Bài toán nâng hạ tải trọng lớn (marine operations DNV)

silhouette

Active Member
Author
Em xin chào cả nhà,

Theo gợi ý của bác @umy nên hôm nay mình viết một chút về đề tài này, các thông tin đều có sẵn trên internet cả nhưng để có thể thảo luận khi cần thì diễn đàn vẫn luôn là nơi phù hợp nhất. Về tính toán chuyên sâu thì mọi người có thể tìm hiểu những bài viết của các chuyên gia bên offshore.

Xét trường hợp đơn giản với 4 dây cáp đều nhau và trọng tâm khối lượng phân bố ở giữa.
- Khối lượng tải: W = 200 tấn.
- Khối lượng dụng cụ nâng (cáp, ma ní, gồm cả spreader bar / frame nếu sử dụng): Wrig = 2 tấn.
- Chiều dài dây cáp bao gồm cả ma ní: 10 mét.

1587178128538.png


---------------------
Các hệ số cần xác định đối với tải nâng và dây cáp (tra):

1) Đối với tải nâng:

- Hệ số tải trọng động đối với nâng trong bờ: DAF = 1.10
- Hệ số sai lệch khối lượng: kw = 1.10
- Hệ số sai lệch tọa độ trọng tâm: k
CoG = 1.05

1587192738998.png


2) Đối với dây cáp: Đầu trên treo vào móc cẩu, đầu dưới móc vào ma ní.

1587198153661.png


- Hệ số tải trọng: γf = 1.3
- Consequence factor (hệ số hậu quả??): γc= 1.3 (nếu như cáp bị hư hại không dẫn đến rơi toàn bộ kết cấu, hoặc hậu quả của hư hỏng cáp được đánh giá là nhỏ thì có thể sử dụng hệ số nhỏ hơn).

1587199168213.png


- Hệ số bất đối xứng (để bù vào sự phân bố lực không đồng đều trên một hay một cặp dây cáp (xét khi đang đứng yên), ví dụ như dung sai chiều dài cáp, cáp bị giãn, dung sai do thi công các vị trí pad eye), Skew load factor: SKL = 1.25. Nếu như việc nâng với tải (weight) và các yếu tố cân bằng được kiểm soát tốt thì có thể sử dụng hệ số là 1.20.
1587197814246.png

- Hệ số giảm khả năng chịu tải của cáp do bện cáp hoặc ống kẹp đầu cáp: γs = 1.33 (Thông thường γs = 1 vì hệ số đã được kể đến trong chứng chỉ MBL của cáp)
- Hệ số giảm khả năng chịu tải của cáp do lực uốn hay bện cáp: γr = 1.33
1587197530490.png


- Hệ số hao mòn hay mài mòn (trong điều kiện còn tốt): γw = 1.1
1587197706144.png

- Hệ số (an toàn) vật liệu: γm = 1.35 (đối với cáp thép có chứng chỉ còn mới).

--------------------------
Thông số kết quả:

- Tải trọng động đầu móc cẩu, Dynamic hook load: DHL = DAF*(kw *W + Wrig) = 1.1*(1.1*200 + 2) = 244.2 tấn
- Góc nghiêng cáp từ mặt phẳng nằm ngang: θ = arccos((sqrt(3² + 4²)/10) = 60.0°
- Tải trọng động dây cáp, Dynamic sling load: Fsling = DHL*kCoG *SKL/((sinθ) *4) = 244.2*1.05*1.25/((sin60°)*4) = 92.5 tấn
- Tổng hệ số an toàn danh nghĩa dây cáp, Sling nominal safety factor: γsf = γf * γc * γr * γw * γm = 1.30 * 1.30 * 1.33 * 1.10 * 1.35 = 3.34 (γsf = 3 theo 3.1.2.2 - DNV Marine operation ).
- Thông số tải dây cáp, minimum breaking load MBLsling > Fsling * γsf = 92.5*3.34 = 309 tấn (Fsling là maximum dynamic sling load).
- Thông số tải 4 ma ní (nối cáp với tải cần nâng) chọn dựa vào tải trọng động trên dây cáp, với 92.5 tấn thì: SWLshackle = 92.5/DAF = 92.5/1.10 = 84 tấn
=> Theo tiêu chuẩn lấy shackle với SWL 85 tấn.

Vì tiếng anh có phần hạn chế cũng như dân không chuyên nên có gì sai sót mong được góp ý.
 

Đặt mua Tài liệu Thiết kế & Phát triển sản phẩm với giá ưu đãi

Last edited:

umy

Well-Known Member
Vài hình ảnh thực tiển về nâng hạ tải trọng lớn Steel containement liner (> 200 tấn, total weight: 880 tấn ) : lúc thi công nuclear powerplant Okiluoto-3 Finland 2009, Được mô phỏng tính toán trước với Ansys:
1) https://www.noell.bilfinger.com/en/...s-for-nuclear-power-plants/containment-liner/

2) http://epgsa.com/epgpl/portfolio/fabrication-of-steel-containment-liner-for-nuclear-power-plant/

3) http://chinaplus.cri.cn/news/business/12/20171117/53205.html
A Chinese nuclear reactor, set to be used in a number of British power projects, has passed the first stage of its certification.
The news comes some 11 months after we first reported that the HPR1000 nuclear reactor was to start the process of gaining UK certification.




Tiêu chuẩn cho cẩu, hệ số động an toàn tương tự như bài viết #1. Tính thêm lực gió tác dụng và kiểm an toàn buckling cho Ring và Kuppel -Dome.
 
Last edited:

umy

Well-Known Member
Last edited:

Lateral

New Member
Ủng hộ topic. Mình đã tính một số bài toán lifting (lifting boiler, lifting kết cấu đỡ) sử dụng AISC - ASD89 Standard. Không biết nếu bạn đã tính toán lifting bạn sử dụng tiêu chuẩn nào?
 

umy

Well-Known Member
Ủng hộ topic. Mình đã tính một số bài toán lifting (lifting boiler, lifting kết cấu đỡ) sử dụng AISC - ASD89 Standard. Không biết nếu bạn đã tính toán lifting bạn sử dụng tiêu chuẩn nào?
Ủng hộ topic. Mình đã tính một số bài toán lifting theo AISC - ASD89 Standard (có xem thêm ASME chăng ?)
,>> thì đóng góp đưa lên xem !

Cậu Lateral muốn hỏi bạn nào ? Xin nói rỏ ràng hơn để khỏi trả lời quá rộng.
1- Anh silhouette tính lifting với marine operations DNV


2- umy về lifting trong Nuclear Power Plant ?
Ở Đức,
a) tính Cranes theo DIN 15018, DIN EN 13001 ... > có hướng dẩn rỏ ràng phần lìting,
Chú ý: Hệ số động, Lực gió tác dung cho từng loại Cranes nào !
b) thiết kế Nuclear Power Plant theo Tiêu Chuẩn KTA, ngoài phần static, phải kiễm dynamic động đất ở cả 2 giai đoạn thi công và thực nghiệm
Nếu công trình ngoài nước Đức, sẻ được giao kết theo Spec. > Ứng dụng thêm TC nước đó, hoặc dùng TC Mỹ !
- hoặc muốn biết cho công trình đặc biệt nào ?
 
Last edited:

umy

Well-Known Member
Last edited:

Lateral

New Member
Ủng hộ topic. Mình đã tính một số bài toán lifting theo AISC - ASD89 Standard (có xem thêm ASME chăng ?)
,>> thì đóng góp đưa lên xem !

Cậu Lateral muốn hỏi bạn nào ? Xin nói rỏ ràng hơn để khỏi trả lời quá rộng.
1- Anh silhouette tính lifting với marine operations DNV


2- umy về lifting trong Nuclear Power Plant ?
Ở Đức,
a) tính Cranes theo DIN 15018, DIN EN 12644 >> có hướng dẩn rỏ ràng phần lìting , Hệ số động, Lực gió tác dung cho từng loại Cranes nào !!
b) thiết kế Nuclear Power Plant theo Tiêu Chuẩn KTA, ngoài phần static, phải kiễm dynamic động đất ở cả 2 giai đoạn thi công và thực nghiệm
Nếu công trình ngoài nước Đức, sẻ được giao kết theo Spec. > Ứng dụng thêm TC nước đó, hoặc TC Mỹ !
- hoặc muốn biết cho công trình đặc biệt nào ?
Vâng chào Chú Umy. Cảm ơn chú đã chia sẽ tài liệu rất hay và hữu ích. Cháu mới chỉ tính lifting ở mức độ sơ bộ thôi. Có sử dụng standard code để tính toán, và sử dụng SAP2000 và Ansys để hỗ trợ, nhưng chỉ với các bài toán có tải trọng dưới 10 tấn và onshore.
" Giải thích thêm: ( xem kỹ 38 Trang rất hay) >> có ghi những TC (Standards dùng đến)
Thí dụ Trang 9: DESIGN OF OFFSHORE STRUCTURES & STRUCTURAL STRENGTHENING
STANDARDS҃: ISO 19900;҃ ABNT;҃ IMO;҃ ASME, AISC, DNV҃ GL;҃ API;҃ CEN (EN) " => Tài liệu này rất hữu ích với cháu. Cảm ơn chú nhiều.
 

umy

Well-Known Member
Vâng chào Chú Umy. Cảm ơn chú đã chia sẽ tài liệu rất hay và hữu ích. Cháu mới chỉ tính lifting ở mức độ sơ bộ thôi. Có sử dụng standard code để tính toán, và sử dụng SAP2000 và Ansys để hỗ trợ, nhưng chỉ với các bài toán có tải trọng dưới 10 tấn và onshore.
...
Cậu Lateral có nâng hạ lấp ráp cho Windturbine ko ? bao nhiêu năm nghề rồi ?
https://heavy.world/better-cranes-for-the-wind-tower/

Thông thường với SAP2000, Staadpro hoặc SACS ... với Beam-elements cũng đủ giải quyết khoãng 85% các vấn để static and dynamic Structural Analysis rồi. Nếu có vấn đề gì thực tiển đưa lên, có hình ảnh dể trao đổi ý kiến cho nhau.
 
Last edited:

Lateral

New Member
Cậu Lateral có nâng hạ lấp ráp cho Windturbine ko ? bao nhiêu năm nghề rồi ?
https://heavy.world/better-cranes-for-the-wind-tower/

Thông thường với SAP2000, Staadpro hoặc SACS ... với Beam-elements cũng đủ giải quyết khoãng 85% các vấn để static and dynamic Structural Analysis rồi. Nếu có vấn đề gì thực tiển đưa lên, có hình ảnh dể trao đổi ý kiến cho nhau.
Riêng phần lifting cháu chỉ được 1 năm hơn đó chú. Thường như lifting thì cháu sử dụng Sap2000 để kiểm bền kết cấu. Còn riêng bát cẩu thì sử dụng Ansys để kiểm bền.
 

umy

Well-Known Member
Lifting Analysis: Phân tích, tính toán nâng hạ với phần mềm
1) SAP2000 for Oil and Gas
https://www.csiamerica.com/products/sap2000/oil-and-gas

- Center of Gravity Gá đở với Frames, Dây cables phải qua trọng tâm
SAP2000 can automatically determine the center of gravity (CG) of the structure based on self-weight and user selected assigned loads.
If piping, cladding, equipment or other gravity loads are applied as assigned loads, users have the option to include those assigned loads in the CG calculation and report.
- Import SACS and Other Analysis Models
Có thể nhập Input-files từ mềm khác
Input files from SACS®, StruCAD*3D and STAAD® models can be imported directly into SAP2000. These model imports are comprehensive and include geometry, section properties, local axes, supports, releases, load assignments, and load combinations.

- Analysis of offshore platforms lifting withfixed pile structure type (fixed platform) based on ASD89
Thí dụ bài tính trong thực tiển ! Tài liệu 18 Trang -2017
1592544811242.jpeg

https://aip.scitation.org/doi/pdf/10.1063/1.5011503

2) Lifting Analysis with Ansys Workbench (hoặc mềm khác cũng được, material elastic!)
2.1- Phần tử cho Cables
https://studentcommunity.ansys.com/thread/a-tutorial-for-creating-and-analyzing-cables/
A Tutorial for Creating and Analyzing Cables?


2.2- Video Thí dụ với FEM qua Video, Types of loads in FEA Structural Analysis

- DESIGN AND ANALYSIS OF LIFTING TACKLE FOR V ENGINE - Tài liệu 5 Trang về gá nâng thay đổi trong thực tiển rất hay !!!

https://www.ijtra.com/view/design-a...d-analysis-of-lifting-tackle-for-v-engine.pdf

- Lifting Analysis of Horizontal pressure vessel Nâng hạ Bình bầu, để ý cách thiết kế Padeye (Lug) ! Có hướng dẩn bên topic khác, thử tìm xem.


Đứa nào quan tâm >> nhấn Like cho biết, để có thể tiếp tục !!
 
Last edited:

Persious

Active Member
Ban Quản trị
Web Mechanicalc này hay quá, bác Umy ạ! Cháu cảm ơn bác đã giới thiệu web hay về Mechanical Engineering, rất mong bác sẽ giới thiệu thêm nhiều web bổ ích khác để cho cháu và các members khác học hỏi thêm! Chúc bác sức khỏe tốt ạ!:)
 
Lượt thích: umy

umy

Well-Known Member
Last edited:

umy

Well-Known Member
Understanding Offshore Lifting Operations And Engineering Analysis

https://www.marineinsight.com/offshore/offshore-lifting-operations-and-engineering-analysis/

By Vignesh Balasubramaniyan | In: Offshore | Last Updated on July 31, 2020

Offshore lifting is a common operation in offshore construction or installation projects at sea. In this article, we will discuss offshore lifting operations and associated engineering analysis, safety precautionary measures, contingency plans, and challenges involved in lifting.

When is offshore lifting required?

  • During offshore installation, i.e., Installing any process module, structure at the operation site
  • When shore crane cannot perform the lifting. Sometimes, when a vessel is berthed port side, but it’s required to lift up or install equipment in starboard side, which cannot be reached by the shore crane
  • Shore crane with limited lifting capacity: Generally shore crane lifting capacity is only up to 200 tonnes. Equipment exceeding the capacity of the shore crane is usually lifted using floating crane
1602318907134.png

Figure 1: Offshore lifting

Examples of offshore lifting

  • Offshore module lifting: Offshore vessels like FPSO, FLNGs have various process modules like chemical injection package, sulphate removal system, water injection system, etc.
  • Offshore jacket platform installation in the offshore site
  • New helideck installation
Challenges involved in offshore lifting

  • Dynamic nature of ocean environment
  • Lifting gears strength

We will address these challenges and will explain in detail, how to tackle these problems.

For example, a process module to be installed on FPSO. Let’s assume the weight of the module is about 1000 Tonnes.

Let’s consider the weight of the module is about 1000 Tonnes. The most basic requirement is the lifting crane supposed to be of a capacity higher than 1000 tonnes (As per norms, crane safe working load to be at least 1.25 times the weight of the equipment). Let us discuss how the load of the module is transferred to the crane. Load of the equipment is transferred to the crane through the lifting pad eyes, spreader beams, lifting wires, shackles etc. (In general, these are called as lifting gears). Hence all the lifting gears involved in the load transfer must be able to withstand the load imposed during the lifting operation. To analyse whether a lifting gear can withstand a given load, we must first estimate the load imposed on the lifting gear.

In the above lifting arrangements, the 1000 tonne module is lifted using 4-pad eyes. Hence each pad eye is subjected to a load of 250 tonnes. The sling wires transfer the load to the lifting beam. There are four wires used, hence each wire is subjected to 250 tonnes (For time being we will ignore effects due to sling angle). The sling wire transfers the load to the lifting beam. In this case, the lifting beam is subjected to 1000 tonnes (Note: the two pad eyes that transfer the load is subjected to 500 tonnes each).


SLING GEOMETRY

In the above load assessment, we assumed the sling angle to be 90 degrees. In reality, it is not 90 degree. The point of suspension of the equipment should always be in line with the centre of gravity of the equipment to avoid tilting of the equipment.




HOW LOADING CHANGES WITH SLING ANGLE?

Loading changes drastically with the sling angle. Following tables depicts the comparison of loading at 90®, 60®, 30® .





90 degree60 degree30 degree Each sling is subject to a load of 500 tonnes


0% increase

Applying resolution of forces concept,

Load on one sling = Vertical load/sin(60).
Vertical load =500 tonnes.
Therefore load on one sling = 500/sin(60) =500/0.866
= 577.35 Tons


15.47% increase
Applying resolution of forces concept,

Load on one sling = Vertical load/sin(60).
Vertical load =500 tonnes.
Therefore load on one sling = 500/sin(30) =500/0.5
= 1000 Tons


100% increase
= 577



From the above table, we can understand how loads can drastically increase with the reduction in sling angles. Sling angle factors are critical in load assessment. Following Sling angle factors are given in ANSI B30.9.



Figure 4: Sling angle factors
LIFTING BEAM

-In figure 3, the lifting arrangement was depicted without the use of lifting beam. Usage of lifting beam helps to reduce the sling angle and thereby load on the sling.





From the above figure, it is evident how sling angle is increased using spreader beam (Ø>Q).

LIFTING BEAM ANALYSIS

Bending and Buckling strength of the beam has to be assessed and proven they are within the requirement.


... xoá bớt ... >> Có quan tâm vào links tự xem !!!!

In addition to the buckling check, compressive stress due to the forces F1H, F2H must be less than 0.6* yield strength of the material.

PAD EYE STRESS ANALYSIS



FORCE ANALYIS

Pad eye is subject ted following forces:
1) Shear force
2) Axial force
3) Normal force





The tension T should be resolved in 3d to estimate the shear force ( the force that is parallel to the plane), axial force ( the force that is in-line with the axis of pad eye ), normal force ( the force that is normal to the plane).

SHEAR STRESS

Shear stress = shear force/shear area.

Shear stresses are to be less than 0.4 times the yield stress.

BEARING STRESS

Bearing stress is the contact pressure onto a body. It is given by Design load/bearing area.


Bearing stresses are to be less than 0.9 times the yield stress.


BENDING STRESS


As seen earlier, Using Euler being equation we can find Bending stress s = M * I/y

Where s is Bending stress, M is the Maximum bending moment, while “I” is the second moment of area and y is the distance fro the neutral axis.

Bending stresses are to be less than 0.6 times the yield stress.


NOTE: Pad eye bore has to be compatible to the lifting shackle. For example, 20 Tonnes pad eye bore diameter should be large enough for a 20 Tonne shackle pin.

EQUIVALENT STRESS

As we have seen earlier the loading on the pad eyes are multiaxial, hence there is a combination of shear and bending. Vonmisses stress gives an equivalent stress that can be used to assess the strength in multiaxial loading condition.




DYNAMIC EFFECTS

Offshore lifting is dynamic in nature due to the ocean waves, currents, wind forces etc. It is important to include the dynamic effects into the calculation as these can significantly influence the results.

CRANE TIP MOTIONS

Relative motion between the crane tip (carrying the object to be lifted) and the waves should be established. The time period of crane tip motion can be formulated as follows:


T = 2π x √((M +A33 + θ)/k)

where

m = mass of hoisting line per unit length [kg/m]
L = length of hoisting line [m]
M = mass of object in air [kg]
A33 = heave added mass of object [kg]
K = stiffness of hoisting system
θ = adjustment factor taking into account the effect of the mass of hoisting line and possible soft springs.

The Crane tip motion period is compared with the significant wave period and ensured both are not close to causing resonance.

DYNAMIC AMPLIFICATION FACTOR

All the formulae we saw earlier in this article did not account for dynamic effects. They are good to use in a static condition (still water condition). Lifting in dynamic conditions requires slight modification to the formula. All the equation has to be multiplied by a factor called dynamic amplification factor.


Total force = Force (Static) X DAF.


Various classification societies have given recommended DAF for various scenarios which can be used in the calculations. DAF can also be established from model testing.


... xóa bớt ... vào links tự xem thêm !!
 

Attachments

Last edited:
Top