1、大型结构物运输设计,2010年5月28日,2,前 言,大型结构物包括导管架及上部模块。从安装设计角度来讲，结构物的海上运输需要考虑四个方面的问题： 一、驳船稳性 二、拖航分析 三、结构物固定 四、驳船局部强度,3,一、驳船稳性,船舶在外力作用下偏离其平衡位置而倾斜，当外力消失后，能自行回 到原来平衡位置的能力，称为船舶稳性。 船舶的稳性分为静稳性和动稳性： 静稳性包括： 1) 初稳性（小倾角稳性）一般指倾斜角度小于100150或上甲板边缘开始入水前的稳性； 2) 大倾角稳性一般指倾角大于100150或上甲板边缘开始入水后的稳性； 3) 破舱稳性船舶一舱或数舱破损后仍然保持一定的稳性。 动稳性：
2、静稳性都是假定外力矩逐渐作用在船上，船在倾斜过程中，外力矩保持等于复原力矩，船倾斜得很慢，因而认为角速度等于零。当外力矩不再增加时，船即平衡于某一横倾角1(静横倾角)，实际上船舶在航行时经常受到外力矩的突然作用，在倾斜过程中具有一定的角速度，在达到横倾角1时船舶仍然继续倾斜至一个最大的横倾角2(动横倾角)。,4,一、驳船稳性,1、计算软件稳性计算使用MOSES软件，需要计算驳船的完整稳性和破损稳性。船舶MOSES模型 驳船稳性计算需要的资料：1) 船舶总布置图2) 型线图（或型值表）3) 稳性计算书4) 舱容图及舱容表5) 静水力曲线6) 全套结构图纸7) 总体说明书 MOSES船舶模型坐标系
3、,5,一、驳船稳性,2、规范(ABS/DNV)对于驳船稳性计算的要求： 吃水：一般要求为型深的35%60%，有特殊要求的以要求为准； 横、纵倾角：如驳船可调载，应使横倾角为00，不能调载的驳船应调整货物位置使横倾角度最小；纵倾通常选取艉倾，角度为水线长的1%；驳船的稳性消失角40 degrees； 设计风速：完整稳性取风速100Kn (50m/s)，破舱稳性取风速50Kn(25m/s) 调载方案：对可调载船舶，参与调载的压载舱应尽量少，并要求尽可能使舱内充满水(95%以上)，其他则为空舱(5%以下)，以使舱内自由液面对稳性的影响最小，在舱内压载水为50%时，自由液面的影响最大，因此尽可能的避免
4、舱内50%左右压载水情况； 破舱选择：破损舱应选择对船舶稳性最不利的位置，通常是船头或船尾舱室； 稳性曲线：包括驳船完整稳性和破舱稳性曲线。,6,一、驳船稳性,7,一、驳船稳性,8,一、驳船稳性,3、计算总纵强度在稳性计算的同时，驳船的总纵强度也需要考虑。MOSES中用来计算总纵强度的命令：moment -wave 110 26.83 55 -allow 175 200110波长，一般取波长等于船长，26.83坡陡，波长/HS(有义波高，一般根据详设规格书取值)，55表示波峰在作用船上的位置（船中），175总纵强度许用应力（MPa），200船体形变(mm)，一般情况下变形不大于200mm。,9
5、,一、驳船稳性,上面是两个总强度应力比沿船长方向的变化曲线，是同一条船同一种工况在不同计算方法下的结果。1) 结构物的重量集中在驳船上一点，造成局部弯矩突变。2) 根据结构物的重量分布情况，将重量合理分布于驳船上。这种方法比较符合实 际船体受力。,10,二、拖航分析,拖航是指将结构物由建造场地拖运到海上安装现场，有时要越洋拖航，这样可能遇到很大的风浪。拖航分析的主要目的是得到结构物在拖航过程中的总体变形及应力、杆件内力、节点力等，看其是否在允许范围内。 结构物拖航分析要考虑以下几个方面：1) 拖航驳船与结构物系统的静稳定性分析；2) 驳船与结构物系统的动稳定性分析，其中包括船舶的完整稳性和破损
6、稳性两 种工况；3) 驳船与结构物系统动力运动响应分析。 结构物拖航分析需要考虑的计算步骤： 1、拖航时应考虑的计算参数（参考技术规格书）：1) 海况条件：波谱、有义波高、有义波周期；2) 拖航时船舶状态：平均吃水、倾角；3) 风载荷；4) 在风力作用下的最大倾角；5) 结构物的重心位置；,11,二、拖航分析,6) 波浪方向，通常考虑00、450、900 3个方向。7) 在没有详细实测海浪谱的情况下，可以按照下面条件进行估算船舶的运动响应，即船舶的最大横摇角为200，最大纵摇角为100或者12.50，周期都是10s，升沉加速度0.2g。 2、结构模型用于拖航分析的结构物数据应是施工图数据，附属
7、构件应考虑在内，结构物的回转半径应计算出来。建模使用SACS软件，用于拖航分析的模型可以对起吊分析的SACS模型进行修改，成为运输的模型文件。根据船体坐标调整结构物的竖直方向坐标，并且根据稳性计算的结果，确定导管架的摇摆中心。,12,二、拖航分析,SACS FEM MODELING,13,二、拖航分析,3、运动响应分析对于重量较小的结构物，一般都按照技术规格书的要求估算船舶的运动响应，即船舶的最大横摇角为200，最大纵摇角为100或者12.50，周期都是10s，升沉加速度0.2g，此时结构的本身都满足强度的要求。对于重量较大的结构物，如果按照横摇200、纵摇100或者12.50、周期10s、升
8、沉加速度0.2g的条件，其强度很难满足要求。这时就需要进行总体运动响应分析。 运动响应分析要考虑以下几个方面： 1) 坐标系：采用运输驳船的坐标系； 2) 计算程序：a) 计算船舶运动的角速度和角加速度，由MOSES频域分析得出；b) 计算结构的杆件应力和节点力，将船舶运动的加速度输入SACS程序中，由SACS程序分析得出。,14,二、拖航分析,运动响应分析模型,15,二、拖航分析,运动响应曲线图,16,三、结构物固定,结构物的固定分为两种情况：导管架、组块的固定和钢桩、隔水套管&海管的固定。1、导管架、组块的固定导管架、组块装船固定主要有形式，包括筋板固定和加临时斜撑等。1) 加临时支撑时，
9、可以将临时支撑作为结构的一部分模拟到模型中一起 进行强度校核。2) 加筋板固定时，需要对导管架或者组块与垫墩或者滑靴之间进行固定。根据规范，需要对筋板的受压、剪切和压弯组合强度进行校核。剪切需考虑水平和竖直两个方向的剪切应力，还必须靠校核焊缝强度。3) 垫墩与船体、滑靴与滑道之间的筋板校核与上述要求一样。,17,三、结构物固定,18,三、结构物固定,2、钢桩、隔水套管&海管的固定。对于钢桩、隔水套管&海管装船固定一般采用加边挡的方式，只需对边 挡进行校核，焊缝的强度也要考虑。1) 计算方法a) 载荷组合采用下面两种方式：横摇+升沉+结构自重；纵摇+升沉+结构自重。b) 计算允许应力可提高1/3
10、。c) 运动幅值，从技术规格书中查找。如无数据资料，可参考下表：,19,三、结构物固定,2) 力的计算公式横向力：纵向力：横摇时的垂向力：纵摇时的垂向力：,式中 W：货物重(tons)； g：重力加速度(m/s2); ：横摇振幅（rad）； T：横摇周期(s)； ：纵摇振幅(rad)； T：纵摇周期（s）；h：升沉振幅（m）； Th：升沉周期（s）；z：平均水线至货物重心的垂直距离（m）；y：船中心线至货物重心的横向距离 (m)；x：从纵摇轴至货物重心的水平 距离（m）；,20,三、结构物固定,3) 边挡校核将横向边挡模拟为SACS模型，运用SACS软件进行线性分析。,21,四、驳船局部强度,
11、船体强度通常分为总纵强度和局部强度。在第一节稳性计算时已经对驳船的总纵强度进行了评估，本节只作船体局部强度评估介绍。对船体局部结构进行强度评估基于三维结构的有限元线性分析，采用ANSYS或者SESAM软件。用两节点的线单元和三或四节点的板/壳单元描述船体结构已经足够，下表是常用的单元类型：,22,四、驳船局部强度,1、结构建模船体的各类板、壳构件，强框架、纵桁、平面舱壁桁材等的高腹板用四节点板壳单元模拟，尽量少用三角形单元。,Finite Element Model of HYSY221（with skidway）,23,四、驳船局部强度,2、应力评估最大需用应力的规定应基于网格尺寸和单元类型，一般采用Von Mises应力衡准。采用CCS船体强度规范如下表：,谢 谢！,
