CN114510793A - 一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法 - Google Patents

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姜学录
杜颖
田永花
王志超
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张健
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Abstract

本发明公开了一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其包括以下步骤：S1：确定下沉稳性计算的前提条件：明确箱体尺寸和重量以及环境参数；S2：计算在满足初稳性要求下，不同工况时为克服浮力需要对重力式常压干式舱施加的配重与压载水的量，记载为满足初稳性高需配载；S3：计算出不同工况时重力式常压干式舱所受到的水平载荷；S4：再计算出不同工况时为了克服水平载荷，重力式常压干式舱不产生水平滑移的配重量以及不发生倾覆所需要的配重量，记载为克服风浪流作用需配载；S5：加合步骤S2和S4的配载结果，得出重力式常压干式舱不同工况所需的总配载；主要研究重力式常压干式舱在不同工况时下，为了保持稳定加配重或压载水的方案。

Description

一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法
技术领域
本发明涉及海洋石油工程计算领域，具体而言，特别是涉及一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法。
背景技术
重力式常压干式舱是一种常压环境下对海底管道进行维修或改线的结构。以往没有干式舱时，对海底管道进行维修，一种方法是需要潜水员在水下湿式环境下进行，另一种是利用浮吊将海底管道起吊到船甲板面以上进行维修，维修后下放回海底泥面处。如果不使用干式舱进行维修，需要停产，费用高，工期长，如果使用重力式常压干式舱进行维修，可以停产也可以不停产维修，同时降低了潜水员的施工风险。
重力式常压干式舱是提高海管维抢修效率的结构，但这种结构有着特殊性，以往海洋工程常用的API规范并不完全适用于这种类似“孤立墩”的结构，因此需要寻找新的解决方法。重力式常压干式舱下沉稳性计算方法主要研究重力式常压干式舱在涨潮、落潮及环境荷载等条件下，为了保持稳定，防止倾覆，加配重或压载水的方案。是保证干式舱作业安全性的必要校核内容之一，该方法是随着重力式常压干式舱的使用，应运而生的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种重力式常压干式舱保持稳定加配重或压载水的量计算方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其包括以下步骤：
S1：确定下沉稳性计算的前提条件：明确箱体尺寸和重量以及环境参数；
S2：计算在满足初稳性要求下，不同工况时为克服浮力需要对重力式常压干式舱施加的配重与压载水的量，记载为满足初稳性高需配载；
S3：计算出不同工况时重力式常压干式舱所受到的水平载荷；
S4：再计算出不同工况时为了克服水平载荷，重力式常压干式舱不产生水平滑移的配重量以及不发生倾覆所需要的配重量，记载为克服风浪流作用需配载；
S5：加合步骤S2和S4的配载结果，得出重力式常压干式舱不同工况所需的总配载。
根据本发明优选的一个实施例，所述步骤S1中的确定环境参数，需要根据潮汐表，确定作业期间的最高潮位和最低潮位；确定作业期间的最大浪高和最大流速；确定限制作业的风速以及重力式常压干式舱底面和土壤的摩擦系数。
根据本发明优选的一个实施例，所述步骤S2、S3和S4中的不同工况包括至少三种，低潮位时只加配重不加压载水所需的配重量；高潮位时只加配重不加压载水所需的配重量；低潮位和高潮位均采用低潮位时的配重量，涨潮时向内部加压载水的量。
根据本发明优选的一个实施例，所述步骤S3中的水平载荷为风载荷和波浪载荷的合力。
根据本发明优选的一个实施例，所述波浪载荷的计算采用《海港水文规范》中的计算方法。
根据本发明优选的一个实施例，所述步骤S4中克服风浪流作用需配载的数据取不产生水平滑移所需的配重量和不发生倾覆所需要的配重量两者中的较大者。
根据本发明优选的一个实施例，所述步骤S2和S4中的配重应左右均布施加。
根据本发明优选的一个实施例，所述重力式常压干式舱的结构形式为矩形箱体。
本发明的技术效果在于：
1、本发明公布的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，首先明确了计算的前提条件，其次计算出重力式常压干式舱在不同工况下满足初稳性高需配载，即在平静的水中克服浮力满足初稳性的配重，然后又计算了不同工况下克服风浪流作用需配载，即为了克服风浪流作用力需要的配重，最后将满足初稳性高需配载和克服风浪流作用需配载加和得出总配载，从而实现了重力式常压干式舱在涨潮、落潮及环境荷载等条件下，为了保持稳定、防止倾覆所要加配重或压载水的量的计算方法。
2、本发明公布的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法参考了海港水文规范，将规范中涉及的大量的公式、参数等，利用自编程序进行计算，对重力式常压干式舱作业时的下沉稳性进行校核，判断其是否会倾覆，从而决定重力式常压干式舱作业时加配重或加压载水的方案，保证了重力式常压干式舱作业时安全性。
3、本方法所计算出的配重量可以为另外的座底稳性计算提供前期的数据，并且本方法也可用于校核四边形、五边形等不同形式的重力式常压干式舱的下沉稳性计算。
附图说明
图1是本发明一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法的重力式常压干式舱的正视图；
图2是本发明一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法的重力式常压干式舱的侧视图。
附图标记：1-舱体；2-密封门；3-防沉板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对发明的限定。
如图1和图2所示，重力式常压干式舱是一种常压环境下对海底管道进行维抢修或改线的结构，设有舱体1，舱体1一般为上端开口的钢结构箱形体，舱体1正面和后面一般安装有密封门2，有时底面也设置密封门2；舱体1的下端两侧与舱体1垂直各设置并连接一个防沉板3。
重力式常压干式舱下沉稳性的计算方法如下：
步骤S1：确定下沉稳性计算的前提条件：箱体尺寸：3m×3m×10.6m；箱体重量：39.4t(SACS模型重)；低潮时水深：6.937m；涨潮时水深：9.247m；假设地基是平坦的，不下沉的，与箱体摩擦系数为0.3。
步骤S2：满足初稳性高需配载的计算：
低潮水位6.937m，涨潮到9.247m水位只配载不加压载水，和涨潮到9.247m水位用低潮时的配载另加压载水，三种方案都进行了计算，计算过程如下：
初稳性计算：初稳心高度计算公式：GM＝Zb+r-Zg；GM：核算状态下的初稳心高度；Zb：相应吃水下的浮心高度；r＝It/A：相应吃水下的横稳心半径；It：断面惯性矩；A：吃水体积；Zg：核算状态下的重心高度。其中检查标准为稳性横准：GM不小于0.15m。
低潮、涨潮、加压载水方案初稳性计算如表1所示，如果GM小于0.15m，则考虑增加配载直到GM满足要求为止。涨潮时配重按低潮时配重考虑，其余部分按加载水进行考虑。下表仅以涨到9.247m为例进行加压载水计算。最终取满足初稳性高需配载数据为低潮：28.667；涨潮：53.315；加压载水方案：28.667。
Figure BDA0003455132640000041
Figure BDA0003455132640000051
表1
步骤S3：计算出不同工况时重力式常压干式舱所受到的水平载荷：
所受水平载荷F＝F1+F2；其中：F1为舱体1受到风载荷；F2为舱体1受到波浪载荷。
F1风载荷＝0.0473v2 CsA；其中V风速m/s；Cs形状系数：1；A迎风面积m。F2波浪载荷参照《JTJ 213-98海港水文规范》计算。
步骤S4：克服风浪流作用需配载的计算：水平载荷计算及抗倾覆计算如表2所示，其中Mmax为F2相对于基准面的力矩。
最终克服风浪流作用需配载的数据：低潮：37.89；涨潮：62.07；加压载水方案：30.88。
Figure BDA0003455132640000052
Figure BDA0003455132640000061
表2
步骤S5：加合步骤S2和S4的配载结果，如表3所示得出重力式常压干式舱不同工况所需的总配载(取整)：水位为6.937m时，总配载为67t；水位为9.247m时，总配载为115t。：
Figure BDA0003455132640000071
表3
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：确定下沉稳性计算的前提条件：明确箱体尺寸和重量以及环境参数；
S2：计算在满足初稳性要求下，不同工况时为克服浮力需要对重力式常压干式舱施加的配重与压载水的量，记载为满足初稳性高需配载；
S3：计算出不同工况时重力式常压干式舱所受到的水平载荷；
S4：再计算出不同工况时为了克服水平载荷，重力式常压干式舱不产生水平滑移的配重量以及不发生倾覆所需要的配重量，记载为克服风浪流作用需配载；
S5：加合步骤S2和S4的配载结果，得出重力式常压干式舱不同工况所需的总配载。
2.根据权利要求1所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述步骤S1中的确定环境参数，需要根据潮汐表，确定作业期间的最高潮位和最低潮位；确定作业期间的最大浪高和最大流速；确定限制作业的风速以及重力式常压干式舱底面和土壤的摩擦系数。
3.根据权利要求1所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述步骤S2、S3和S4中的不同工况包括至少三种，低潮位时只加配重不加压载水所需的配重量；高潮位时只加配重不加压载水所需的配重量；低潮位和高潮位均采用低潮位时的配重量，涨潮时向内部加压载水的量。
4.根据权利要求1所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述步骤S3中的水平载荷为风载荷和波浪载荷的合力。
5.根据权利要求4所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述波浪载荷的计算采用《海港水文规范》中的计算方法。
6.根据权利要求1所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述步骤S4中克服风浪流作用需配载的数据取不产生水平滑移所需的配重量和不发生倾覆所需要的配重量两者中的较大者。
7.根据权利要求1所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述步骤S2和S4中的配重应左右均布施加。
8.根据权利要求1所述的一种重力式常压干式舱下沉稳性计算方法，其特征在于，所述重力式常压干式舱的结构形式为矩形箱体。
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