑靴頂部起50 mm的位置, 采用半自動切割機進行操作。為了保證切割的安全, 應計算出腿柱的切斷的最小剩余量, 保證模塊不會發生下沉。切割剩余的位置不得與置頂的位置重疊, 以便千斤頂布置完畢后, 進行最后的切割。
圖5 千斤頂的布置 下載原圖
圖6 稱重環板布置 下載原圖
(4) 預切割完畢后, 立即增加防止腿柱出現過大位移的導向限位板, 導向限位板的增加應避開置放千斤頂的位置, 導向限位板與腿柱的間隙不大于5 mm。
(5) 在完成上述工作后, 開始預切割, 完畢后開始安裝調試稱重系統, 利用稱重系統承擔一部分模塊重量 (85%~90%) , 然后手工切斷余量部分, 將重量全部轉移到千斤頂上, 由稱重系統將模塊平穩下放, 完成腳靴和滑靴連接的全部切割工作。
4 計算分析
針對稱重方案的結構局部強度進行計算分析。
4.1 基礎數據
滑靴和稱重結構新增鋼板的材質為GB/T1591—2008《低合金高強度結構鋼》[1]的Q345B, 材料的屈服極限強度σs=34.5 k N/cm2。
千斤頂的工作空間高度H=400 mm, 為圓柱形, 外徑N=300 mm;面積A=675 cm2, 剪切面積As=b×h=5×45=225 cm2;慣性矩IX=218 906 cm4。
根據支點反力和千斤頂的布置可知, 力最大出現在B2支點下, 該支點力P=7 118 k N (表1) , 千斤頂數量為6, 千斤頂與環板的尺寸如圖7。
圖7 千斤頂與環板的尺寸 下載原圖
單個千斤頂的最大受力:
考慮1.5的經驗安全系數, 彎矩M=1.5M1=55 164 k N·cm, 力P2=1.5P1=1 779 k N。
4.2 彎屈應力校核
根據AISC.F1-1[2]:
彎曲應力滿足要求。
4.3 剪切應力校核
根據AISC.F4-1[3]:
剪切應力滿足要求。
4.4 滑靴筋板應力校核
筋板與環板的尺寸, 如圖8。
圖8 筋板與環板尺寸 下載原圖
式中:tw為滑靴筋板厚度, cm;N為千斤頂直徑, cm;k為滑靴頂板厚度, cm。
根據AISC.F1-1:
局部應力滿足要求。
5 稱重步驟
組對稱重用的環板和加強板, 需要細化組裝順序, 避免造成焊接困難。自動切割腳靴至剩余量 (指定位置、指定高度) 的位置避開布置千斤頂的區域。組對用于防止水平位移的導向板 (只與滑靴側焊接) 間隙在5 mm以內[4]。
(1) 安裝千斤頂并調試稱重系統。
(2) 利用稱重系統承擔85%~90%的模塊重量。
(3) 用手工切斷剩余部分, 模塊重量將全部轉移到千斤頂上。
(4) 稱重系統將模塊平穩下放, 完成重量轉移。
(5) 稱重系統開始工作, 顯示模塊重量。取5次結果做平均值, 完成稱重測量。
(6) 稱重結束, 將導向板與腳靴焊接固定, 切割開環縫用氣刨刨開坡口焊接完成, 稱重工作全部結束。稱重后滑靴和腳靴的連接如圖9。
圖9 稱重結束后滑靴和腳靴的連接 下載原圖
6 結語
通過實踐證明, 經過精心的方案設計和相應的結構強度計算, 可以避免一些潛在的風險因素。