海洋工程运输框架改造设计

刘凤羽

中海油能源发展装备技术有限公司 天津市 300452

摘要：海洋资源的科学有效利用，在经济发展进程中具有关键性的地位。海洋工程的主要内容包括海洋资源开发相关的技术操作以及工程装备及其设施相关技术操作。本文结合海洋工程实践，针对常见的运输框架系统中导管架装置的扁担梁结构改造设计方案进行介绍，对导管架结构运输框架的改造优化约束处理进行探索，并梳理相关程序软件，对建模设计优化方法进行深入分析，以期对未来海洋工程相关结构优化设计理论的完善与工程实践应用的进一步发展提供一定参考。

关键词：海洋工程；改造设计；优化分析

引言

在我国当前经济发展条件和背景下，海洋资源的科学有效利用，在经济发展进程中具有关键性的地位。海洋工程项目的推进实施也就显得尤为重要。海洋工程是以海洋资源为基本开发对象，并对开发资源进行合理利用、科学保护与恢复为目的工程系统，海洋工程项目的主体结构通常位于海岸线中面向海洋的一侧，具体工程的新建、改建与扩建等方面。海洋工程的主要内容主要包括两大方面，第一是海洋资源开发相关的技术操作，第二是工程装备及其设施相关技术。本文从工程装备及其设施相关技术角度出发，对海洋工程中的运输框架改造技术进行深入分析。本文结合海洋工程实践，针对常见的运输框架系统中导管架装置的扁担梁结构改造设计方案进行具体分析。

1扁担梁结构的改造设计方案分析

1.1扁担梁结构改造设计基础

在海洋工程中，工程平台是重要主体结构之一。通常海洋工程平台的建设采取固定桩基结构，并逐渐成为当前的主流平台建造模式。而在平台的固定桩基结构中，最为常见的是导管架结构。在传统的导管架结构中，需要以滑道作为基础，而滑道资源又十分有限，这就导致当导管架进行小吨位资源运输过程中的成本浪费，并且长期占用滑道使得海洋开发工程产能的大幅度降低。因此，在属于非滑道的工程平台区域内设计导管架运输结构，就能够有效缓解滑道资源短缺紧俏的问题，同时适当扩大平台建造与运输结构的范围，提高工程总产量。

在利用滑道的工程平台区域内设计传统的导管架运输结构，其设计方法是将导管架结构与连续性的滑靴结构相连接，整体呈现水平结构，将开发资源进行拖拉式运输。而在非滑道的工程平台区域内设计导管架运输结构，其基本思路是将导管架结构放置于预先进行好结构设计的运输框架之上，采用配套的SPMT小车装置设备进行开发资源的装船运输。因此，这里的运输框架改造就成为整个运输系统的关键技术点，需要采用工程现场的扁担梁装置进行结构改造。

1.2QHD32-6项目的改造设计方案分析

下面以QHD32-6项目为对象进行具象的设计方案分析。QHD32-6项目的导管架型号为WHPG型号，总计数量有八支，同时包括三层水平片结构。WHPG型号导管架的基础结构见图1。

图1-WHPG导管架结构示意图

基于该型号导管架结构，运输框架的改造设计应当进行设计作业前期的具体位置摆放，导管架的立柱需与框架进行接触连接，运输框架的改造要符合工程现场的材料需求与工程实施的强度要求。针对条件限制，框架改造所需的扁担梁结构参数应当符合一定要求。结合导管架的具体参数值，对现场扁担梁结构进行必要处理。

现场测量，QHD32-6项目导管架的立柱直径为20.25厘米，现场扁担梁结构宽度为7.5厘米，因此在导管架的立柱与运输框架接触连接结构处需要增加扁担梁宽度，方案是使用0.45厘米厚度的PL钢板，材质型号为GB712-2000D36材质，对扁担梁进行结构改造。改造后的扁担梁结构重量约为67吨，相对于改造前在重量上增加了29.5吨。利用扁担梁结构进行改造设计后的运输框架结构见图2。

图2-扁担梁结构改造设计运输框架结构示意图

采取扁担梁结构进行运输框架的改造设计，现场进行SPMT小车装置运输以及导管架装船运输两个阶段的工程情况监测，采集这两种情况下导管架的极限负载数据，结合数据进行强度校验。依据测算，这种改造设计方案符合作业强度要求。这种改造设计方案的优点在于将现场闲置结构进行充分利用，对于改造设计工程所需的人力物资资源使用都实现了较好控制，有效节约了大量建设成本。同时改造工程进程迅速，大大节约了工程期限。同时，这种改造设计有效解决了非滑道的工程平台区域内设计导管架运输结构中，导管架结构与SPMT小车装置之间的连接问题。此外，该方案对扁担梁结构进行了调整，可以在类似结构中进行反复使用。

2导管架结构改造设计的优化分析

2.1导管架结构改造设计的优化基础情况

在针对导管架结构对海洋工程运输框架的改造，在实践操作中还存在一定的技术问题和困难。以导管架为中心的运输框架优化，未能全面地考量到桩基结构与基础结构的相互作用体系的优化，相较于陆地上的运输框架结构具有一定的特殊性，会遭受海上风浪、海流以及地震等自然气候问题的环境负载，同时桩基结构还与海底土的入土深度以及海底土特性具有直接的相互作用与影响。这些问题都是框架优化需要进一步解决的重点。

2.2导管架结构运输框架的改造优化约束处理

对于以导管架结构为中心的运输框架改造优化，要进行必要的约束处理。由于海洋工程的运输框架长期处在海洋环境中，而海底地质条件以及海洋环境都极为复杂，因此对于导管架结构运输框架改造优化的约束处理要考量多重要素。首先，框架改造优化的约束处理种类非常多，主要包括框架结构自身的强度监测、刚度测试以及框架整体稳定性等要素的约束处理；还包括桩基结构以及土质特性的相互作用约束，具体指桩基结构的承载力大小等要素。其次，框架改造优化的约束处理条件限制较多，在同类型的约束处理中，针对某项受力作用约束，即使仅仅为局部的约束处理，也具有多种类、大数目的问题，处理起来较为繁琐；最后，框架改造优化的约束处理中，对于桩基结构与框架接触连接部位的承载力约束也是一大技术难点。结合以上多重考量要素，对于导管架结构运输框架的改造优化约束处理，应当以受力约束处理、桩基结构承载力约束处理以及结构参数比的约束处理为重点进行。

3海洋工程运输框架的改造优化设计的常用软件程序

在海洋工程运输框架的改造优化设计中，通常是以目前发展较为成熟的SAP93结构分析软件及其相应的算法优化软件为改造设计的基础程序。在优化设计中，采取包括环境负载测算程序LDC、桩基结构参数计算程序PFC、工程数据转换测算程序DT以及改造优化设计建模程序OPM等在内的软件程序推进具体设计与计算操作流程。采取以上软件程序进行总体改造设计的具体流程见图3。

图3-海洋工程运输框架改造设计流程图

采取上述流程进行具体改造设计，可以时间约束处理条件数目的大幅度降低，有效提高框架改造设计的模型优化求解效率以及项目工程整体优化效率。同时，依托程序进行建模改造设计，可以实现不仅仅依赖于算法优化以及初始值设计优化，而是将目标函数收敛在极小值，具有合理性与实用性，能够为海洋工程运输框架设计带来较为显著的经济效益。

结束语

海洋工程的运输框架改造优化课题的内容极为丰富，本文仅就导管架装置的扁担梁结构优化方案进行了具体分析。在未来的研究中，结构优化设计理论的完善与工程实践应用方面还会有进一步的发展。

参考文献

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