受损模块吊装分析方法研究与应用

牛书涛,刘超

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

摘    要

模块在吊装前需要完成起吊分析，用来验证模块在吊装状态下的结构强度是否满足规范要求的安全系数要求。正常情况下，模块详细设计过程中会充分考虑模块的结构强度，其结果一般没有问题。但在极特殊情况下，模块可能受到外力作用而发生结构破坏。而受损模块的吊装分析尚无较为可行的计算模拟方法。本文探索性的采用极端等效方法模拟实际生产中模块被撞击受损后的扶正抢险操作，具有一定的指导意义。

关键词：受损模块；吊装分析；应用

引言

模块化设计与建造是将大型工程分解成多个单独的部分进行施工，具有建造周期短、施工费用低等诸多优点。但模块化设计与建造的风险也不容忽视，如果某一模块在设计或建造过程中出现问题，将影响整个工程的进度。而受损模块的分析评估没有经验和模板，对项目工期与费用的影响很难评估。本文将结合施工真实案例，论述模块受损后的强度分析与吊装设计。

0. 受损模块简介

模块可能的受损形式包括自然损害和人为损害。自然损害包括飓风、地震等方式，模块设计时考虑了一定安全系数，所以自然损害对模块整体强度影响可以评估。而人为损害是偶然发生的外力对模块结构的损害，如与其他结构物发生碰撞或被高空坠物砸伤。人为损害作用在模块结构的局部，破坏力较大，后果影响较难评估。

如2018年，发生了一起已完成装船的滑移下水导管架的浮筒撞击了存放于码头前沿的模块的事件。事件中，受损模块自重约1060吨，尺寸为22米×19米×19.5米（长×宽×高），见图1。模块在码头布置和撞击后位置见图2。

图1：模块尺寸及重心位置

图2：模块原始位置和受损后位置

通过监控回放和现场测量发现，撞击部位在A轴与194轴交点附近，撞击后模块发生了顺时针旋转并平移了约27米。模块从垫墩上跌落，209B和194A两条腿在地面，209A入泥约2米，194B悬空约1.5米。模块撞击力量之大，实属罕见。

1. 受损模块评估

模块受损后，经过业主、海事保险、项目组各方的现场勘验后，需要尽快将模块扶正并移动至场地内部进行修复。但模块扶正需要借助浮吊完成，大型吊装作业需要通过计算分析得到模块内部强度是否满足吊装受力要求。因模块部分结构受到外力作用，已经发生塑性变形。相邻部分杆件外观虽然没有变形，但实际强度是否达到设计要求也不能确定。因此，受损模块需要完成一次较为全面的评估，以掌握模块较为真实的信息。

2.1.倾斜情况

由于模块并非水平状态，在计算吊装扶正的情况下，需要模拟模块倾斜对吊绳力的影响。使用全站仪对底层甲板片打点测量后，得到较为真实的模块倾斜数据。

图3：模块底层甲板片高度测量结果

2.2.外观检测

通过外观检测，将模块主结构型钢进行分级，严重受损变形部位标记为红色，轻微变形部位标记为黄色，未明显受损部位标记为绿色。

图4：模块主结构受损标注

2.3.无损检测

将主结构型钢的受损分级后，还需要对主结构型钢之间的焊缝完好程度进行无损检测。发现焊缝断裂或者深层出现裂纹的情况需要进行缺陷修复。

图5：模块焊缝检测

2. 受损模块计算分析
   1. 计算方法

因无法通过定量的方法模拟受损模块结构强度的真实削弱程度，受损模块强度计算的可行性受到质疑。如果无法得到模块起吊状态下的强度，就无法保证吊装施工的安全性。因此，为了以最快的速度，得到模块较为准确的强度，设计人员采用极端等效的方法对受损部位进行模拟。即假定受损杆件完全失效已经移除，完全忽略受损部分的结构强度和模型内的连接关系。这样的计算方法速度快，可以模拟模块受损后最不利的状况。但该方法最大的缺点是，由于人为删除了某些杆件间的联系，模块强度计算结果超标严重。

因某些受损杆件为主要结构，缺失该部分计算结果很难满足规范要求。为了尽量降低模块杆件的UC值，需要多次调整计算模型局部重量分布并试算不同杆件失效的组合工况。

图6：经过调整后的计算模型

2.2.计算结果

经过多次模拟计算，最终在模块重量829吨，部分杆件加强后，得到满足规范要求的结果：

1)与吊点连接的主要构件最大UC值为0.715；

2)其他构件最大UC值为0.868；

3)模块最大变形量为1.638厘米。

3. 受损模块配扣与扶正

受损模块复位将分2步进行：

第一步：恢复模块水平

为模块4个吊点挂扣。AB轴吊点间距14400，FR194-209轴吊点间距17100。

因模块转向80°，上下撑杆吊点均没有对应档位，下撑杆最接近档位是13500（900），上撑杆最接近档位是18120（1020）。基本满足要求。

以209B与194A两个腿为支点，仅提升209A（最低点），使194B（最高点）渐渐触地。至此模块已近似水平状态。

第二步：平吊模块至垫墩

待模块姿态稳定后，4吊点同步缓慢加力，逐步提升模块并平吊至场地内部的垫墩上。

图7：倾斜模块配扣图纸

4. 结语

受损模块的计算分析与扶正抢救是施工中一项非常棘手的情况。技术人员在没有类似经验参考的情况下，探索性的采用极端等效法对受损构建进行模拟，得到安全可靠的计算结果指导现场抢险施工。该方法为受损模块的抢险和后期修复工期赢得了大量的时间，有力的保证了项目整体工期。

• 1李文成.海洋工程装备关键技术研究.工程地质学,2020-01.
• 2魏建堂1甘自理2.海洋工程模块钢结构加工设计.建筑技术科学,2018-04.