弃置拆除的海洋结构物运输固定方法分析

韩敬艳

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

从2011年曹妃甸1-6油田国内首例导管架拆除、2015年曹妃甸11-1/11-2油田国内首例单点（YOKE）拆除，到2016年埕北油田储罐及导管架帽拆除、海洋石油102单点（YOKE）拆除，2017年渤中25-1明珠号单点（YOKE）弃置、泰国湾组块拆除，无一例外都是整体吊装拆除、整体装船固定并运输至目的地。这些平台及单点（YOKE）结构形式不同，装船固定的方式也不同。本文详细论述了弃置拆除的海洋结构物装船固定的方式、方法及思路。

1 装船固定设计流程

装船固定是一个非常复杂的设计，装船固定设计是整体设计计算中非常重要的一环，主要包含装船布置、甲板强度的计算、附属结构的计算等内容，具体设计流程如图1所示。

装船固定的方式和驳船上的位置直接影响了运输分析和稳性分析，其中运输计算和稳性计算的结果又将作为装船固定计算的基础数据。

2 装船固定设计具体内容

2.1 驳船上布局

装船固定中通常先要确定装船固定的整体方式及驳船上的布局，作为整体设计计算的依据。待目标驳船确定后，根据驳船具体结构形式，初步确定弃置拆除物在驳船上的摆放位置。摆放的原则：尽量将垫墩等支撑物放置在舱壁或主梁下，沿船的中轴线对称放置。如果驳船不能调载，布置时则需要尽量将组块的重心置于船的中轴线上，后期通过配重的方式调平。

弃置拆除物运输项目一般对驳船的集中承载力要求很高，即要求驳船梁结构的强度更高。所以项目选取驳船时，需要通过ANSYS软件单独校核驳船的局部强度，而不能仅通过甲板承载力来判断驳船运输能力的强弱。

图1 装船固定设计流程

2.2 装船固定方式

2.2.1 垫墩支撑

垫墩是弃置项目在装船固定中最常用的支撑物。根据其形式大致分为两种：一种是用于支撑单点等特殊结构的垫墩，见图2；另一种是用于支撑导管架和组块等规则结构的垫墩，见图3。

图2 单点 （YOKE）拆除用垫墩形式

图3 组块及导管架拆除用垫墩形式

2.2.2 筋板固定

常见的装船固定方式见图4，通过三层筋板将结构物主腿与垫墩脚靴、垫墩脚靴与垫墩平面、垫墩与船舶甲板固定连接起来。

图4 常见的装船筋板固定方式

2.2.3 抬梁固定

通常设计装船固定方式时还要充分考虑到卸船的方式，如泰国组块拆除项目中利用运输小车的方式卸船（见图5），而运输小车一般需要支撑在抬梁上。在综合考虑支撑物的高度、长度等关键因素后，需要选择适合的抬梁进行装船固定，以方便卸船（见图6）。

2.报表填报不规范问题。一是建议加强教育主管部门与财政部门、财政业务部门与预算编审部门之间沟通，以便在预算下达时就能保持口径一致，避免高校财务人员凭职业判断来填报。二是建议主管部门每年编制完决算报表后，组织编报者进行学习总结，指出不规范的地方及其原因，防止在下一年度会计核算中重复出错。三是建议建立决算报表员交流平台，就如何提高决算报表质量、报表数据分析应用等相关情况展开经验讨论，有利于统一和提升业务能力、操作技能。

图5 利用运输小车卸船

图6 增加抬梁的装船固定方式

2.2.4 临时支撑固定

当弃置拆除结构物质量较大，筋板固定仍不能满足结构物固定的要求时，装船固定还应增加临时支撑。临时支撑为连接结构物主要构件和船舶甲板的管材，支撑两端可以为包板或管插板，YOKE压载舱装船固定的方式见图7。弃置拆除项目装船固定的大部分工作是需要海上安装的，而斜撑中的马鞍口会造成海上施工困难，因此一般尽量少使用斜撑。

图7 曹妃甸单点弃置项目YOKE压载舱装船固定的方式

2.2.5 边挡固定

对于钢桩、隔水套管、海底管道等重量分布均匀的小型货物，其主要采用边挡的装船固定方式，边挡一般采用H型钢。如曹妃甸单点拆除项目对YOKE臂与YOKE压载舱采用两种不同的装船固定方式，YOKE压载舱采用的垫墩加临时支撑的方式进行固定，而YOKE臂则由于重量较轻，采用的是枕木加边挡的方式进行固定，见图8。

图8 YOKE臂边挡固定的装船固定方式

3 装船固定计算

3.1 垫墩等支撑物的强度计算

垫墩等支撑物的强度计算一般使用ANSYS有限元软件，既可对支撑物单独计算，也可将其与驳船一起计算。若单独计算，建模时需要将用于固定连接的筋板与支撑物一起考虑，如图9所示。计算过程中按照实际受力情况进行模拟加载，通常垫墩等支撑物计算的原始数据需要从结构物运输计算中提取。

图9 垫墩的ANSYS计算模型

3.2 固定筋板的计算

校核固定筋板强度时[1]，一般不再采用软件而是直接使用经典力学的公式。通常筋板的校核要包括轴向拉应力或压应力、水平剪切应力、垂向剪切应力、弯曲应力和压弯组合等强度计算。筋板的连接通常采用焊接，故计算中也要考虑焊缝的校核。

3.3 临时支撑的计算

计算临时支撑固定时[2]，可以根据临时支撑的实际情况应用SACS软件在结构物运输模型中直接模拟，根据运输结构强度的计算结果，校核临时支撑的强度是否满足要求。虽然规范中规定因设计环境条件引起的侧向力和垂直力所产生的应力，相应的基本容许应力可以增加1/3，但用于装船固定的临时支撑时，其允许应力值不考虑1/3的增量。

3.4 固定边挡的计算

固定边挡所承受的载荷组合有两种方式：横摇+升沉+结构自重和纵摇+升沉+结构自重[3]。进行边挡校核时，对于横向边挡校核是将横向边档模拟为SACS模型，运用SACS软件进行分析计算；对于纵向边挡校核，需要计算钢桩与垫木或工字钢之间的摩擦力F，然后比较纵向惯性力FL和摩擦力F的大小。摩擦力F的计算公式为：

式中：W为货物自重，kN；θ为纵摇振幅，rad；μ为静摩擦力系数。

3.5 焊缝强度校核

筋板焊接通常会根据其厚度而采用贴角焊或坡口焊方式[4]。坡口焊焊缝是全熔透的焊接形式，其焊缝强度可不必校核；贴角焊的焊缝强度校核与筋板相同，贴角焊的最小焊脚高度参见表1。

表1 贴脚焊的最小焊脚尺寸/mm

若工程中使用的焊缝高度与表2不符，可用如下公式进行强度计算：

式中： fsw=f/Aw，其中f为焊缝承受的拉力或压力，N；Aw为焊缝的有效面积，Aw=0.707 1 L h（L为焊缝长度，m；h为焊缝高度，m），m2；Fy为钢材的许用应力值，N/m2。

3.6 驳船强度计算

任何一种装船固定方式都需要船舶做基础。弃置拆除项目基本上都使用驳船进行运输，驳船的甲板强度成为很多布置方式的制约因素。一般安装项目的计算中偏重于结构物的安全，而弃置拆除项目中因为结构物为弃置物，计算中更关注船舶的安全。

驳船强度计算一般都使用ANSYS软件进行详细计算分析。根据被承载物在驳船上的位置确定所建模型的区域。如果是完全对称的摆放，一般只建立船模型的一半即可，将垫墩及筋板建在驳船上，如图10所示，其余承载物均以脚印的形式进行加载。

驳船甲板局部强度计算中，驳船强度校核参考的规范与船舶的入级地点相关。如果驳船入级的是CCS（中国船级社）,一般采用指导性文件 GD 05-2004《双弦侧散货船结构强度直接设计指南》作为校核的依据。如果是ABS（美国船级社） 或DNV（挪威船级社）入级的船舶，则需要参考相关入级规范作为校核依据。

图10 垫墩在驳船上的整体模型示意

4 结束语

综上所述，弃置拆除项目是一个新兴的产业，不能简单看作是安装项目的逆过程。与安装项目相比，原有结构的强度已经发生了折减，而且弃置拆除项目的装船固定更关注自有设备的安全；且装船固定的主要工作都在海上进行，施工难度大大增加。如何合理安全地进行装船固定，是弃置拆除项目的难点之一，需要根据项目实际情况深入研究。