大型结构物吊装索具计算分析

李 鹭*

（海洋石油工程股份有限公司）

0 引言

海上油气平台建设是保证海洋汽油资源开发的基础。平台的海上安装、维修以及退役拆除，都涉及到大型结构物的吊装过程；吊装过程关系到海上施工的作业效率、成本，甚至影响到现场作业船组及施工团队的人身安全。

决定吊装作业成败的关键是索具，若索具选择不当，吊装作业将存在巨大的安全隐患，不仅会带来经济损失，也会引发安全事故。因此吊装索具的相关计算，是前期进行方案设计及施工准备的重要部分。吊装索具的选择主要受吊装资源，结构物的结构形式、质量，以及结构的吊点尺寸等因素的影响。本文以海上平台组块吊装为例，对吊装索具的计算，尤其是钢丝绳的长度及破断力的选择进行浅析。

1 吊装分析

吊装分析是索具计算的基础，其主要作用是校核吊装过程中各结构杆件的负载以及吊装索具的受力情况。在吊装分析前，应先完成结构物的整体质量计算，即重控报告。

1.1 质量控制报告

以平台组块为例，擀控报告其主要目的就是为计算出组块的整体吊装质量以及重心。

根据平台组块现有结构、设备、设施、管线以及其他附属设施的吊装质量，累加计算出组块整体的吊装质量。

根据组块各结构、设备等的重心，计算出结构整体重心。在进行索具计算过程中，一般主要关注重心在水平坐标系x及y方向中的位置。如图1 所示，以0 为坐标原点，那么重心在x方向与原点的距离为1 340 mm，在y方向与原点的距离为0。

图1 组块重心水平坐标系示意图（单位：mm）

1.2 吊装分析

根据质量控制报告、图纸等资料，利用SACS 软件建立吊装模型并进行分析，主要对整体质量及重心进行重新校核，并对杆件整体强度、节点强度、吊点强度、钢丝绳受力等进行分析。

在杆件、节点及吊点强度满足要求的情况下，通常还要关注结构整体重心以及钢丝绳受力情况。一般情况下，经吊装分析校核后，结构物重心位置与质量控制报告所示位置不会有较大误差。如表1 所示，图1 组块经建模校核后，重心位置与吊装质量与重控报告相比略有误差。

表1 组块重量及重心位置比较

为了较为精确地计算出吊装钢丝绳的受力情况，在进行吊装分析前，应先确定索具高度，也就是吊装状态下索具（钢丝绳+卡环）在垂直方向上的投影长度，即钢丝绳上部顶端到吊点孔中心的垂直高度；同时应注意，上述索具高度需保证在吊装状态下索具与水平面的角度不应小于60°。

另外，在进行杆件、节点、吊点强度及钢丝绳受力校核时，还应考虑极限工况，即结构实际重心偏离理论重心时的情况。

2 吊装索具计算

以图1 所示组块为例，组块4 个主腿上均有一个吊点，假设吊点形式为Padeye，主浮吊为单勾头四勾齿。那么该组块吊装需要利用四根钢丝绳，每根钢丝绳上部与浮吊勾头的勾齿相连，下部连接卡环，卡环安装在相应的吊点上。在吊装过程中浮吊勾头应在组块重心正上方，且重心位置应以吊装分析重新校核的位置为准，索具布置的俯视图应如图2 所示。

图2 索具布置示意图（单位：mm）

2.1 索具理论长度

索具理论长度可根据下式计算：

H——吊装状态下索具高度；一般情况下，若组块各吊点结构形式及尺寸相同，无论计算哪个方向的索具，索具高度H的值应不变。

其中，A和B可用以下公式计算，以图4 中L1方向上的索具为例：

2.2 索具实际长度

以图2 中L1方向上的索具为例，索具实际长度为：

2.3 索具长度误差

根据索具理论长度及实际长度，计算长度误差为：

根据规范要求，若T≤±0.25%，那么所选的钢丝绳长度及所选卡环弓高满足要求。

2.4 钢丝绳破断力及卡环安全工作载荷

根据吊装分析中得出的钢丝绳最大静态载荷，确定钢丝绳破断力（MBL）及卡环的安全工作载荷（SWL）。根据规范要求，所选钢丝绳破断力应不小于最大静态载荷的4 倍；卡环的安全工作载荷应不小于钢丝绳最大静态载荷。

3 应用实例

以泰国湾JKWB 平台组块为例，其索具布置图即如图2 所示，索具吊装高度为25 410 mm，各吊点孔中心与其所在主腿中心的距离为864 mm,那么在L1方向上索具理论计算长度即可根据上述公式计算：

误差数值小于±0.25%，可见在L1方向上，选择的钢丝绳长度及卡环弓高满足吊装要求。其余方向上的索具，均按照此方法进行计算校核。

JKWB 组块四个方向上的索具规格如表2 所示。按照上述计算方法，索具长度误差如表3 所示。

表2 JKWB组块索具规格计算

表3 JKWB组块索具理论长度及长度误差

由表3 可知，索具长度误差均小于±0.25%，因此，4 个方向上的钢丝绳长度及卡环弓高均满足吊装要求。

钢丝绳破断力及卡环安全工作载荷按照文内2.4章节中的方法进行选择。

另外卡环的弓高、口宽、销轴直径等参数选择时，亦应充分考虑吊点及所选钢丝绳等的相关尺寸，确保在实际使用中卡环能顺利连接钢丝绳及吊点。

4 结论

大型结构物常规吊装索具选择时，主要应确定以下2 个因素：（1）钢丝绳长度及破断力；（2）卡环尺寸及安全工作载荷。通过合理计算，优化索具选择，不但可以保证海上吊装作业顺利实施，也可节省施工成本。