2020大型海工结构物运输和浮托安装分析指南.docx

《2020大型海工结构物运输和浮托安装分析指南.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020大型海工结构物运输和浮托安装分析指南.docx（35页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、大型海工结构物运输和浮托安装分析指南2020第1章通则1第1节一般规定1第2节定义与缩略语1第2章设计环境条件2第1节一般规定2第2节气象限制性作业2第3节非气象限制性作业2第3章装船分析3第1节一般规定3第2节分析准则3第3节结构物强度分析3第4节系泊分析3第5节其他要求4第4章海上运输分析5第1节一般规定5第2节环境条件5第3节稳性分析7第4节运动响应9第5节驳船总纵强度分析10第6节运输结构分析10第7节其他要求11第5章导管架滑移下水分析12第1节一般规定12第2节分析准则12第3节下水动力分析13第4节下水结构分析13第6章导管架扶正分析15第1节一般规定15第2节分析准则15第3节

2、扶正分析16第4节结构分析17第7章组块浮托安装分析18第1节一般规定18第2节环境条件18第3节气候窗口分析19第4节驳船稳性和总纵强度分析19第5节系泊分析20第6节对接分析21第7节进船和退船分析23第8节计算结果处理24第9节结构分析25附录26第1节导管架下水分析流程和示例26第2节导管架扶正分析示例31第3节浮托安装的气候窗口分析示例33第1章通则第1节一般规定1.1.1 本指南是中国船级社(以下简称“ccs”)为大型海工结构物(大型固定平台的上部组块、导管架结构)装船、运输和浮托安装分析提供技术服务的指导性文件。1.1.2 本指南明确了大型海工结构物在进行装船分析、海上运输分析、

3、导管架滑移下水分析、导管架扶正分析和组块浮托安装分析时的技术要求。1.1.3 本指南参考或引用了以下规范/标准：(1)中华人民共和国国家经济贸易委员会，海上固定平台安全规则；(2) CCS,海上拖航指南：(3) CCS,钢质海船入级规范第2分册-船体；(4) IMOIntactStabilityCode,IMOIntactStabilityCode；(5) DNVGL-ST-N001,MarineOperationandMarineWarranty；(6) APIRP2A-WSD,RecommendedPracticeforPlanning,DesigningandConstructingFi

4、xedOffshorePlatformsWorkingStressDesign；(7) APIRP2SK,DesignandAnalysisofStationkeepingSystemsforFloatingStructureso第2节定义与缩略语1.2.1 定义除另有规定外，本指南有关定义如下：(1)对接单元(LegMalingUnits),简称LMU,系指上部组块和导管架之间的连接单元，也是耦合分析需要关注的关键部位；(2)组块支撑单元(DeCkSupportUnits),简称DSU,系指上部组块和支撑框架之间的接触单元。DSU内部一般装置缓冲件或吸收、减轻冲击能量的沙盘。当上部组块即将完

5、成载荷转移时，DSU内的缓冲件开始发挥作用，以缓解上部组块与支撑框架之间的碰撞；(3)组块支撑框架(DeCkSupportFrame),简称DSF,系指上部组块在建造场地或在驳船上的支撑结构；(4)护舷(FENDER),系指安装在导管架或者驳船舷侧，为减缓船舶与导管架之间碰撞的装置，同时也对船的横/纵向运动有所限制。1.2.2 缩略语本指南的缩略语含义见表122。缩略语含义表1.2.2缩略语含义MSL平均海平面(MeanSeaLevel)RAO幅值响应算子(ResponseAmplitudeOperator)GMT横稳性高(TransverseMetacentricHeight)GML纵稔性高

6、(LongitinalMetacentricHeight)MPME最可能极大值(MostProbableMaximumExtreme)第2章设计环境条件第1节一般规定2.1.1 本章给出了海上作业（安装）设计环境条件选取的一般标准。2.1.2 设计环境条件应根据海上操作基准时长选取，海上操作基准时长包括计划时间和应急时间。2.1.3 海上作业根据操作基准时长的不同分为气象限制性作业和非气象限制性作业。2.1.4 海上作业环境条件要素包括但不限于风、波浪、流、潮汐等。2.1.5 海上运输和浮托安装的设计环境条件选取原则分别在4.2节和7.2节中给出。第2节气象限制性作业2.2.1 操作基准时长在

7、72小时以内的海上作业可定义为气象性限制作业。2.2.2 若能在48小时内进入合适遮蔽点或有足够的移动速度以躲避预报有恶劣天气的区域，操作基准时长大于72小时的作业也可划分为气象限制性作业。2.2.3 对于气象限制性作业，在拥有足够气候窗口和可靠气象预报的前提下，设计环境条件的选取可独立于极值统计数据。第3节非气象限制性作业2.3.1 除2.2节提到的情况外，操作基准时长大于72小时的海上作业一般定义为非气象限制性作业。2.3.2 对于非气象限制性作业，可参考以下环境极值统计数据作为设计环境条件。非气象限制性作业的环境条件推荐极值表232操作基准时长风浪和流基准时长W3天5年一遇月极值3个月一

8、遇月极值3天基准时长W7天10年一遇月极值1年一遇月极值7天基准时长1个月25年一遇月极值10年一遇月极值1个月V基准时长Wl年75年遇月极值50年一遇月极值基准时长1年100年一遇月极值100年一遇月极值第3章装船分析第1节一般规定3.1.1 大型海工结构物一般采用整体拖拉装船。本章适用于大型导管架和组块的拖拉装船分析。3.1.2 装船分析包括：稳性分析、驳船总纵强度分析、装船调载能力分析、结构物强度分析；若装船作业时长超过72小时，还需进行系泊分析。3.1.3 装船作业一般在72小时内完成，属于气象限制性作业，可根据可靠气象预报选取设计环境条件。第2节分析准则3.2.1 稳性(1)初稳性高

9、一般要求大于1.0m,任何情况下不得小于0.3m；(2)装船期间船舶的最小干舷为0.5m加上作业期间的预期最大波高的50%o3.2.2 总纵强度(1)装船过程中，压载和载荷转移引起船体重量分布发生变化，需进行总纵强度校核；(2)工程中一般将静水弯矩庾切力与其许用值进行比较，判断其总纵强度是否满足要求，并采用在港作业的许用值。3.2.3 装船调载能力(1)调载能力指的是船舶压排载泵的能力，并根据现场操作情况和事故应对措施等考虑一定的冗余能力；(2)调教能力与货物重量、潮汐情况、装船时间密切相关。即在装船时间窗口内，调载能力既能满足装船过程中调节浮态的要求，也能在潮汐变化时调整船的吃水以保持驳船上

10、滑道与码头滑道的平齐。第3节结构物强度分析3.3.1 装船结构分析中，结构物和码头(船)之间的支撑用只可压缩单元模拟，当结构物某些支撑节点与码头(或船)之间间隙增大时，该节点失去支撑而不受力。3.3.2 拖拉装船时由于潮汐和波浪的作用，码头与驳船上的滑道上端存在一定的高度差，被拖结构物在强度校核时需考虑装船过程中船的垂向运动引起的对齐误差。工程中通常考虑驳船有土20-25mm的升沉运动。3.3.3 结构分析需考虑结构物被拖于不同位置的工况，并考虑上述误差。3.3.4 杆件和节点应力应根据相关规范进行校核。第4节系泊分析3.4.1 若装船操作时长超过72小时，则系泊缆强度应满足表7.5.2的要求

11、，系泊分析需考虑完整工况和单根系泊缆破损工况。3.4.2 系缆桩、系柱、导缆器及其基座结构上的最大计算载荷应不小于最大系泊张力，其安全系数不应小于系泊缆完整状态下的强度安全系数。安全系数可按以下公式计算：安全系数=额定安全工作载荷/最大计算载荷3.4.3 若与码头之间的系泊力由绞车制动器控制，则绞车制动器的承载力应超过最大系泊缆张力（包括完整和破损工况）的1.2倍。第5节其他要求3.5.1 导管架或组块的拖拉装船时间是决定装船是否可行的重要因素。组块装船时间一般小于5小时，即要求码头潮位能满足连续可操作时间超过5小时的要求。而导管架装船时间与导管架长度有关，一般小于10小时。3.5.2 装船过

12、程中，船底的泥面间隙一般要求大于1.0m。第4章海上运输分析第1节一般规定4.1.1 本章适用于导管架和上部组块的运输分析，其他海工结构物的运输分析可作为参考。4.1.2 海上运输分析包括：稳性分析、运输船/驳船总纵强度分析、运动响应分析、结构物强度分析。4.1.3 典型海上运输设计分析流程如图4.1.3所示。注：图中*表示在拖航时考虑图4.1.3典型海上运输分析流程图第2节环境条件4.2.1 海上运输的设计环境条件应选择非台风期，环境要素主要考虑波浪和风。4.2.2 如无有义波高对应的周期数据时，可参考如下公式确定谱峰周期的范围:1.56jl3HT.56回可式中：Hs一一有义波高，m；Tp谱

13、峰周期，s；V航行速度，m/s；一一航行方向（0为迎浪，180为随浪），dego4.2.3 通常情况下，船舶在极限海况条件下的航速很低或者为零，波浪参数可考虑有义波高和一系列谱峰周期的组合。4.2.4 对于时间为30天（或更长）的远洋运输，设计环境条件一般采用十年一遇月极值。4.2.5 对于少于30天的海上运输作业，设计环境条件采用十年一遇月极值较为保守，可根据暴露于恶劣海况的时间进行调整。当调整后的10%风险水平的极值小于一年一遇月极值时，应采用一年一遇月极值作为设计的最小值。4.2.6 调整极值的计算方法：特定航线区域的风速或者有义波高不超过某个值的概率可以表示为累计概率分布，如Weibu

14、ll分布。对于波浪，运输作业在约3小时（风为1小时）内遇到的有义波高（或风速）小于某个值X的概率由FX（X）给出。若穿越航线区域需要M小时（暴露于恶劣海况的时间），并假设连续波高和风速事件是独立的，则不超过值X的概率可用FX（x）N给出，式中N=MT,对于风T=I小时，波浪T=3小时。则在该特定航线区域（平均每10次运输）遭遇风速或者有义波高达到或者超过设计极值的概率为0.K即按照l-FX（x）N=0.1,可计算出航行/拖航十次运输的极值。这个值也被称为运输作业调整后的极值，风险水平为10%.该方法也可得到更低风险水平的极值（如1%或5%）。4.2.7（1） 外；（2） 影响时，：确定暴露于恶

15、劣海况的时间应考虑以下因素：运输作业的最初48小时可假定为由可靠起航气象条件预报，这段时间可排除在根据航线上各区域的月平均波高调整航速；计算各航线区域平均海况对航速的平静气象条件下的航速应乘啜率汽为式中：b可导致运输完全停止的波高，m；对于驳船通常为5m,其它船舶为8m；Hm该航线区域的月平均波高，m。（3）若航线区域存在海流，则应考虑平均海流对于运输速度的影响，即按运输方向进行矢量分解；（4）通常考虑最少暴露时间为3天。4.2.8环境条件降低环境条件降低是指在航行过程中由于驳船有能力在极限海况下迎浪或随浪航行，从而可在分析时考虑其它方向上有义波高的适当降低。环境条件降低后各个浪向上有义波高可

16、参见表4.2.7。考虑环境条件放松时，驳船舶必须为具有冗余推进系统的自航船舶。即：至少两个独立主机；至少两套独立燃油供给系统；至少两套独立电力传输系统；至少两个独立配电板；至少两套独立操舵系统，或者有一种对单操舵系统的其它方式（不包括不能从舰桥操作的应急操舵系统）；假设任意一个推进器失效后，考虑货物的风载，驳船仍具有在设计风暴条件下维持预期航向的能力。不同浪向下对海况的降低要求表4.2.8浪向(迎浪为O0)有义波高(占设计值的百分比)030100%(3060)100%与80%之间线性插值6080%+(6090)80%与60%之间线性插值9060%(90120)60%与80%之间线性插值1208

17、0%(120o150)80%与100%之间线性插值(150180)100%第3节稳性分析4.3.1完整稳性衡准(1)稳性消失角不得小于表4.3.1给出的数值。若离港和到港状态或任何中间状态之间存在较大的差别，如吃水和压载变化等，则应考虑最危险的情况；稳性消失角表431驳船或被拖物总长L(m)型宽B(m)稳性消失角()大型和中型自航船舶LN76,且BN2336大型驳船L276,且B2336小型驳船Lv76,且B2340小型自航船舶L76,且B2004.01.5第4节运动响应4.4.1 运动响应是进行绑扎方案设计和结构完整性校核的基础；可通过水动力分析、模型试验或使用默认/推荐运动值得到运动响应设

18、计值。4.4.2 采用水动力分析方法获取运动响应时，应注意：（1）设计海况的确定可参考4.2节，小于设计波高并处于船舶横摇和/或纵摇固有周期的波高也应考虑。至少应考虑以45为间隔的O0“80浪向下的船舶运动响应分析；（2）通常不允许利用自由液面修正来降低稳性高度以增加横摇固有周期，任何降低稳性高度的影响应在稳性计算中予以考虑；（3）水动力分析方法基于二维切片理论/三维势流理论进行水动力计算得到运动RAO,然后通过统计预报得到最可能极值。4.4.3 若有可靠（通过审查）的模型试验结果，则可利用模型试验得出运动响应。应考虑模型试验的比例效应，一般将试验值增加10%或一个相互认可的值。4.4.4 如

19、果既没有进行运动响应分析，也没有模型试验结果，根据标准建造并且满足良好航海程序时，可以接受以下标准，如表444所示。缺省的运动响应标准表表4.4.4运输类型工况L(m)B(m)L/B方形系数循环周期（s）单振幅（）垂荡横摇纵摇非气象限制1140且30-76且23-任意102012.50.2g376或232.50.91030150.2g420.9255W76或W232.50.91030300.2g6五0.92525非温和水域的气象限制7任意22.5任意101050.1g性作业，持续时间24小时（对于LB1.4,使用非气象限制工况）8任意2.5,21.4任意101()100.1g温和水域的气象限制

20、性作业（对于LB1.4,使用非气象限制工况）9任意22.5任意1052.50.1g10任意2.5,5:1.4任意10550.1g内陆和遮蔽水域运输（对FLB1.4任意静态在两个方向形成等效的0.1g加速度0.1g注：表中L表示水线长度，B表示最大水线宽度。4.4.5 风载引起的运动（1）除考虑波浪诱导运动外，还需考虑风载引起的运动；（2）风载对运动的贡献主要体现在：风引起的风倾角对横摇（或纵摇）的增加，以及横摇（或纵摇）产生的重力加速度的分量，即横向（纵向）加速度的增加；（3）计算风载引起的运动通常采用一分钟阵风，并保守认为风引起横摇（或纵摇）运动和波浪诱导运动的线性叠加；（4）一般情况下，风

21、引起的运动只是很小的一部分。在稳性较好而受风面积不大的情况下，如不便计算风倾角，则可在波浪引起的最大运动响应的基础上，增加2%3%作为设计运动参数。第5节驳船总纵强度分析4.5.1 驳船的总纵强度的校核方法包括规范校核法、直接计算法、规则波计算法和许用强度法。4.5.2 规范校核法指参考QCS钢质海船入级规范第2篇第2章进行总纵强度校核。4.5.3 直接计算法基于三维绕/辐射势流理论，计算作用在船体上的水动力，获取波浪诱导的船体剖面剪力/弯矩的传递函数。然后根据海况条件，采用谱分析方法对驳船遭受的载荷进行预报。由于运输过程一般较长，需基于运输海域的波浪散布图进行长期统计预报。4.5.4 规则波

22、计算法指用最大设计规则波计算驳船所承受的波浪弯矩和剪切力。规则波的波长取船长，规则波的位置可沿船的长度方向选取若干个，以期得到最恶劣的载荷工况。4.5.5 采用许用强度法只需校核静水状态的总纵强度。总纵强度的许用范围，可分为在港作业和航行状态两种工况。第6节运输结构分析4.6.1 一般要求（1）货物（导管架和组块）必须有足够的强度以承受惯性载荷和风载荷，以及外伸出船舶所导致的额外载荷（参见4.7.1）；（2）绑扎件必须设计为能够承受运输过程中的外载荷，以及航行中驳船的变形（主要为纵向弯曲所致）；（3）在绑扎件/支撑结构的设计中，若计算得到的设计载荷小于表4.6.1中的“最小绑扎力”，则必须使用

23、表中的数值。最小绑扎力表4.6.1方向运输货物重量W（ton）100l(X)WIO(X)10(X)W505000W100001(XXX)W20020000W4(XXX)40000所需最小绑扎力*w横向10%10%10%10%10%注5%纵向5%5%5%5%注注1.5%注：对于20000W40000吨，取（15-W/4000）%；对于IoOOOWQOOOO吨，所需的纵向最小绑扎力必须不低于（7.5-W/4000）%；对于20（XX）W0.0m*0.0m*扶正后而未坐底前，横向和纵向稳性高0.5m0.2m注：*表示在扶正过程中，导管架在一定的时间段可能会出现纵向不稳定的状态。在评估此状况无不良后果

24、并让各利益方获悉后，这种短时间的失稳也是可以接受的。6.2.3 导管架的泥面间隙在扶正过程中，导管架结构及附属构件的最小泥面间隙应满足表6.2.3的要求。导管架的最小泥面间隙要求表6.2.3工况完整破损自由漂浮状态；以及自扶正导管架在扶正过程中；大于10%水深或5m,取其大者2m通过可控压载进行扶正期间，无论有无起重机辅助5m2m6.2.4 起吊能力扶正过程中浮吊的起吊重量和高度应在其能力范围之内。6.2.5 强度（1）导管架、吊耳、吊具等应力应满足规范要求；（2）校核吊点和吊点附近的结构时，考虑2.0倍的载荷动态放大系数；而其它结构考虑1.35倍的载荷动态放大系数；（3）吊索上的张力应小于其

25、额定安全工作载荷。6.2.6 敏感性分析以上要求应考虑导管架的重量误差、重心偏移误差等情况，确保导管架在这些参数发生微小变化时，不会对浮态和扶正的可操作性有影响。重心偏移误差一般考虑XCg0.3-0.5n,Ycg0.30.5n,Zcg0.5-1.0Tn的组合（其中Z为导管架高度方向，X/Y为水平方向），重量误差考虑3%5%。第3节扶正分析6.3.1 一般要求本节适用于吊机辅助方式的扶正分析，分为静态分析和动态分析。6.3.2 扶正静态分析（1）静态分析的目的是获取扶正的操作流程方案，即吊机提升/下放和充水的步骤和幅度，并校核其可操作性；（2）静态分析实际上是对每一次吊机和（或）压载的操作进行平

26、衡位置的求解，并确定每一步导管架的压载量和泥面间隙，以及吊机的高度和吊重。静态分析的流程和示例参见附录8.2o6.3.3 扶正动态分析（1）动态分析的目的是考察起吊船的波浪诱导运动对扶正的影响；（2）分析流程：从静态分析中选取若干个特征状态，获取该状态下吊钩高度、导管架浮态、充水状态等信息，求解系统的平衡状态，在此平衡状态下进行动态分析；（3）动态分析可采用频域分析方法或时域分析方法。（4）若进行频域分析，则需计算起吊船的运动RAO,选取扶正的遭遇海况进行谱分析，预报该海况下的钩头运动和吊钩力；（5）若进行时域分析，则可获取驳船钩头、吊耳处的运动和受力，以及导管架关键点（最小底部间隙位置）的运

27、动时间历程，并经后处理得到设计值。第4节结构分析6.4.1 分析工况考虑扶正过程中若干个特征姿态作为分析工况进行导管架结构分析；一般按导管架转动角度选取（如导管架转动每隔5或10）。6.4.2 分析模型考虑导管架浮力、重力、惯性力和水动力（如进行动态分析）等，同时用拉杆单元模拟吊索，在导管架底部水平层方向施加小刚度弹簧约束。6.4.3 强度校核杆件和节点应力应根据相关规范进行校核。第7章组块浮托安装分析第1节一般规定7.1.1 本章给出了大型导管架平台的组块浮托安装分析的准则和方法。7.1.2 本章浮托安装适用于采用运输驳船压载方式进行载荷传递的单船、高位浮托安装分析。7.1.3 浮托安装主要

28、分为三个阶段：进船阶段、对接阶段和退船阶段。浮托安装分析主要针对这三个阶段进行数值模拟。第2节环境条件7.2,1一般要求（1）浮托安装的基准时长通常小于72小时，属于气象限制性作业，设计环境条件的选取可独立于极值统计数据，而采用足够概率下的气候条件；如浮托安装的基准时长预计大于72小时，建议按非气象限制性作业来考虑；（2）浮托安装一般在平静海况下进行，环境条件的选取应注意以下几点：浮托安装对不同季节（月份）和方向的环境条件比较敏感，环境条件应能按季节（月份）和方向分别给出；对于选定浮托安装的环境条件，首先应进行气候窗口分析，用以评估在计划季节（月份）的设计环境条件下可以安全进行浮托安装作业的概

29、率水平；浮托安装环境条件的最终确定应基于以下分析结果：气候窗口分析；运动、间隙、碰撞力分析；驳船、结构物和配件等的强度分析；锚泊或动力定位能力分析；成本效益分析等。7.2.2待机系泊环境条件待机系泊环境条件一般选取一年重现期的月极值，也可根据实际条件进行降低；0待机阶段的限制环境条件一般按如下条件选取：波浪取90%超越概率有义波高；流速选取作业海域观测到的最大流速；限制风速根据系泊缆绳允许的最大拉力确定。O典型待机状态下的系泊环境条件如表722所示。待机阶段系泊的环境条件示例表7.2.2有义波高（m）谱峰周期（三）1小时平均风速（ms）流速(ms)2.506.8510.8512.00.67.2

30、.3浮托安装环境条件（1）浮托安装一般要求在较为平静的海况下进行；为了提高可操作性，通常在不同浪向下限定不同的浪高：在迎浪和随浪情况下，驳船的抗波浪能力较强，可将浪高限定的高一些；对于横浪情况，驳船较容易产生大的运动，对LMU的对接极为不利，需将浪高设定的小一些：斜浪情况介于迎浪和横浪之间。（2）确定限制作业的有义波高等环境参数是确保浮托安装顺利进行的关键因素。可采用以下方法：根据波高和周期分布，进行各浪向下的水动力分析，统计得到对应浪向和有义波高的升沉运动幅值，从而确定各浪向下的限制波浪条件，再根据波高选取对应分布概率的风速和流速；(3)工程中也可参考如下方式选取限制环境条件：风速一般限制在2025kn以下；一般迎浪和随浪的有义波高取1.5m,斜浪取1.0m,横浪取0.5m；海流速度一般限制在12kn以下。(4)浮托安装可假定在低潮位情况下进行；如果在低潮位的压载能力或稳性不足，一般可以按照平均潮位或平均海平面进