“樁腿樁靴能不能差異化設(shè)計，實現(xiàn)平臺減重？”
“應(yīng)該按照傳統(tǒng)方法設(shè)計樁腿樁靴，畢竟有經(jīng)驗有數(shù)據(jù)……”
“差異化設(shè)計，沒有先例，需要大量試驗來論證，耗時很長還不一定成功?！?/p>
這是中交海峰2500噸自航自升式海上風(fēng)電安裝平臺項目內(nèi)部討論會上的一幕，項目設(shè)計團隊正在針對樁腿樁靴是否差異化設(shè)計展開討論。
近年來，海上風(fēng)機深水化、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，也對風(fēng)電安裝平臺提出了更高要求。2500噸自航自升式海上風(fēng)電安裝平臺具備運輸、打樁、吊裝等多種功能，能夠滿足未來深遠海大容量風(fēng)機一體化的施工作業(yè)要求，由振華重工設(shè)計建造，且主起重機、升降系統(tǒng)等核心配套設(shè)備均為振華重工自主研制。該項目標志著振華重工正式開啟大吊重深水桁架繞樁式風(fēng)電平臺設(shè)計的新篇章，具有里程碑式的意義。
“平臺綜合性能在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，是我國海上風(fēng)電作業(yè)從近海走向深遠海的關(guān)鍵利器?！表椖靠傮w設(shè)計工程師晁世方表示。平臺能進行無限區(qū)航行，并可同時運載2套15兆瓦風(fēng)機機組設(shè)備；同時具備高超的起重能力，可以滿足150米輪轂高度、15兆瓦級大功率海洋風(fēng)機的安裝需求；樁腿為三角桁架式，總長120米，最大作業(yè)水深達70米。
樁腿承載著風(fēng)電安裝平臺的自重、作業(yè)載荷和環(huán)境載荷，是平臺最重要的承載結(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，能夠提高風(fēng)電安裝平臺的地質(zhì)適應(yīng)性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)設(shè)計中，為了保證樁腿樁靴結(jié)構(gòu)的安全，會留取較大的結(jié)構(gòu)冗余度，但過強的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往帶來成本和施工難度的提升，尤其自升式風(fēng)電平臺的重量控制要求極為苛刻。為此，一些團隊成員提出樁腿樁靴差異化設(shè)計，但隨著設(shè)計深入，逐漸發(fā)現(xiàn)差異化設(shè)計會降低樁腿能力，不利于平臺舉升和某些特殊作業(yè)模式。
一時間，差異化設(shè)計理念再次受到大家質(zhì)疑。“樁腿不能動，但穿的靴子還可以試著變一變，創(chuàng)新的過程要膽大心細，不能因為有所顧慮就停滯不前。”項目核心團隊逐漸達成共識。工程師們重拾信心，開始研究樁靴差異化設(shè)計方案。
樁靴設(shè)計的決定工況之一就是平臺站立吊重作業(yè)時，樁靴受到的垂直載荷達到極值。經(jīng)過初步計算，平臺在站立工作情況下，主吊機所在的樁靴最大垂直載荷相比其他樁靴明顯增加。能不能在滿足實際能力需要的情況下，進行差異化設(shè)計，并且保證相同的設(shè)計安全余量呢？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?！表椖拷Y(jié)構(gòu)計算工程師金晶坦言。
“僅僅考慮平臺站位情況下樁靴受到的載荷是不夠全面的，我們這個平臺采用對角壓樁，還需要考慮壓樁的時候，和主吊機對角的樁靴載荷?！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候船體晃動，會導(dǎo)致樁靴快要接觸泥面的時候產(chǎn)生沖擊載荷，這個也要考慮。”大家你一言我一語地討論著。最后，大家一致認為要拿數(shù)據(jù)說話，哪怕優(yōu)化10%的重量也是成效。最終通過詳細的計算分析，差異化設(shè)計方案可行，樁靴減重效果十分可觀。
樁靴差異化設(shè)計完成后，樁靴回收孔外板的設(shè)計形式成了新的難題。“2500噸風(fēng)電安裝平臺設(shè)計航速不小于9節(jié)，原先的設(shè)計在船舶航行時會產(chǎn)生很大阻力?！标耸婪秸f道。項目團隊聯(lián)合外部單位通過流體力學(xué)模型分析，認為可以將圍井處樁靴回收孔的外板進行封閉優(yōu)化，來消除臺階和減小開孔面積，盡可能保持圍井“死水區(qū)”狀態(tài)，從而有效降低船體阻力，達到目標航速。
樁靴回收孔外板設(shè)計優(yōu)化方案確定后，確保其安全性和可行性成為關(guān)鍵。項目團隊馬上通過船模試驗進行驗證。“從船模試驗的結(jié)果來看，優(yōu)化設(shè)計后，船體阻力可明顯減少，達到預(yù)期目標?！标耸婪脚d奮地說。
“我們設(shè)計團隊每次調(diào)整方案和優(yōu)化設(shè)計，都是從用戶和公司整體利益角度考慮，寧可設(shè)計人員辛苦一點，也要認真對待每一個細節(jié)，精益求精。”項目詳細設(shè)計技術(shù)經(jīng)理張家齊說道。
如今，為2500噸自航自升式海上風(fēng)電安裝平臺樁腿私人定制的“靴子”已完成建造安裝，待平臺交付使用后將大顯身手。
