分段式吊装撑杆设计

刘 超 李文博 黄山田 黄海滨 李雪松

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

企鹅FPSO 安装集成项目包含多个大小模块的吊装，大部分模块的吊装操作均需要使用德浮3600 吊船并借助吊装撑杆来完成。根据现有资源，巴西FPSO 项目设计的上撑杆可以满足模块吊装的要求，仅需要设计一套能用于大型模块吊装的下撑杆。企鹅FPSO 最大模块吊点间距26.11 米，浮吊船爬杆间距24米，考虑撑杆的通用性及便捷性，下撑杆分三节设计，且截面设计为多孔式，方便快捷调整吊柱间距。企鹅FPSO 上部模块包括F10～U50 及多个较轻的小功能模块（F10，重量在100MT 以下），该撑杆主要用于F20～U40 模块的吊装，模块重量约250MT～1800MT，浮吊船使用的是烟台打捞局的德浮3600。

1 正文

1.1 下撑杆结构形式选取

参照巴西FPSO P67/P70 撑杆设计形式，选取下撑杆为箱形梁式结构形式。考虑撑杆的通用性及便捷性，撑杆分三节设计。对于大型模块及模块吊点跨距较大时，可选用三节撑杆整体吊装，对于质量较轻及吊点跨距较小时，可采用两节撑杆或者单节撑杆吊装。截面设计为多孔式，方便根据不同吊点跨距选择对应孔距吊装。下撑杆截面形式如图1 所示：

图1 下撑杆基本形式图

1.2 下撑杆强度校核

下撑杆整体强度采用SACS 软件进行校核，由于SACS 软件无法校核截面开孔，因此采用ANSYS 软件对截面开孔处进行局部校核。下撑杆的连接处参照Herrma 设计吊耳进行校核。

1.2.1 下撑杆整体强度校核

应用SACS 对不同截面进行撑杆强度校核，撑杆截面形式如图2 所示。选取模块吊装计算最大吊绳力作为撑杆设计载荷，不同截面下SACS 计算结果统计如表1 所示。

表1 中总结了不同材质及不同截面SACS 计算UC 值。

表1 结果表明巴西FPSO P67/P70 撑杆截面形式不适用，查看sacs 计算结果，表明撑杆纵向承受弯矩能力不足，因此考虑增大撑杆高度，具体截面形式如图3 所示。

图2 SACS 计算模型及下撑杆截面形式示意图

表1 下撑杆SACS 计算结果统计

图3 SACS 计算模型及下撑杆截面形式示意图

表2 下撑杆变截面SACS 计算结果统计

由于SACS 无法模拟下撑杆开孔结构，采用ANSYS 对下撑杆进行局部结构校核，校核结果如图4 所示：

图4 ANSYS 计算模型及结果示意图

1.2.2 下撑杆连接处校核

下撑杆连接处参考Heerma 设计吊耳的方法采用MathCAD校核，下撑杆连接处示意图如图5 所示：

图5 下撑杆连接处校核截面示意图（参考Heerma 吊耳设计）

采用900MT 作为输入载荷，提取下撑杆SACS 整体计算连接处的杆件内力，校核结果如表3 所示。

表3 统计结果表明，吊点跨距对连接处弯矩影响较大，较大弯矩值直接影响水平焊缝的强度。因此对撑杆截面参数进行优化，增大撑杆高度，同时适当增大水平焊缝距离，优化后的撑杆连接处强度校核结果如表4 所示：

表3 900MT 设计载荷不同跨距校核连接销轴及连接板结果总结

表4 900MT 设计载荷不同跨距校核连接销轴及连接板结果总结

由表4 统计结果，最终确定下撑杆选用截面尺寸为25000 x 900 x 3000，结构形式如图6 所示：

图6 下撑杆结构形式示意图

2 结论

结合巴西FPSO P67/P70 项目的实际情况，对撑杆设计进行了改进，减少了撑杆整体重量，改变了撑杆设计形式，从使用效率及经济性都有了较大提升，为后续吊装撑杆设计提供了参考和借鉴经验。