模块拖拉临时锚点设计

李树来

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

模块拖拉临时锚点设计

李树来

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

海洋工程钢结构模块建造完成后，需要拖拉至码头前沿。拖拉工作需要在码头前方有两个锚点，用来固定定滑轮组。在烟台某模块建造场地，由于场地规划时未在前方设计固定锚点，因此需要设置临时锚点。文章简要介绍了一种L型临时锚点的设计方法。通过受力分析和强度校核，能够设计出满足拖拉装船强度要求的临时锚点。

拖拉装船；锚点；临时

0 引言

海洋工程钢结构模块一般是在配有滑道和码头的场地上进行建造。建造完成后再装船并运输到海上进行安装。模块装船的方式一般有两种，一种是用浮吊吊装上船，另一种是通过绞车牵引装船。由于牵引装船不需要大型的浮吊资源，更加经济和高效，因此被广泛采用。牵引装船的一般做法是，将装载驳船上的滑道与场地码头上的滑道对齐调平，运用牵引系统将模块拖拉至驳船上[1]。

模块的牵引系统包括绞车、滑轮组、钢丝绳等，同时还需要在码头前方有固定滑轮组的锚点。对于前方锚点，应尽量直接利用码头前方预埋的锚点，但是有些建造场地没有预埋锚点，或预埋锚点数量不足，有些预埋锚点位置用不上，这时就需要设计制造临时锚点。

1 结构特点

L型临时锚点的结构形式如图1所示，在使用时，一边紧贴码头的侧面，一边平行于滑道放置于滑道之上，其上设有吊点，通过卸扣与定滑轮相连。在设计锚点之前，首先要确定拖拉时顶滑轮给锚点的最大拉力。这个拉力可以选取场地以往承揽的最大的模块牵引时对前方锚点的拉力。设计锚点时除了要保证锚点有足够的强度不会被拉坏，减少锚点对码头侧面的压强，防止码头被抓坏，还要避免锚点在受力后飞出。

2 受力分析

锚点的作用是固定定滑轮，模块牵引过程中锚点的受力形式如图1所示（锚点自身的重力忽略不计）。图中，P为牵引力，大小由牵引的模块决定，是个固定值；N为滑道对锚点的支撑力；f为码头侧面对锚点的匀布支撑力；t为码头侧面对锚点的匀布摩擦力。

设定T为摩擦力的总和，M为锚点受力后使锚点飞出的力矩。根据力的平衡原理[2]，可以得到：

以O点为轴，根据力矩的平衡原理，可以得到：

由以上的方程可以得出：

以上方程中，P是由牵引的模块决定的，设计时取最大值Pmax，T是摩擦力的总和，最大静摩擦力是只与压力和摩擦系数有关的，确定了Pmax，最大静摩擦力Tmax也就确定了，H3为吊点孔高度，一般选取定滑轮轴线的高度即可。由以上方程可以看出，为减小锚点对码头的压力，就需增大锚点与码头侧面的接触面积H2·W，但是增大H2的同时也会增加飞出力矩，因此H2并不是越大越好，而增大L2可以增加锚点抗飞出的力矩。

假定码头的抗压能力为fmax，因此，为防止码头被抓坏，需满足以下方程：

为防止受力后锚点飞出，应满足以下方程：

因此，在设计一个锚点时，首先确定它能承受的最大拉力Pmax，及码头侧面的极限抗压能力fmax，再根据以上方程确定剩下的参数，最后还要选取合适的板厚和材质，以及截面的特性，使结构的强度满足要求，并对吊点强度和结构整体强度进行校核。

3 锚点设计实例

通过具体的实例，来进行锚点的设计。假定要设计一个200 t的锚点，即能提供2 000 kN的拉力，码头的抗压能力为20 MPa，所用木材与码头的摩擦系数取0.3。由此可以得出：

为使码头不被抓坏：

为使锚点受力后不会飞出，飞出力矩的总和为：

取H2=1 m，H3=0.5 m，W=1 m，L2=4 m，代入上式均可满足要求。

确定了锚点结构的主要尺寸，然后选定钢板的厚度和材质，最后对锚点进行强度校核以确定选取的板规格、材质是否可行。

锚点的强度校核可以通过有限元分析软件ANSYS进行，通过建立模型，计算锚点的最大应力和变形。ANSYS软件是国内外较为流行的大型通用商业有限元分析软件，利用软件中的静力分析模块进行分析。分析的过程是先建立模型，施加约束和载荷，再进行网格的划分，最后进行计算和结果输出。

选取SHELL63壳单元建立模型，SHELL63称为4节点弹性壳单元，具有弯曲和膜特性，能够承受面内和法向载荷，该单元的每个节点有6个自由度，即沿节点坐标系x、y和z方向的平动位移和绕各轴的转动位移[3]。

施加约束和载荷，对与滑道平行放置于滑道上的面进行三个轴向的位移约束，对紧贴滑道侧面的面施加匀布力，力的总和为2 000 kN。进行网格划分，并运行计算。计算结果如图2和图3所示。

通过选取不同的钢材，反复计算和校核使设计的锚点结构更简单，经济性更好，以达到最佳的设计方案。

4 结论

通过受力分析和强度校核，能够设计出满足拖拉装船强度要求的临时锚点。临时锚点可以反复利用，但是由于锚点每次拖拉都要受到很大的载荷，因此在重复利用前需要对结构进行无损检验，以保证施工的安全。

[1]咸泰洪.海洋石油结构模块拖拉装船和海上安装[J].中国修船, 2010,23(3): 50-53.

[2]范钦珊, 唐静静.工程力学[M].北京: 高等教育出版社, 2007.

[3]王新敏, 李义强, 许宏伟.ANSYS结构分析单元与应用[M].北京: 人民交通出版社, 2011.

Temporary Anchor Design for Dragging Modules

Li Shulai
(CNOOC Enertech Equipment Technology Co., Ltd., Tianjin 300452, China)

The offshore steel structure modules need to be dragged to the front of yard after finishing the construction.For the carrying work, there must have two anchor points which are used to fasten the fixed pulley.A module construction site in Yantai has no anchor point assembled in design.Therefore, it is necessary to arrange temporary anchor points.The paper introduces a design method of the temporary L-shape anchor point.Through the force analysis and strength check, the temporary anchor point meeting the dragging and loadout strength requirements can be designed successfully.

dragging loadout; anchor point; temporary

P751

A

10.14141/j.31-1981.2017.01.010

李树来（1982—），男，工程师，研究方向：海洋石油工程加工设计及技术管理。