錦州油田四樁腿平臺(tái)設(shè)計(jì)

1、LOGO錦州油田四樁腿平臺(tái)設(shè)計(jì)錦州油田四樁腿平臺(tái)設(shè)計(jì)提綱提綱 介紹渤海20米水深海上石油計(jì)量導(dǎo)管架平臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要包括以下幾方面內(nèi)容： 1、環(huán)境條件和設(shè)計(jì)依據(jù)的確定 2、平臺(tái)選型、主尺度和構(gòu)件尺寸的確定 3、建立、建立ANSYS模型模型 4、環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合 5、平臺(tái)靜力分析 6、平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析 7、地震載荷下強(qiáng)度校核 8、樁基承載力計(jì)算 9、總體設(shè)計(jì)圖紙繪制1、環(huán)境條件的確定、環(huán)境條件的確定環(huán)境條件環(huán)境條件設(shè)計(jì)水深：設(shè)計(jì)水深： 20.0米米潮位以渤海平均海平面為基準(zhǔn)潮位以渤海平均海平面為基準(zhǔn)校核高水位：校核高水位： 4.18米米設(shè)計(jì)高水位：設(shè)計(jì)高水位： 3.18米米設(shè)計(jì)低水位

2、：設(shè)計(jì)低水位： -3.52米米校核低水位校核低水位: -5.02米米波浪：波浪：風(fēng)浪為主，涌浪次之，強(qiáng)浪向風(fēng)浪為主，涌浪次之，強(qiáng)浪向NNE校核高水位最大可能波高：校核高水位最大可能波高： 5.1米米對(duì)應(yīng)波浪周期：對(duì)應(yīng)波浪周期： 8.2秒秒設(shè)計(jì)高水位最大可能波高：設(shè)計(jì)高水位最大可能波高： 3.2米米對(duì)應(yīng)波浪周期：對(duì)應(yīng)波浪周期： 7.8秒秒海流：海流：方向：強(qiáng)方向方向：強(qiáng)方向SSW。表層流速：表層流速： 136cm/s底層流速底層流速: 109cm/s風(fēng)：強(qiáng)風(fēng)向風(fēng)：強(qiáng)風(fēng)向SSW,NNE風(fēng)速：風(fēng)速： 冰作用下，設(shè)計(jì)風(fēng)速冰作用下，設(shè)計(jì)風(fēng)速 31.1m/s波浪作用下，設(shè)計(jì)風(fēng)速波浪作用下，設(shè)計(jì)風(fēng)速35.5

3、m/s海冰：海冰：設(shè)計(jì)冰厚（設(shè)計(jì)冰厚（50年一遇）：年一遇）： 0.467m 抗壓強(qiáng)度：抗壓強(qiáng)度： 2300kPa2、平臺(tái)選型、主尺度和構(gòu)件尺寸的確定、平臺(tái)選型、主尺度和構(gòu)件尺寸的確定平臺(tái)甲板高程：8.00 m 工作點(diǎn)高程： 5.50m平臺(tái)甲板面積19.5m19m，承載能力500t樁腿導(dǎo)管直徑為135030mm，斜度為1/10導(dǎo)管架設(shè)4層水平橫撐，水平橫撐尺寸為70025mm，斜撐尺寸為70025mm摩擦樁樁徑為120030mm平臺(tái)甲板采用板、梁結(jié)構(gòu)，面積為19.5m19m，甲板板厚為 8mm ，Y向設(shè)4根梁（主梁4根），X向設(shè)5根（主梁4根）3、 環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合環(huán)境載荷計(jì)算及

4、各工況載荷的組合3.1風(fēng)載荷風(fēng)載荷(風(fēng)速風(fēng)速31.1m/s)作用于平臺(tái)上的風(fēng)載荷按下式計(jì)算： F=PA式中 p風(fēng)壓；A結(jié)構(gòu)垂直于風(fēng)向的投影面積。X向風(fēng)載計(jì)算結(jié)果： Y向風(fēng)載計(jì)算結(jié)果：3、 環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合3.2冰載荷冰載荷作用于平臺(tái)上的冰載荷按下式計(jì)算：式中： m樁柱形狀系數(shù)，對(duì)圓截面柱采用0.9； k1局部擠壓系數(shù)； k2 樁柱與冰層的接觸系數(shù)； b樁柱寬度（或直徑）； h冰層計(jì)算厚度。 根據(jù)CCS規(guī)范擠壓系數(shù)K1=2.5；接觸系數(shù)K2=0.45； 由環(huán)境條件:Re =2300kPa； 由圖紙資料：b=1.35m h=0.467m。 則單個(gè)樁腿所受

5、的冰載荷為： P=0.92.50.451.350.4672300 =1468.2kN考慮遮蔽效應(yīng)和阻塞作用，受遮蔽樁腿受到的冰載荷為： P =0.3P=440.46kNbhRKmKPe213、 環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合3.3波浪、流載荷波浪、流載荷在ANSYS程序中，提供了支持圓管形構(gòu)件的流體靜力、動(dòng)力效應(yīng)的Pipe59單元，能夠有效模擬海洋環(huán)境中的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，所以需要在ANSYS模型建立之后，將有關(guān)波浪和海流參數(shù)填入water table表格中，程序?qū)⒏鶕?jù)所選用的波浪理論對(duì)使用了Pipe59單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行波浪力及流力的計(jì)算。3.4甲板設(shè)備載荷甲板設(shè)備載荷該

6、平臺(tái)為石油計(jì)量平臺(tái)，其設(shè)備總重約為500噸，計(jì)算時(shí)甲板載荷等效為4個(gè)各125噸的質(zhì)量單元，作用于樁腿頂端的節(jié)點(diǎn)之上；平臺(tái)結(jié)構(gòu)的自重通過輸入z軸方向的重力加速度（9.8m/s2）由ANSYS程序自動(dòng)生成（Mass21單元）。3、 環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合環(huán)境載荷計(jì)算及各工況載荷的組合3.5工況和載荷組合工況和載荷組合3.5.1 風(fēng)浪流工況1）X方向上（0方向），波浪力+海流+風(fēng)力+結(jié)構(gòu)自重+甲板設(shè)備重量2）Y方向上（90方向），波浪力+海流+風(fēng)力+結(jié)構(gòu)自重+甲板設(shè)備重量3.5.2 風(fēng)冰流工況1）X方向上（0方向），冰力+海流+風(fēng)力+結(jié)構(gòu)自重+甲板設(shè)備重量2）Y方向上（90方向），冰力+海流

7、+風(fēng)力+結(jié)構(gòu)自重+甲板設(shè)備重量4、有限元模型的建立、有限元模型的建立單元類型的選擇4、有限元模型的建立、有限元模型的建立Beam188單元特性Beam188 適用于分析細(xì)長(zhǎng)的梁。具有扭切變形效果。Beam188 是一個(gè)二節(jié)點(diǎn)的三維線性梁。Pipe16 單元特性pipe16是一種單軸單元，具有拉壓、扭轉(zhuǎn)、和彎曲性能。Pipe59 單元特性pipe59單元是一種可承受拉、壓、彎作用，并且能夠模擬海洋波浪和水流的單軸單元。Mass21單元特性Mass21單元有6個(gè)自由度，三個(gè)方向的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，不同方向的質(zhì)量和慣性矩可被賦予到相應(yīng)的坐標(biāo)方向進(jìn)行計(jì)算。Mass21的位置一般會(huì)位于被簡(jiǎn)化區(qū)域的質(zhì)心處。這里

8、只設(shè)置三個(gè)方向的平動(dòng)的實(shí)常數(shù)。4、有限元模型的建立、有限元模型的建立建模步驟1 、幾何模型）創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)）通過關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建直線，完成幾何模型的建立4、有限元模型的建立、有限元模型的建立注意問題：1）單位(m,N,kg/m3)2）keypoints的連接 . . . . . . 簡(jiǎn)便方法：1)工作平面WPUtility MenuWorkPlaneUtility MenuWorkPlaneOffset WP toOffset WP to4、有限元模型的建立、有限元模型的建立 簡(jiǎn)便方法：2)布爾運(yùn)算Main menuMain menuPreprocessorPreprocessorModelingope

9、rateModelingoperateBooleansBooleans4、有限元模型的建立、有限元模型的建立2、有限元模型1）新建單元類型該模型共包括mass21、pipe16、pipe59、beam188四種單元類型，此操作的菜單路徑為“Preprocessor Element TypeAdd/Edit/Delete Add select”定義單元實(shí)常數(shù)：選擇菜單路徑“ Preprocessor Real Constants Add select Type * OKinput ”，選擇需要添加實(shí)常數(shù)的單元類型 Pipe 59及pipe 16實(shí)常數(shù)輸入4、有限元模型的建立、有限元模型的建立 P

10、ipe 59的其他常數(shù)值Set 8是Mass 21單元，其實(shí)常數(shù)如下表：4、有限元模型的建立、有限元模型的建立 Beam188單元4、有限元模型的建立、有限元模型的建立2）定義材料屬性平臺(tái)所選用鋼材的彈性模量和泊松比分別為2.06 e11（單位為N/）和0.3，菜單路徑 “Preprocessor Material Props Material Models Structural Linear Elastic Isotropic input EX：2.06e11， PRXY：0.3 OK”定義材料的密度：鋼材的密度為7800kg/ ，菜單路徑為“Preprocessor Material Pr

11、ops Material Models Structural Densityinput DENS：7800 OK”4、有限元模型的建立、有限元模型的建立定義water table4、有限元模型的建立、有限元模型的建立3）定義重力加速度菜單路徑為“Solution Define Loads Apply Structural Inertia Gravity Global”，在ACELZ（Z向加速度）項(xiàng)中填入9.8。4）劃分網(wǎng)格把單元類型賦給幾何模型對(duì)于導(dǎo)管架、樁腿、以及甲板主梁，選擇“Preprocessor Meshing Mesh Tool(Size Controls) lines： Set

12、”，拾取相應(yīng)的線定義屬性。對(duì)于質(zhì)量點(diǎn)單元，選擇“Preprocessor Meshing Mesh Tool(Size Controls) key pionts： Set ”定義屬性。選擇自由網(wǎng)格劃分在“Mesh Tool”對(duì)話框中，選擇復(fù)選框Smart Size，激活其下的滾動(dòng)條，調(diào)整劃分網(wǎng)格的精度為“6”。選擇“mesh”分別對(duì)點(diǎn)和線進(jìn)行網(wǎng)格劃分。4、有限元模型的建立、有限元模型的建立5）施加邊界條件菜單路徑“Solution Define Loads Apply Structural Displacement On key pionts ”，拾取模型最下面的三點(diǎn)，定義為固支，即UX=UY=UZ=ROTX=ROTY=ROTZ=0.注：模型將樁腿簡(jiǎn)化為泥面以下6-8倍樁徑固支。 5、平臺(tái)靜力分析、平臺(tái)靜力分析1加力 Solution Define Loads Apply Structural Force/moment On key pionts 2求解 Solution Solve current LS3查看結(jié)果Main menu General Po