CN112938764A - 工程船舶平台重吊的吊装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了工程船舶平台重吊的吊装工艺，包括如下步骤：（1）对吊装基本条件进行分析；（2）合理布局吊点；（3）计算吊装过程中平台重吊对基座的冲击力；（4）对平台重吊和基座进行装焊和无损检测分析；（5）对吊装过程进行动态仿真；（6）实际吊装。本发明能够细致考虑整个平台重吊安装工艺流程，包括从平台离开系泊试验码头到吊装区域，直至安装完成，既保证了平台重吊安装的一次性成功，又保证了安装的经济性，安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程船舶平台重吊的吊装工艺，属于船舶建造技术领域。
背景技术
平台重点是平台上关键设备之一，其自重大、吊臂长、整体安装要求高。平台重吊的形状结构特殊，重量中心难以计算；平台的安装须在保证水深和有大型起重能力的专用场地进行；且平台安装的经济性非常关键。如若平台分段吊装，则周期长、费用支出较高；如若整体吊装，则周期短但吊车选择和吊装风险较高。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种工程船舶平台重吊的吊装工艺，能够细致考虑整个平台重吊安装工艺流程，包括从平台离开系泊试验码头到吊装区域，直至安装完成，既保证了平台重吊安装的一次性成功，又保证了安装的经济性，安全性。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的工程船舶平台重吊的吊装工艺，包括如下步骤：
(1)对吊装的基本条件进行分析，包括对平台重吊安装地点以及吊装方式的分析；
(2)设置吊点，对吊点进行优化布置及计算，包括吊点的布置、对吊物进行重量计算、吊点的优化以及对不同吊点布局的吊索拉力进行有限元计算分析；
(3)计算吊装过程中平台重吊对基座的冲击力，根据计算结果安装基座；
(4)对平台重吊和基座进行装焊及无损检测分析，根据船厂自身条件，选择出合适的安装工艺及检测方法；
(5)对吊装过程进行动态仿真；
(6)若动态仿真方案合理，则进行实际吊装。
进一步地，为平台重吊选择合适的安装地点有三种方法，分为拖航、靠泊以及两者相结合的方式，根据实际情况选择适宜的平台重吊安装地点。
拖航是指拖轮牵引平台重吊，将平台重吊运送至安装地点，考虑此种方式，需要航道长度、宽度、水深符合拖航要求，并且考虑经济性，如若航道符合拖航要求，则考虑拖航方式；如若航道过长，拖航时间久，耗费人力物力多，则考虑其他方式；
靠泊是指在平台重吊的生产地就行安装，但需要考虑潮位对安装的影响，并且需要码头增加方驳等辅助设备，若生产地符合安装条件，则考虑靠泊安装；如生产地不符合安装条件，则考虑其他方式；
若安装地点选择比较复杂，则可以选择拖航和靠泊相结合的方式。
进一步地，吊装方式的分析方法为：平台重吊安装主要分为整体吊装及分段吊装；若平台重吊在安装前已经组装完成，选用整体吊装方式；若平台重吊在安装前没有组装，选用分段吊装方式。
若平台重吊再安装前需要进行调试试验，则平台重吊需要在吊装前进行组装，若采用分段吊装需要将其拆解后重新组装，费时费力；而且分段吊装时，首先需要将立柱底部安装于平台基座上，接着安装吊臂，并将吊臂一段放置于休息臂处，最后进行将军柱的安装，可见分段吊装不仅增加安装工序，同时增加安装成本，在拆解安装时也可能会对平台重吊造成损伤。若平台重吊在吊装前没有组装，则可以根据实际情况选择分段吊装的方式。
进一步地，吊点的布置包括吊点位置的设置、吊点数量的设置、吊点重心的计算和船厂的起吊能力评估；
吊点位置的设置方法为尽量相对船中对称，设置在主梁上，并且设置在被吊物强结构的位置；一般平台重吊的结构为左右对称，为使钢丝绳受力均匀，吊点的布置应尽量相对船中对称；吊点的位置设置在主梁上，便于结构传力，保证结构整体强度。吊点也同时布置在被吊结构的强结构的位置。同时，考虑到吊装的立正过程，选择合适的吊点位置，方便安装时的立正。
当整体吊装时，吊点数量最多设置4个；吊点的数量需要根据工程实际具体分析。一方面，吊点数量越多，结构发生变形越小，单根绳索所受拉力越小，单个构件越趋于稳定；另一方面，针对整体吊装分析，由于索具制造长度的误差，起重机同时于多条吊索相连时，会导致索具不能同时受力，吊装过程中具有不确定性，一般平台重吊最多与4条吊索连接，当吊索多于4个时，需要多台吊机协同作业，增加了施工控制难度和成本。
当分段吊装时，吊点数量也最多设置4个。一方面4个吊点能够满足吊装，一方面节约成本。
吊点重心的计算方法为：若被吊结构为细长柱结构，保证结构重心与吊点连线在竖直方向相交便可使吊物达到基本平衡状态；若被吊结构为平面结构和空间结构，利用手拉葫芦为平衡工具对被吊结构进行辅助平衡，以使被吊结构达到平衡状态；
结构的匀速起吊过程中的力学问题属于慢速时变力学问题，结构随着时间缓慢编号，根据力学平衡知识可知，在平衡位置，吊钩合力作用点在水平面的投影和被吊物重心在同一水平面的投影应该是重合的，即吊钩作用点和被吊物重心在同一竖直方向上。
对于细长柱结构，吊装过程中一般只需要布置两个吊点，合理选择吊点位置和吊索长度，保证结构重心和吊点连线在竖直方向相交便可使吊物达到基本平衡状态。而对于平面结构和空间结构，要是结构物保持精确的平衡状态，需借助一些工具，常见的有利用手拉葫芦为平衡工具的吊装方法以及利用横梁和索具螺旋扣为平衡工具的吊装方法。
船厂的起吊能力评估通过平台重吊的额定载荷、吊排自重和额定载荷、起吊钢丝绳的长度及额定载荷三方面进行评估分析。
船厂的起吊能力是制约平台重吊吊装方案有效开展的重要因素，部分企业因起吊能力不足无法进行大型海工设备的建造安装。船厂常见的起吊设备有龙门吊和浮吊，浮吊的起吊能力一般强于龙门吊。
设备的起吊能力参数主要包括以下几个方面；吊机的额定载荷，吊排自重和额定载荷，起吊钢丝绳的长度和额定载荷。在整个吊装过程中，必须保证结构的稳定及安全，吊耳和吊索所受载荷应小于其安全载荷。
吊点布置是否合理，可对结构施加位移约束和载荷约束，进而计算出结构在当前工况下的构件内力、变形及整体结构应变能、稳定性等信息。强度设计指标有三个表现形式，即最小弯矩准则、最小应变能准则、挠度准则。
(1)最小弯矩准则
对于细长构件，其在吊装过程中由于自重等载荷影响通常处于弯曲状态，在不同截面上受到不同大小的弯矩作用。倘若吊点布置不合理，构件会蚓受到较大弯矩造成失效破坏。最小弯矩准则表述为：构件在吊装过程中，在不同约束方式下形成不同的弯矩分布，其中使构件弯矩绝对值取最小值的约束方案为最佳吊点布置方案。
(2)最小应变能准则
应变能是指弹性体在外载荷作用下发生变形的过程中，以应变和应力的形式贮存在物体内部的势能。应变能极小原理则表述为：弹性体在给定的一组位移下的应变能由于安置或放松不做功的约束而增加或减少。自然过程中总是向着能量降低的方向，沿着阻力最小的路线进行，因此，使结构获得最小应变能的约束布局就是最合理的吊点布置方案。
(3)挠度准则
受弯挠度在载荷作用下产生挠曲变形，在正常的使用过程中如果挠度过大，会影响结构功能，在安装过程中挠度过大，则会影响安装的精确性。受弯构件的刚度要求即挠度准则，是指结构或构件在载荷标准的作用下挠度不超过容许值。
综上三个准则，符合条件，即判断吊点布局合理。
对吊物进行重量计算，根据DNV-OS-H205规范，计算起吊重量需要将吊物自重乘以整体放大系数。
进一步地，对不同吊点布局的吊索拉力进行有限元计算分析的具体方法为：①对被吊结构进行模型搭建，主要搭建被吊结构的将军柱及吊臂，忽略驾驶室等小部件；②对搭建好的模型网格化，网格大小为1m×1m，分别在被吊结构的水平及立正状态选取5组不同吊点位置，计算不同布置下吊索上的拉力；③通过比较计算结果，若水平状态下，最大应力出现在吊臂与将军柱连接处；在立正状态下，最大应力出现在吊耳附近，则判断吊装布置方案合理。
综上所述，可见大跨度钢结构在施工过程中表现出了较多的力学问题和关键技术问题，吊装过程如何保持结构及构件的稳定性是重要的问题，为了满足整体安装过程中结构的稳定性，需要在安装过程中设置多个吊点。吊点的选择至关重要。
进一步地，步骤(3)中吊装过程中平台重吊对基座冲击力的计算和安装方法的具体步骤为：I、通过Femap建立平台重吊基座模型，其中范围X方向FR13～FR27,Y方向S7～S18，Z方向DECK23.25～MAINDECK；II、对基座区域进行网格化，以使计算结果更为精确；III、当平台重吊底部接触到基座时，使得基座承受力为平台重吊的总重量的10％，模拟计算此时基座的最大变形量和最大等效应力；此时如若超过最大变形量和最大等效应力，则超出了安全系数，安装不成功；iv、随着浮吊吊钩逐渐卸力，在基座承受力为平台重吊重量的30％时，工人开始进行焊接定位，基座底部8个角各先封焊1m焊缝，平台重吊进行安装，接着把剩余载荷逐步放下，最终吊索拉力为0，此时基座承受整个平台重吊的重量。
焊接时通过加压加热的方式，使异性或者同性的两个工作原件发生原子间结合的连接方式与加工工艺。焊接需注意两个方便，包括焊前准备和焊接工艺；焊接工艺包括焊接顺序，工艺规范，后热处理，焊接检测。在进行外观检验之后还需进行无损探伤。无损检测主要方式有射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT)四种。由检验员根据焊缝无损检验检查要求按比例进行抽查。当无损检验检查后，焊缝存在超标的焊接缺陷，焊工必须进行返修。焊缝返修按照规范要求施工。
有益效果：(1)本发明全面考虑了平台重吊的安装地点、拖航条件、靠泊条件、码头强度、成本控制等各方面因素，为平台重吊安装工艺提供了优质方案；(2)本发明对如何设置吊点进行了全面分析，给出吊点布置的具体方法，和判断吊点布置是否合理的准则，通过优化吊点合理性，保证了平台重吊的安全性、稳定性、经济性；(3)本发明细致考虑了整个平台重吊安装工艺流程，包括从平台离开系泊试验码头到吊装区域，直至安装完成，既保证了平台重吊安装的一次性成功，又保证了安装的经济性，安全性。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例
本发明的工程船舶平台重吊的吊装工艺，包括如下步骤：
(1)对吊装的基本条件进行分析，包括对平台重吊安装地点以及吊装方式的分析；
(2)设置吊点，对吊点进行优化布置及计算，包括吊点的布置、对吊物进行重量计算、吊点的优化以及对不同吊点布局的吊索拉力进行有限元计算分析；
(3)计算吊装过程中平台重吊对基座的冲击力，根据计算结果安装基座；
(4)对平台重吊和基座进行装焊及无损检测分析，根据船厂自身条件，选择出合适的安装工艺及检测方法；
(5)对吊装过程进行动态仿真；
(6)若动态仿真方案合理，则进行实际吊装。
为平台重吊选择合适的安装地点有三种方法，分为拖航、靠泊以及两者相结合的方式，根据实际情况选择适宜的平台重吊安装地点。
拖航是指拖轮牵引平台重吊，将平台重吊运送至安装地点，考虑此种方式，需要航道长度、宽度、水深符合拖航要求，并且考虑经济性，如若航道符合拖航要求，则考虑拖航方式；如若航道过长，拖航时间久，耗费人力物力多，则考虑其他方式；
靠泊是指在平台重吊的生产地就行安装，但需要考虑潮位对安装的影响，并且需要码头增加方驳等辅助设备，若生产地符合安装条件，则考虑靠泊安装；如生产地不符合安装条件，则考虑其他方式；
若安装地点选择比较复杂，则可以选择拖航和靠泊相结合的方式。
吊装方式的分析方法为：平台重吊安装主要分为整体吊装及分段吊装；若平台重吊在安装前已经组装完成，选用整体吊装方式；若平台重吊在安装前没有组装，选用分段吊装方式。
若平台重吊再安装前需要进行调试试验，则平台重吊需要在吊装前进行组装，若采用分段吊装需要将其拆解后重新组装，费时费力；而且分段吊装时，首先需要将立柱底部安装于平台基座上，接着安装吊臂，并将吊臂一段放置于休息臂处，最后进行将军柱的安装，可见分段吊装不仅增加安装工序，同时增加安装成本，在拆解安装时也可能会对平台重吊造成损伤。若平台重吊在吊装前没有组装，则可以根据实际情况选择分段吊装的方式。
吊点的布置包括吊点位置的设置、吊点数量的设置、吊点重心的计算和船厂的起吊能力评估；
吊点位置的设置方法为尽量相对船中对称，设置在主梁上，并且设置在被吊物强结构的位置；一般平台重吊的结构为左右对称，为使钢丝绳受力均匀，吊点的布置应尽量相对船中对称；吊点的位置设置在主梁上，便于结构传力，保证结构整体强度。吊点也同时布置在被吊结构的强结构的位置。同时，考虑到吊装的立正过程，选择合适的吊点位置，方便安装时的立正。
当整体吊装时，吊点数量最多设置4个；吊点的数量需要根据工程实际具体分析。一方面，吊点数量越多，结构发生变形越小，单根绳索所受拉力越小，单个构件越趋于稳定；另一方面，针对整体吊装分析，由于索具制造长度的误差，起重机同时于多条吊索相连时，会导致索具不能同时受力，吊装过程中具有不确定性，一般平台重吊最多与4条吊索连接，当吊索多于4个时，需要多台吊机协同作业，增加了施工控制难度和成本。
当分段吊装时，吊点数量也最多设置4个。一方面4个吊点能够满足吊装，一方面节约成本。
吊点重心的计算方法为：若被吊结构为细长柱结构，保证结构重心与吊点连线在竖直方向相交便可使吊物达到基本平衡状态；若被吊结构为平面结构和空间结构，利用手拉葫芦为平衡工具对被吊结构进行辅助平衡，以使被吊结构达到平衡状态；
结构的匀速起吊过程中的力学问题属于慢速时变力学问题，结构随着时间缓慢编号，根据力学平衡知识可知，在平衡位置，吊钩合力作用点在水平面的投影和被吊物重心在同一水平面的投影应该是重合的，即吊钩作用点和被吊物重心在同一竖直方向上。
对于细长柱结构，吊装过程中一般只需要布置两个吊点，合理选择吊点位置和吊索长度，保证结构重心和吊点连线在竖直方向相交便可使吊物达到基本平衡状态。而对于平面结构和空间结构，要是结构物保持精确的平衡状态，需借助一些工具，常见的有利用手拉葫芦为平衡工具的吊装方法以及利用横梁和索具螺旋扣为平衡工具的吊装方法。
船厂的起吊能力评估通过平台重吊的额定载荷、吊排自重和额定载荷、起吊钢丝绳的长度及额定载荷三方面进行评估分析。
船厂的起吊能力是制约平台重吊吊装方案有效开展的重要因素，部分企业因起吊能力不足无法进行大型海工设备的建造安装。船厂常见的起吊设备有龙门吊和浮吊，浮吊的起吊能力一般强于龙门吊。
设备的起吊能力参数主要包括以下几个方面；吊机的额定载荷，吊排自重和额定载荷，起吊钢丝绳的长度和额定载荷。在整个吊装过程中，必须保证结构的稳定及安全，吊耳和吊索所受载荷应小于其安全载荷。
吊点布置是否合理，可对结构施加位移约束和载荷约束，进而计算出结构在当前工况下的构件内力、变形及整体结构应变能、稳定性等信息。强度设计指标有三个表现形式，即最小弯矩准则、最小应变能准则、挠度准则。
(1)最小弯矩准则
对于细长构件，其在吊装过程中由于自重等载荷影响通常处于弯曲状态，在不同截面上受到不同大小的弯矩作用。倘若吊点布置不合理，构件会蚓受到较大弯矩造成失效破坏。最小弯矩准则表述为：构件在吊装过程中，在不同约束方式下形成不同的弯矩分布，其中使构件弯矩绝对值取最小值的约束方案为最佳吊点布置方案。
(2)最小应变能准则
应变能是指弹性体在外载荷作用下发生变形的过程中，以应变和应力的形式贮存在物体内部的势能。应变能极小原理则表述为：弹性体在给定的一组位移下的应变能由于安置或放松不做功的约束而增加或减少。自然过程中总是向着能量降低的方向，沿着阻力最小的路线进行，因此，使结构获得最小应变能的约束布局就是最合理的吊点布置方案。
(3)挠度准则
受弯挠度在载荷作用下产生挠曲变形，在正常的使用过程中如果挠度过大，会影响结构功能，在安装过程中挠度过大，则会影响安装的精确性。受弯构件的刚度要求即挠度准则，是指结构或构件在载荷标准的作用下挠度不超过容许值。
综上三个准则，符合条件，即判断吊点布局合理。
对吊物进行重量计算，根据DNV-OS-H205规范，计算起吊重量需要将吊物自重乘以整体放大系数。
对不同吊点布局的吊索拉力进行有限元计算分析的具体方法为：①对被吊结构进行模型搭建，主要搭建被吊结构的将军柱及吊臂，忽略驾驶室等小部件；②对搭建好的模型网格化，网格大小为1m×1m，分别在被吊结构的水平及立正状态选取5组不同吊点位置，计算不同布置下吊索上的拉力；③通过比较计算结果，若水平状态下，最大应力出现在吊臂与将军柱连接处；在立正状态下，最大应力出现在吊耳附近，则判断吊装布置方案合理。
综上所述，可见大跨度钢结构在施工过程中表现出了较多的力学问题和关键技术问题，吊装过程如何保持结构及构件的稳定性是重要的问题，为了满足整体安装过程中结构的稳定性，需要在安装过程中设置多个吊点。吊点的选择至关重要。
步骤(3)中吊装过程中平台重吊对基座冲击力的计算和安装方法的具体步骤为：I、通过Femap建立平台重吊基座模型，其中范围X方向FR13～FR27,Y方向S7～S18，Z方向DECK23.25～MAINDECK；II、对基座区域进行网格化，以使计算结果更为精确；III、当平台重吊底部接触到基座时，使得基座承受力为平台重吊的总重量的10％，模拟计算此时基座的最大变形量和最大等效应力；iv、随着浮吊吊钩逐渐卸力，在基座承受力为平台重吊重量的30％时，工人开始进行焊接定位，基座底部8个角各先封焊1m焊缝，平台重吊进行安装，接着把剩余载荷逐步放下，最终吊索拉力为0，此时基座承受整个平台重吊的重量。
焊接时通过加压加热的方式，使异性或者同性的两个工作原件发生原子间结合的连接方式与加工工艺。焊接需注意两个方便，包括焊前准备和焊接工艺；焊接工艺包括焊接顺序，工艺规范，后热处理，焊接检测。在进行外观检验之后还需进行无损探伤。无损检测主要方式有射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT)四种。由检验员根据焊缝无损检验检查要求按比例进行抽查。当无损检验检查后，焊缝存在超标的焊接缺陷，焊工必须进行返修。焊缝返修按照规范要求施工。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.工程船舶平台重吊的吊装工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)对吊装的基本条件进行分析，包括对平台重吊安装地点以及吊装方式的分析；
(2)设置吊点，对吊点进行优化布置及计算，包括吊点的布置、对吊物进行重量计算、吊点的优化以及对不同吊点布局的吊索拉力进行有限元计算分析；
(3)计算吊装过程中平台重吊对基座的冲击力，根据计算结果安装基座；
(4)对平台重吊和基座进行装焊及无损检测分析，根据船厂自身条件，选择出合适的安装工艺及检测方法；
(5)对吊装过程进行动态仿真；
(6)若动态仿真方案合理，则进行实际吊装。
2.根据权利要求1所述的工程船舶平台重吊的吊装工艺，其特征在于：为平台重吊选择合适的安装地点有三种方法，分为拖航、靠泊以及两者相结合的方式，根据实际情况选择适宜的平台重吊安装地点。
3.根据权利要求1所述的工程船舶平台重吊的吊装工艺，其特征在于：所述吊装方式的分析方法为：平台重吊安装主要分为整体吊装及分段吊装；若平台重吊在安装前已经组装完成，选用整体吊装方式；若平台重吊在安装前没有组装，选用分段吊装方式。
4.根据权利要求1所述的工程船舶平台重吊的吊装工艺，其特征在于：吊点的布置包括吊点位置的设置、吊点数量的设置、吊点重心的计算和船厂的起吊能力评估；所述吊点位置的设置方法为尽量相对船中对称，设置在主梁上，并且设置在被吊物强结构的位置；所述吊点数量最多设置4个；所述吊点重心的计算方法为：若被吊结构为细长柱结构，保证结构重心与吊点连线在竖直方向相交便可使吊物达到基本平衡状态；若被吊结构为平面结构和空间结构，利用手拉葫芦为平衡工具对被吊结构进行辅助平衡，以使被吊结构达到平衡状态；所述船厂的起吊能力评估通过平台重吊的额定载荷、吊排自重和额定载荷、起吊钢丝绳的长度及额定载荷三方面进行评估分析。
5.根据权利要求1所述的工程船舶平台重吊的吊装工艺，其特征在于：所述对不同吊点布局的吊索拉力进行有限元计算分析的具体方法为：①对被吊结构进行模型搭建，主要搭建被吊结构的将军柱及吊臂，忽略驾驶室等小部件；②对搭建好的模型网格化，所述网格大小为1m×1m，分别在被吊结构的水平及立正状态选取5组不同吊点位置，计算不同布置下吊索上的拉力；③通过比较计算结果，若水平状态下，最大应力出现在吊臂与将军柱连接处；在立正状态下，最大应力出现在吊耳附近，则判断吊装布置方案合理。
6.根据权利要求1所述的工程船舶平台重吊的吊装工艺，其特征在于：步骤(3)中吊装过程中平台重吊对基座冲击力的计算和安装方法的具体步骤为：I、通过Femap建立平台重吊基座模型，其中范围X方向FR13～FR27,Y方向S7～S18，Z方向DECK23.25～MAINDECK；II、对基座区域进行网格化，以使计算结果更为精确；III、当平台重吊底部接触到基座时，使得基座承受力为平台重吊的总重量的10％，模拟计算此时基座的最大变形量和最大等效应力；iv、随着浮吊吊钩逐渐卸力，在基座承受力为平台重吊重量的30％时，工人开始进行焊接定位，基座底部8个角各先封焊1m焊缝，平台重吊进行安装，接着把剩余载荷逐步放下，最终吊索拉力为0，此时基座承受整个平台重吊的重量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110238450.4A CN112938764A (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 工程船舶平台重吊的吊装工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| CN112938764A true CN112938764A (zh) | 2021-06-11 |
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ID=76247523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110238450.4A Pending CN112938764A (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 工程船舶平台重吊的吊装工艺 |
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| CN (1) | CN112938764A (zh) |
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2021
- 2021-03-04 CN CN202110238450.4A patent/CN112938764A/zh active Pending
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