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摘要：滑靴是連接上部海洋結(jié)構(gòu)物與滑道之間的一種鋼結(jié)構(gòu)，其主要作用是輔助完成上部結(jié)構(gòu)物的拖拉裝船，一旦項(xiàng)目完工，滑靴即被遺棄。一般一個(gè)項(xiàng)目需要多個(gè)滑靴，這樣將會(huì)造成大量資源的浪費(fèi)。如果根據(jù)所建結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)，對滑靴進(jìn)行改造并重復(fù)利用，不僅可以縮短項(xiàng)目工期，而且節(jié)約大量人力和經(jīng)濟(jì)資源。本文依托QHD32-6CEPI導(dǎo)管架建造項(xiàng)目，改造以往使用過的滑靴，使用ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果滿足項(xiàng)目建造拖拉要求，此改造方法可為今后類似項(xiàng)目起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：滑靴；導(dǎo)管架；ANSYS；改造設(shè)計(jì)

目前海洋石油開發(fā)多采用樁基式固定平臺結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)管架和上部組塊模式，作為能夠提供鉆井、采油、生活供應(yīng)等各種用途的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體是海洋油氣開發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施，是保證海洋石油獲取的關(guān)鍵。而裝船工況是樁基式平臺導(dǎo)管架安裝分析的重要組成部分。在滑移裝船工況中起到重要作用的滑靴是必不可少的部分，其作用是上承組塊或?qū)Ч芗埽陆踊溃喜拷Y(jié)構(gòu)物建造完工，使用拖拉設(shè)備沿滑道將結(jié)構(gòu)物滑移裝船。滑靴一般分為連續(xù)式滑靴和非連續(xù)式滑靴，連續(xù)式滑靴多用于大型導(dǎo)管架臥式建造滑移裝船時(shí)使用，非連續(xù)滑靴一般在導(dǎo)管架立式建造或組塊建造時(shí)使用。一個(gè)項(xiàng)目使用的滑靴有多個(gè)，等項(xiàng)目完工后，滑靴即被丟棄，根據(jù)滑靴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完全可以進(jìn)行局部改造再次重復(fù)利用，這樣不僅節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)間，建造工期，而且經(jīng)濟(jì)效益明顯。本文依托QHD32-6項(xiàng)目CEPI導(dǎo)管架的建造，改造其它項(xiàng)目使用過的滑靴，并對改造的滑靴進(jìn)行強(qiáng)度分析，對今后類似項(xiàng)目起到借鑒作用。QHD32-6項(xiàng)目CEPI導(dǎo)管架有12根導(dǎo)管（12根無傾角），四層水平片。導(dǎo)管架垂直高度為27.8m，底部尺寸為44m×64m，重量約2842t。

1滑靴改造設(shè)計(jì)

1.1改造說明

根據(jù)滑靴受力特點(diǎn)，原滑靴頂蓋尺寸較小，根據(jù)導(dǎo)管架導(dǎo)管腿直徑增大蓋板尺寸，并在其下面增加筋板。圖1為改造后的滑靴，左側(cè)為托點(diǎn)改造，右側(cè)為滑靴連接部分，頂部為滑靴蓋板改造。滑靴尺寸：長l=12000mm，寬b=1060mm，高h(yuǎn)=3600mm；改造后基本尺寸不變；改造前滑靴重量約70t，改造后重量約96t，增加26t。共需改造四個(gè)滑靴，鋼材需求約104t（圖2）。

2工況分析

根據(jù)詳設(shè)文件提供的導(dǎo)管架裝船拖拉工況的支反力，取裝船拖拉最大支反力見表1。由表1可知，B3腿處的裝船工況為最危險(xiǎn)工況，只對其進(jìn)行校核，考慮1.5倍安全系數(shù)。

3基于ANSYS的計(jì)算分析

本節(jié)描述了該改造后滑靴的有限元分析，采用ANSYS軟件。

3.1滑靴頂部強(qiáng)度校核

（1）有限元模型。模型采用SHELL63單元，SHELL63每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度：也就是節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下、方向的三個(gè)平動(dòng)自由度和繞軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，單元大小ESIZE=45mm。分析中使用的單位：長度：mm；力：N。材料屬性：彈性模量=201×103N/mm2；泊松比=0.3；密度=7.85×10-6kg/mm3；屈服強(qiáng)度Fy=355MPa。運(yùn)輸框架有限元模型見圖3。（2）受力與加載。有限元分析中，導(dǎo)管架支反力轉(zhuǎn)換為壓力施加于立柱上，根據(jù)表1最大支反力1401.6t，施加載荷為1401.6t×1.5/2=1057.95t（取安全系數(shù)1.5，對稱約束，取一半載荷），滑靴底部所有節(jié)點(diǎn)固定x、y、z（豎直）方向自由度。由于滑靴結(jié)構(gòu)對稱，因此ANSYS中建立一半模型，施加對稱約束，見圖4。（3）計(jì)算結(jié)果分析。計(jì)算得到滑靴的VonMises應(yīng)力云圖如圖5，計(jì)算結(jié)果顯示，改造后的滑靴，最危險(xiǎn)工況下，滑靴最大應(yīng)力為157.79MPa，小于許用應(yīng)力（F=0.6×Fy=0.6×355=213MPa）。因此，滑靴改造后可用于本導(dǎo)管架。

3.2拖點(diǎn)校核

由于導(dǎo)管架在拖拉過程時(shí)，托點(diǎn)在滑靴克服與滑道的靜摩擦?xí)r受力最大，此時(shí)托點(diǎn)與滑靴連接處可假定靜止，因此提取托點(diǎn)以及滑靴部分結(jié)構(gòu)作為研究對象，使用ANSYS建模進(jìn)行局部強(qiáng)度分析。（1）有限元模型。模型采用solid95單元，solid95是3-D8節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元：該單元由20個(gè)節(jié)點(diǎn)定義而成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度：節(jié)點(diǎn)x，y和z方向的位移。該單元具有空間的任意方向。分析中使用的單位：長度：mm；力：N；材料屬性：彈性模量=201×103N/mm2；泊松比=0.3；密度=7.85×10-6kg/mm3；屈服強(qiáng)度Fy=355MPa。約束拖點(diǎn)有限元模型見圖6。（2）工況。有限元分析中，拖拉載荷施加在拖點(diǎn)孔與卸扣接觸半圓處（取安全系數(shù)1.5），根據(jù)詳設(shè)提供的裝船分析報(bào)告，CEPI導(dǎo)管架總噸位為2842t（含10%重量不確定系數(shù)），考慮摩擦系數(shù)0.2，施加載荷為2842×0.5×0.2×1.5×0.5=213.1t。根絕拖點(diǎn)對稱特點(diǎn)，建立一半拖點(diǎn)，在對稱面上施加對稱約束，在拖點(diǎn)底部和滑靴截面上固定約束x、y、z（豎直）方向自由度，見圖7。（3）分析結(jié)果。計(jì)算得到拖點(diǎn)的VonMises應(yīng)力云圖如圖8，計(jì)算結(jié)果顯示，改造后的拖點(diǎn)，最危險(xiǎn)工況下，滑靴最大應(yīng)力為211.335MPa，小于許用應(yīng)力（F=0.6×Fy=0.6×355=213MPa）。因此，拖點(diǎn)可適用于本導(dǎo)管架的拖拉裝船。綜上所述，本文依托CEPI導(dǎo)管架項(xiàng)目，根據(jù)原滑靴結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)管腿大小，對原滑靴進(jìn)行改造，合理設(shè)置計(jì)算工況，使用ANSYS軟件進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果改造的滑靴以及托點(diǎn)均滿足強(qiáng)度要求，說明改造設(shè)計(jì)方法可行，可為今后類似項(xiàng)目起到借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔曙光，謝桂蘭，邱愛紅，等.ANSYS工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

作者：趙子坤 白鶴 吳強(qiáng) 王羲威 單位：海洋石油工程有限公司