“樁腿樁靴能不能差異化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)減重？”
“應(yīng)該按照傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)樁腿樁靴，畢竟有經(jīng)驗(yàn)有數(shù)據(jù)……”
“差異化設(shè)計(jì)，沒有先例，需要大量試驗(yàn)來論證，耗時(shí)很長還不一定成功?！?/p>
這是中交海峰2500噸自航自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)項(xiàng)目內(nèi)部討論會(huì)上的一幕，項(xiàng)目設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正在針對(duì)樁腿樁靴是否差異化設(shè)計(jì)展開討論。
近年來，海上風(fēng)機(jī)深水化、大型化發(fā)展趨勢顯著，在增加海上風(fēng)電施工難度的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)電安裝平臺(tái)提出了更高要求。2500噸自航自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)具備運(yùn)輸、打樁、吊裝等多種功能，能夠滿足未來深遠(yuǎn)海大容量風(fēng)機(jī)一體化的施工作業(yè)要求，由振華重工設(shè)計(jì)建造，且主起重機(jī)、升降系統(tǒng)等核心配套設(shè)備均為振華重工自主研制。該項(xiàng)目標(biāo)志著振華重工正式開啟大吊重深水桁架繞樁式風(fēng)電平臺(tái)設(shè)計(jì)的新篇章，具有里程碑式的意義。
“平臺(tái)綜合性能在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，是我國海上風(fēng)電作業(yè)從近海走向深遠(yuǎn)海的關(guān)鍵利器。”項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)工程師晁世方表示。平臺(tái)能進(jìn)行無限區(qū)航行，并可同時(shí)運(yùn)載2套15兆瓦風(fēng)機(jī)機(jī)組設(shè)備；同時(shí)具備高超的起重能力，可以滿足150米輪轂高度、15兆瓦級(jí)大功率海洋風(fēng)機(jī)的安裝需求；樁腿為三角桁架式，總長120米，最大作業(yè)水深達(dá)70米。
樁腿承載著風(fēng)電安裝平臺(tái)的自重、作業(yè)載荷和環(huán)境載荷，是平臺(tái)最重要的承載結(jié)構(gòu)之一。樁靴設(shè)置在樁腿底部，具有大尺寸、高承載等特點(diǎn)，能夠提高風(fēng)電安裝平臺(tái)的地質(zhì)適應(yīng)性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保證樁腿樁靴結(jié)構(gòu)的安全，會(huì)留取較大的結(jié)構(gòu)冗余度，但過強(qiáng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往帶來成本和施工難度的提升，尤其自升式風(fēng)電平臺(tái)的重量控制要求極為苛刻。為此，一些團(tuán)隊(duì)成員提出樁腿樁靴差異化設(shè)計(jì)，但隨著設(shè)計(jì)深入，逐漸發(fā)現(xiàn)差異化設(shè)計(jì)會(huì)降低樁腿能力，不利于平臺(tái)舉升和某些特殊作業(yè)模式。
一時(shí)間，差異化設(shè)計(jì)理念再次受到大家質(zhì)疑。“樁腿不能動(dòng)，但穿的靴子還可以試著變一變，創(chuàng)新的過程要膽大心細(xì)，不能因?yàn)橛兴檻]就停滯不前?！表?xiàng)目核心團(tuán)隊(duì)逐漸達(dá)成共識(shí)。工程師們重拾信心，開始研究樁靴差異化設(shè)計(jì)方案。
樁靴設(shè)計(jì)的決定工況之一就是平臺(tái)站立吊重作業(yè)時(shí)，樁靴受到的垂直載荷達(dá)到極值。經(jīng)過初步計(jì)算，平臺(tái)在站立工作情況下，主吊機(jī)所在的樁靴最大垂直載荷相比其他樁靴明顯增加。能不能在滿足實(shí)際能力需要的情況下，進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，并且保證相同的設(shè)計(jì)安全余量呢？一場頭腦風(fēng)暴又開始了。
“給樁腿穿‘靴子’難度不大，但要為樁腿定制合適的‘靴子’就要花很多心思了?！表?xiàng)目結(jié)構(gòu)計(jì)算工程師金晶坦言。
“僅僅考慮平臺(tái)站位情況下樁靴受到的載荷是不夠全面的，我們這個(gè)平臺(tái)采用對(duì)角壓樁，還需要考慮壓樁的時(shí)候，和主吊機(jī)對(duì)角的樁靴載荷?！薄耙紤]地基不平有傾斜的情況下，樁腿樁靴也能保證安全?！薄皹锻认路诺臅r(shí)候船體晃動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致樁靴快要接觸泥面的時(shí)候產(chǎn)生沖擊載荷，這個(gè)也要考慮。”大家你一言我一語地討論著。最后，大家一致認(rèn)為要拿數(shù)據(jù)說話，哪怕優(yōu)化10%的重量也是成效。最終通過詳細(xì)的計(jì)算分析，差異化設(shè)計(jì)方案可行，樁靴減重效果十分可觀。
樁靴差異化設(shè)計(jì)完成后，樁靴回收孔外板的設(shè)計(jì)形式成了新的難題。“2500噸風(fēng)電安裝平臺(tái)設(shè)計(jì)航速不小于9節(jié)，原先的設(shè)計(jì)在船舶航行時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大阻力?！标耸婪秸f道。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合外部單位通過流體力學(xué)模型分析，認(rèn)為可以將圍井處樁靴回收孔的外板進(jìn)行封閉優(yōu)化，來消除臺(tái)階和減小開孔面積，盡可能保持圍井“死水區(qū)”狀態(tài)，從而有效降低船體阻力，達(dá)到目標(biāo)航速。
樁靴回收孔外板設(shè)計(jì)優(yōu)化方案確定后，確保其安全性和可行性成為關(guān)鍵。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)馬上通過船模試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證?！皬拇Ｔ囼?yàn)的結(jié)果來看，優(yōu)化設(shè)計(jì)后，船體阻力可明顯減少，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?！标耸婪脚d奮地說。
“我們?cè)O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)每次調(diào)整方案和優(yōu)化設(shè)計(jì)，都是從用戶和公司整體利益角度考慮，寧可設(shè)計(jì)人員辛苦一點(diǎn)，也要認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)細(xì)節(jié)，精益求精。”項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)理張家齊說道。
如今，為2500噸自航自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)樁腿私人定制的“靴子”已完成建造安裝，待平臺(tái)交付使用后將大顯身手。
