导管架下水驳船尾部结构设计与强度分析
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摘 要：导管架下水过程中，下水驳船尾部结构承担了大部分导管架重量载荷，因此导管架下水驳船尾部结构设计至关重要。文章以一艘18000t级导管架下水驳船为例，对其尾部结构设计进行了阐述和研究;并通过有限元分析方法，对其进行了强度校核。为以后导管架下水驳船设计提供了宝贵的参考。
关键词：导管架下水驳船;尾部结构设计;强度校核
中图分类号：U674.183 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）10-0084-02
Abstract： In the process of jacket launching， the tail structure of the launching barge bears most of the jacket weight load， so the design of the tail structure of the jacket launching barge is very important. Taking an 18000t jacket launching barge as an example， the tail structure design of an 18000t jacket launching barge is expounded and studied， and its strength is checked by finite element analysis method. This study provides a valuable reference for the design of jacket launching barge in the future.
Keywords： jacket launching barge; tail structure design; strength check
引言
近年，随着海上油气开采的日趋增多，资源开发向海洋进军已成为必然趋势。目前，水深300m以内海域的油气平台均为固定导管架形式，导管架滑移下水均采用下水驳船，其设计和建造也受到越来越多的关注。
导管架下水时，先通过压载系统将驳船调载至艉倾特定角度，以使导管架重力产生的下滑力与导管架与滑道之间的动摩擦力相等，再使用推拉装置克服初始静摩擦力，使导管架滑移入水，通过摇臂翻转与驳船分离就位。
通过分析可知，在下水过程中，船体尾部结构承担了大部分导管架重量载荷，因此尾部结构设计至关重要。本文以一艘18000t导管架下水驳船为例，介绍了其尾部结构设计，并进行了强度分析，为以后此类工程船舶设计提供参考。
1 尾部结构设计
本文研究的为一艘18000t导管架下水驳船，船长180m，最大导管架下水能力18000t，最大运输载重30000t。
根据导管架下水功能需求，尾部结构有如下特殊设计：
（1）在两个摇臂安装区域，尾部结构设置倾斜甲板，以适应摇臂安装及翻转功能，范围为船体纵向FR0～FR6，船体横向左右舷分别距船中3m～15m。
（2）摇臂安装位置端部FR6处和FR10处，设置水密横舱壁，增加横向强度并对纵向构件进行支撑，以对尾部区域进行加强，横舱壁骨材为垂向布置。
（3）两个摇臂安装区域两侧距船中3m和15m处，分别设置纵舱壁，以提高尾部纵向强度。纵舱壁范围由尾部FR0至FR10，两面分别布置垂向骨材和纵向骨材。
（4）除距船中10.5m和18m全船纵舱壁连续延伸至尾部FR0处外，在距船中6.75m处增设非水密纵舱壁，骨材为垂向，范围由FR0至FR6，以减少纵向舱壁间距，增加纵向强度。
（5）船中处，增设中纵舱壁，由FR0至FR10，骨材方向为纵向，增加纵向强度。
（6）摇臂翻转轴位于约FR0+800mm处。在FR0+1600mm处，设置非水密横舱壁，对翻转轴进行支撑，并增加横向强度。并且在摇臂翻转轴范围内加大构件尺寸，以保证局部强度。
通过以上特殊设计，对尾部结构进行加强，以保证下水过程中，驳船尾部强度满足需求。
2 尾部结构有限元仿真计算
2.1 尾部结构计算方法
尾部区域结构复杂，设计工况和载荷与常规船舶不同，需要采取有限元分析方法来验证其结构强度。尾部区域舱室均为压载舱，因此可采用CCS的《油船结构强度直接计算指南》（以下简称《指南》）来进行强度分析。
2.2 有限元模型
本文采用SESAM-GENIE计算软件进行尾部区域结构有限元分析。选取尾部3舱段建模（具体区域见表1），板厚采用实际板厚，板材及横框架腹板采用板壳单元，纵骨、横框架面板及加强筋采用梁单元。边界条件依据CCS《指南》选取。
2.3 设计工况
导管架下水过程中，重量逐步由全船转移至尾部，导管架与摇臂脱离那一瞬间，所有重量均由尾部承担，对尾部结构强度影响最大，为最危险工况。
根据导管架下水运动分析，18000t导管架下水时，船体艉倾约9.8°，船艉吃水25.087m。
装载不同尺寸的导管架，滑道和摇臂在甲板上有不同的布置方案（见图1），选取三种典型布置为不同的设计工况。
（1）工况1：摇臂距船中6000mm。
（2）工况2：摇臂距船中9000mm。
（3）工况3：摇臂距船中12000mm。
2.4 计算载荷
2.4.1船体自重
尾部区域总重量约为9974t，其中船体重量8974t，下水设备、舾装设备、轮机设备与管系、电气设备与电缆等的重量约1000t，由于模型的重量小于船体实际重量，故修改船体材料密度，以使模型重量与实际重量相等。
2.4.2 浮力
依据导管架下水运动分析，下水工况，船体艉倾约9.8°，船艉吃水25.087m。浮力以面载荷方式加载到模型中。
2.4.3 压载舱水压力
压载舱水压力根据装载工况选取，设计水压头为液面高度加2.5m，以面载荷方式加载到模型中。
2.4.4 导管架重量
根据导管架下水运动分析，考虑到海水浮力对导管架的支撑，导管架重量取0.8*18000t。导管架下水时，将与摇臂产生摩擦力，摩擦系数为0.06。
2.5 计算结果
船体结构包括普通钢和高强度钢H32，普通钢的屈服应力为235N/mm2，材料换算系数取为1，高强度钢的屈服应力为315N/mm2，材料换算系数取为0.78。
有限元分析结果需校核屈服强度和屈曲强度。对于屈服强度，依据CCS《指南》，不同位置分类结构的屈服许用应力不同。对于屈曲强度，采用CSR油船共同规范，同时要求材料使用系数（UC值）小于1.0。
强度校核判定只选取尾部一个舱（FR0～FR10）。屈服和屈曲强度校核结果如表2和表3所示，UC值均小于1.0，设计满足要求。
3 结束语
导管架下水驳船作为专业功能的海洋工程船，本文以某18000吨导管架下水驳船为例，就其特征尾部结构的设计方法进行了阐述和研究，并通过有限元分析进行了强度校核验证，介绍了下水驳船尾部结构的设计和强度校核方法。为以后的下水驳船设计及使用提供一定的参考。
参考文献：
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