第一章 緒論11-12

1、海洋平臺(tái)強(qiáng)度分析第1章 緒論緒論1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類 隨著海洋石油開(kāi)發(fā)事業(yè)的發(fā)展，各類海洋乎臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。海洋平臺(tái)的種類大體上可按如下劃分： 1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)一、移動(dòng)式平臺(tái)一、移動(dòng)式平臺(tái) 移動(dòng)式平臺(tái)是一種裝備有鉆井設(shè)備，并能從一個(gè)井位移到另一個(gè)井位的平臺(tái)，它可用于海上石油的鉆探或生產(chǎn)。1 1坐底式平臺(tái)坐底式平臺(tái) 這種平臺(tái)一般用于水深較淺的海域，工作水深在61m以內(nèi)，作業(yè)水深再大則結(jié)構(gòu)重量大，不大經(jīng)濟(jì)。加上其作業(yè)水深不能調(diào)節(jié)，對(duì)海底地形和土壤基礎(chǔ)有一定要求，故適應(yīng)性不強(qiáng)。從世界范圍而言，坐底式平臺(tái)發(fā)展較慢。然而我國(guó)渤海沿岸的勝

2、利油田、大港油田和遼河油田等向海中延伸的淺海潮間帶，潮差大而海底坡度小，對(duì)于開(kāi)發(fā)這類淺海區(qū)域的石油資源，坐底式平臺(tái)仍有較大的發(fā)展前途。圖11是我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的“勝利1號(hào)”坐底式鉆井平臺(tái)。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái) 80年代初，人們開(kāi)始注意北極海域的石油開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)、建造極區(qū)坐底式平臺(tái)也引起海洋工程界的興趣。目前已有幾座坐底式平臺(tái)用于極區(qū)，圖12就是其中一種，它可加壓載坐于海底，然后在平臺(tái)中央填砂石以防止平臺(tái)滑移，完成鉆井后可排出壓載起浮，并移至另一井位。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)2 2自升式平臺(tái)自升式平臺(tái) 自升式平臺(tái)產(chǎn)

3、生于1950年，它具有能垂直升降的樁腿（見(jiàn)圖13），鉆井時(shí)樁腿著底，平臺(tái)則沿樁腿升離海面一定高度；移位時(shí)平臺(tái)降至水面，樁腿升起，平臺(tái)就像駁船，可由拖輪把它拖移到新的井位。自升式的優(yōu)點(diǎn)主要是所需鋼材少，道價(jià)低，在各種海況下都能平穩(wěn)地進(jìn)行鉆井作業(yè)；缺點(diǎn)是樁腿長(zhǎng)度有限，使其工作水深受到限制，最大工作水深約在120m左右。超過(guò)此水深，樁腿重量增加很快，同時(shí)拖航時(shí)樁腿升得很高，對(duì)平臺(tái)穩(wěn)性和樁腿強(qiáng)度都不利。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)2 2自升式平臺(tái)自升式平臺(tái) 1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)3 3鉆井船鉆井船 鉆井船（圖1-4)在船中央

4、設(shè)有井孔和井架，它靠錨泊系統(tǒng)或動(dòng)力定位裝置定位于井位上。它漂浮于水面作業(yè)，能適應(yīng)更大的水深，同時(shí)它的移動(dòng)性能最好，便于自航。 但由于它在波浪上的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)大，稍有風(fēng)浪就會(huì)引起很大的運(yùn)動(dòng)，使鉆井作業(yè)無(wú)法再進(jìn)行下去，風(fēng)浪更大時(shí)船還得離開(kāi)井位，這是鉆井船得不到大的發(fā)展的主要原因。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)4.4.半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái) 為了能在深水鉆井又有較高作業(yè)效率，在1962年出現(xiàn)了第一艘半潛式鉆井平臺(tái)。這種平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)形式和坐底式相仿，是由坐底式演變而來(lái)的。它上有平臺(tái)甲板，在水面以上不受波浪侵襲，下有浮體，沉于水面以下以減小波浪的擾動(dòng)力，連接于其間的是小水線

5、面的立柱，圖1-5至圖1-7所示為半潛式平臺(tái)的幾種型式。由于它具有小的水線面面積，使整個(gè)平臺(tái)在波浪中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)較小，因而它具有出色的深海鉆井的工作性能。一般在作業(yè)海況下其升沉不大于11.5m，水平位移不大于水深的56%，平臺(tái)的縱橫傾角不大于23。這種性能對(duì)漂浮于水面鉆井的平臺(tái)具有十分重要的意義。 半潛式平臺(tái)可采用錨泊定位和動(dòng)力定位，錨泊定位的半潛式平臺(tái)一般適用于200500m水深的海域內(nèi)作業(yè)。圖1-8表示了移動(dòng)式平臺(tái)的作業(yè)水深情況。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平

6、臺(tái)的種類移動(dòng)式平臺(tái)移動(dòng)式平臺(tái)圖1-8表示了移動(dòng)式平臺(tái)的作業(yè)水深情況。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類固定式平臺(tái)固定式平臺(tái)二、固定式平臺(tái)二、固定式平臺(tái) 固定式平臺(tái)靠打樁或自身重量固定于海底，目前用于海上石油生產(chǎn)階段的大多是固定式平臺(tái)。固定式平臺(tái)的外形如下圖所示。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類固定式平臺(tái)固定式平臺(tái)1.1.混凝土重力式平臺(tái)混凝土重力式平臺(tái) 底部通常是一個(gè)巨大的混凝土基礎(chǔ)（沉箱），用三個(gè)或四個(gè)空心混凝土立柱支撐著甲板結(jié)構(gòu)，在平臺(tái)底部的巨大基礎(chǔ)中被分隔為許多圓筒型的貯油倉(cāng)和壓載倉(cāng)，這種平臺(tái)的重量可達(dá)數(shù)十萬(wàn)噸，正是依靠自身的巨大重量，平臺(tái)直接置于海底?，F(xiàn)在已有大約

7、20座混凝土重力平臺(tái)用于北海。2.2.鋼質(zhì)早管架平臺(tái)鋼質(zhì)早管架平臺(tái) 鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺(tái)通過(guò)打樁的方法固定于海底，它是目前海上油田使用最廣泛的一種平臺(tái)。鋼質(zhì)導(dǎo)管架平臺(tái)自1947年第一次被用在里西哥灣6m水深的海域以來(lái)，發(fā)展十分迅速，到1978年，其工作水深已達(dá)312m。據(jù)報(bào)道，高度為486m的巨型導(dǎo)管架平臺(tái)將安置于墨西哥灣411m水深的海域上。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類固定式平臺(tái)固定式平臺(tái)3 3張力腿式平臺(tái)張力腿式平臺(tái) 張力腿式平臺(tái)的上部類似于半潛式平臺(tái)，整個(gè)平臺(tái)是通過(guò)張力腿（實(shí)為系泊鋼管或鋼索垂直向下固定于海底。張力腿式平臺(tái)是一種新開(kāi)發(fā)的深海石油平臺(tái)，與導(dǎo)管架平臺(tái)相比，導(dǎo)管架平臺(tái)

8、的造價(jià)與水深大致呈指數(shù)關(guān)系增加，而張力腿式平臺(tái)的造價(jià)則隨水深的增加變化較小。此外，由于每個(gè)張力腿都有很大的預(yù)張力，因此張力腿平臺(tái)在波浪中的運(yùn)動(dòng)輻度遠(yuǎn)小于半潛式平臺(tái)，這對(duì)海上作業(yè)是十分有利的。目前，雖然世界上只有一個(gè)張力腿平臺(tái)用于北海的赫頓（Hutton）油田（水深150m)，但各國(guó)的海洋工程界已十分重視對(duì)張力腿式平臺(tái)的開(kāi)發(fā)研究。4 4牽索塔平臺(tái)牽索塔平臺(tái) 牽索塔平臺(tái)由甲板、塔體、牽索系統(tǒng)三部分組成。塔體是一個(gè)類似于導(dǎo)管架的空間鋼架結(jié)構(gòu)，牽索則圍繞著塔體對(duì)稱布置，牽索系統(tǒng)可以吸收由外力產(chǎn)生的能量以保證塔體的運(yùn)動(dòng)幅度在規(guī)定的范圍內(nèi)。據(jù)文獻(xiàn)介紹，水深在305m時(shí)，固定式平臺(tái)和牽索塔平臺(tái)造價(jià)幾乎相等，

9、水深在305610m時(shí)，牽索塔平臺(tái)優(yōu)于固定式平臺(tái)，而當(dāng)水深大于810m時(shí)，牽索塔平臺(tái)應(yīng)讓位于張力腿式平臺(tái)。目前已有一座牽索塔平臺(tái)用于墨西哥灣水深305m的海域。1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類SPARSPAR平臺(tái)平臺(tái)三、三、SPARSPAR平臺(tái)平臺(tái) 隨著人類石油勘探逐漸向深水領(lǐng)域擴(kuò)展，涌現(xiàn)出一些新型的適應(yīng)深海海洋環(huán)境的平臺(tái)。為了減小波激運(yùn)動(dòng)，往往將這些新型結(jié)構(gòu)物的自然頻率設(shè)計(jì)得遠(yuǎn)離波浪功率譜的最大頻率。SPAR平臺(tái)即為這種用于深海石油的開(kāi)采、生產(chǎn)、處理加工和儲(chǔ)存的平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式之一。與其他平臺(tái)形式相比它具有以下特點(diǎn)：1.可以應(yīng)用于深達(dá)3000m水深處的石油生產(chǎn)2.具有較大的有效載荷3

10、.剛性生產(chǎn)立管（Rigid Steel Production Risers）位于中心井內(nèi)部4.由于其浮心高于重心。因此能保證無(wú)條件穩(wěn)定5.與其它浮體結(jié)構(gòu)相比具有更好的運(yùn)動(dòng)特性6.殼體可以為鋼結(jié)構(gòu)或是水泥結(jié)構(gòu)7.可以低成本儲(chǔ)藏石油8.系泊系統(tǒng)的建造、操縱和定位較為容易9.立管等鉆井設(shè)備能裝置在SPAR內(nèi)部，從而得到有效保護(hù) 1.1 1.1 海洋平臺(tái)的種類海洋平臺(tái)的種類SPARSPAR平臺(tái)平臺(tái) 正因?yàn)镾PAR平臺(tái)具有上述特點(diǎn)，它能夠很好地滿足深度為500至3000m水域中石油的生產(chǎn)和儲(chǔ)存，已經(jīng)逐漸變成最具有吸引力和發(fā)展?jié)摿Φ钠脚_(tái)形式之一，被很多石油公司列為新一代的海洋石油開(kāi)采平臺(tái)。1.2 1.2

11、平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái)一、自升式平臺(tái)一、自升式平臺(tái)自升式平臺(tái)由平臺(tái)主體、樁腿和升降機(jī)構(gòu)三大部分組成。1.1.平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)平臺(tái)主體平面形狀一般有三角形（三腿）、矩形（四腿）和五角形（五腿）等，如圖1-10所示。 平臺(tái)主體通常是一具有單底或雙層底的單甲板箱形結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部根據(jù)作業(yè)、布置和強(qiáng)度要求設(shè)有縱倉(cāng)壁和橫倉(cāng)壁，但在樁腿之間的連線上必須設(shè)置強(qiáng)力倉(cāng)壁作為平臺(tái)主體的主桁材。在大的液體倉(cāng)內(nèi)有時(shí)還設(shè)有止蕩倉(cāng)壁以緩沖倉(cāng)內(nèi)液體在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的搖蕩主體結(jié)構(gòu)的甲板、底板、倉(cāng)壁等也和一般船舶一樣需要由扶強(qiáng)材或強(qiáng)桁材加強(qiáng)。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式

12、平臺(tái)2.2.樁腿結(jié)構(gòu)樁腿結(jié)構(gòu) 樁腿的作用主要在平臺(tái)主體升起后支承平臺(tái)的全部重量，并把載荷傳至海底。樁腿的型式可分為殼體式和桁架式兩類。殼體式樁腿由鋼板焊接成封閉形的結(jié)構(gòu)，其橫斷面有圓形和方形兩種，如圖1-11所示。 為配合升降裝置，樁腿上有的設(shè)有銷孔，有的裝有齒條。這種殼體式樁腿一般用于工作水深6070m以下，再深則需增大樁腿尺寸，導(dǎo)致更大的波浪載荷，結(jié)構(gòu)重量也增大。因此，深水的自升式平臺(tái)都采用桁架式樁腿如圖1-12所示。桁架式樁腿由弦桿、斜撐桿、水平撐桿、內(nèi)水平撐桿組成，在弦桿上裝有齒條。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái)1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)

13、特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái) 為適應(yīng)海底地貌和土質(zhì)的不同情況，樁腿下端結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成單獨(dú)帶樁腿箱(spud can)，亦稱樁靴(footing)，或設(shè)計(jì)成整體沉墊的型式。如圖1-13所示。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái) 帶樁腿箱的樁腿一般說(shuō)可兼顧軟硬地基的要求。樁腿箱的主要型式如圖1-14所示。對(duì)較硬的海底，樁腿箱設(shè)計(jì)成具有較小的支承面，甚至略帶錐形；對(duì)較軟的海底，樁腳箱的平面形狀有圓形、方形和多邊形等。 沉墊型是將幾根樁腿下端連成一個(gè)共同的大沉墊，由于沉墊的支承面很大，故適用于軟地基，但采用沉墊型的自升式平臺(tái)在大風(fēng)浪中容易產(chǎn)生滑移，故不宜用于淤泥地區(qū)。1.2 1.

14、2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái)3.3.升降機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu) 升降裝置安裝在平臺(tái)主體和樁腿的交接處，升降裝置能使樁腿和平臺(tái)主體實(shí)現(xiàn)上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或把平臺(tái)主體固定于樁腿的某一位置。升降裝置常用的有電動(dòng)液壓式和電動(dòng)齒輪齒條式。 電動(dòng)液壓升降裝置常用于殼體型樁電動(dòng)液壓升降裝置常用于殼體型樁腿腿，它利用液壓缸中活塞桿的伸縮帶動(dòng)環(huán)梁上下運(yùn)動(dòng)，并利用鎖銷將環(huán)梁和樁 腿鎖緊而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)主體和樁腿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如圖1-15所示。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái) 電動(dòng)齒輪齒條式升降裝置常用于電動(dòng)齒輪齒條式升降裝置常用于桁架式樁腿桁架式樁腿，它由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)齒

15、輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪與樁腿上的齒條嚙合而完成平臺(tái)主體與樁腿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則可把平臺(tái)主體固定于樁腿的某一位置。在升降裝置的齒輪架的上面和下面還設(shè)有緩沖墊，以緩和力的沖擊作用（例如樁腿與海底碰撞的力），如圖1-16所示。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征自升式平臺(tái)自升式平臺(tái) 在鉆井作業(yè)和拖航狀態(tài)時(shí)，平臺(tái)主體必須可靠地固定在一起。固定樁腿的常用方法，對(duì)圓柱型樁腿是在樁腿和主體結(jié)構(gòu)之間的環(huán)隙內(nèi)嵌入上下兩圈楔塊，如圖1-15所示。對(duì)桁架式樁腿則在齒條兩側(cè)各嵌入楔塊，如圖1-17所示。一般每個(gè)樁腿的固樁塊都承受著由樁腿傳遞來(lái)的彎矩。為了加大上、下固樁塊的距離以減少固樁塊處的水平力

16、，通常上固樁塊設(shè)在升降室的頂部，下固樁塊設(shè)在主體底部。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái)二、半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征二、半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征 半潛式平臺(tái)主要結(jié)構(gòu)由三大部分組成：上層平臺(tái)，浮箱（或下浮體）、立柱和撐桿，如圖1-18。平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式不同，它的組成也不同，目前具有代表性的三種類型為（1）平臺(tái)形狀為三角形由三個(gè)立柱，三個(gè)浮箱，三角形上層平臺(tái)以 及若干撐桿所組成；（2）平臺(tái)形狀為五角形由五個(gè)立往，五個(gè)浮箱，五角形上層平臺(tái)以 及若干撐桿所組成；（3）平臺(tái)形狀為矩形由二個(gè)下浮體，4至8個(gè)立柱，矩形上層平臺(tái)以 及若干撐桿所組成。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征

17、半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái)三角形平臺(tái)與其它平臺(tái)相比：（1）結(jié)構(gòu)形狀簡(jiǎn)單、重量輕；（2）其立柱下采用靴式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，撐桿較多，節(jié)點(diǎn)建造較難；u五角形平臺(tái)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，重量也會(huì)增加，從施工建造考慮，它們也 都比矩形平臺(tái)困難。五角形平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)性好，而且波浪不論來(lái)自 何方，結(jié)構(gòu)受到的載荷相差不大。 目前建造較多的還是矩形平臺(tái)。1.1.上層平臺(tái)結(jié)構(gòu)上層平臺(tái)結(jié)構(gòu) 上層平臺(tái)布置著全部鉆井機(jī)械，平臺(tái)操作設(shè)備，物資貯備和生活設(shè)施，上層平臺(tái)承受的甲板載荷常在30008000t之間。 一般上層平臺(tái)是由平臺(tái)甲板、圍壁和若干縱橫倉(cāng)壁所組成的空間箱形結(jié)構(gòu)。根據(jù)布置和使用要求，它可分為若干層，如上甲板、中間甲板、主甲板等。

18、由于半潛式平臺(tái)在海上工作的危險(xiǎn)性，要求上層平臺(tái)為水密或具有一定的水密性，以便在萬(wàn)一失事中平臺(tái)具有更大的安全性。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái) 上層平臺(tái)可以是一個(gè)整體的箱形結(jié)構(gòu)，也可以是由若干縱橫箱形結(jié)構(gòu)單元組合而成的組合體，如“田”、“井”字形，“”形。上層平臺(tái)采用箱形結(jié)構(gòu)可以獲得較大的抗扭剛度，但也有些半潛式平臺(tái)為了減輕上層平臺(tái)的重量，只設(shè)一層主甲板，而用立柱之間的強(qiáng)桁材，或利用與上層建筑形成的箱形結(jié)構(gòu)來(lái)支承甲板。不過(guò)這種上層平臺(tái)結(jié)構(gòu)的材料一般都必須采用高強(qiáng)度鋼。2.2.浮箱或下浮體結(jié)構(gòu)浮箱或下浮體結(jié)構(gòu)（1）浮箱結(jié)構(gòu)：它是一個(gè)水密的圓臺(tái)，設(shè)置在立柱下面，彼此

19、互不相連，三角形半潛式平臺(tái)和五角形半潛式平臺(tái)用得較多，如瑟特柯-135型(Sedco 135)和五角形-81型(PENTAGON 81）等半潛式平臺(tái)的浮箱。（2）下浮體結(jié)構(gòu)：矩形型式半潛式平臺(tái)采用較多，如圖1-20所示。此種下浮體為一圓角矩形剖面或圓形剖面的縱骨架式殼體結(jié)構(gòu)，通常兩個(gè)下浮體分別設(shè)置在平臺(tái)兩排立柱的根部，將每排立柱連成一個(gè)整體。 下浮體結(jié)構(gòu)必須由若干個(gè)縱橫隔倉(cāng)組成，以保證其結(jié)構(gòu)的水密性和強(qiáng)度。在這些分倉(cāng)中，放置機(jī)械設(shè)備、推進(jìn)器，油水倉(cāng)和壓載水倉(cāng)，以保證下浮體潛浮作業(yè)的進(jìn)行。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái)1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征

20、半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái)（3）立柱和撐桿結(jié)構(gòu)：立柱的作用與結(jié)構(gòu)型式： 一方面是與撐桿一起將上層平臺(tái)支撐在下浮體（浮箱）上，另一方面在平臺(tái)處于半潛狀態(tài)時(shí)，提供一定的水線面，使平臺(tái)獲得穩(wěn)性。 立柱是一大直徑(7l0m)的圓筒殼體，可以是縱向（垂向）骨架，或無(wú)骨架結(jié)構(gòu)，但無(wú)論有無(wú)縱向骨架，都均應(yīng)由環(huán)形扶強(qiáng)材，或其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)件加強(qiáng)，在立柱內(nèi)部也可以設(shè)置適當(dāng)?shù)摹傲⒅装濉保猿浞掷弥w空間和保證有一定的抗沉性；立柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)使殼體在預(yù)期的靜水壓力和動(dòng)水壓力以及工作負(fù)荷作用下不出現(xiàn)失穩(wěn)或壓壞。撐桿結(jié)構(gòu)的作用與結(jié)構(gòu)型式： 把上層平臺(tái)、立柱和下浮體三者聯(lián)結(jié)成一個(gè)空間剛架結(jié)構(gòu)，同時(shí)有效地將上部載荷傳遞到平臺(tái)的主

21、要結(jié)構(gòu)上（立柱、下浮體），并將由于風(fēng)、浪等載荷和其它受力狀態(tài)（如拖航，沉浮過(guò)程）所產(chǎn)生的不平衡力進(jìn)行有效的再分布。 撐桿結(jié)構(gòu)，一般為管狀水密結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部應(yīng)設(shè)置環(huán)形肋骨，以保證其形狀和強(qiáng)度以及在較高的外部水壓力作用下不出現(xiàn)失穩(wěn)。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征半潛式平臺(tái)半潛式平臺(tái) 撐桿結(jié)構(gòu)，包括立柱與上層平臺(tái)之間的支撐，立柱與立柱之間的支撐，根據(jù)其所在的位置可分為水平撐桿，垂直撐桿和斜向撐桿，因此帶來(lái)了半潛式平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大特點(diǎn)之一，即節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。在這些節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，往往有多根桿件匯交，且屬于大型的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。為減少應(yīng)力集中，提高疲勞壽命，目前有些半潛式平臺(tái)在撐桿與上層平臺(tái)、立柱、

22、下浮體的連接處采用了箱型的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。 從總體結(jié)構(gòu)看，平臺(tái)的縱向強(qiáng)度由上層平臺(tái)的縱箱形結(jié)構(gòu)（或縱倉(cāng)壁）、立柱、下浮體所組成的強(qiáng)力剛架來(lái)保證，而橫向強(qiáng)度則由上層平臺(tái)箱形結(jié)構(gòu)（或橫倉(cāng)壁），文柱、撐桿所組成的剛架來(lái)保證。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)管架平臺(tái)導(dǎo)管架平臺(tái)三、導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征三、導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征 導(dǎo)管架平臺(tái)可分為三個(gè)主要組成部分，即上部結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管架和樁，如圖1-21成示。1.1.上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu) 上部結(jié)構(gòu)包括平臺(tái)甲板，甲板支柱以及層間桁架結(jié)構(gòu)，對(duì)鉆井平臺(tái)，甲板以兩層居多，對(duì)采油平臺(tái)，有時(shí)可采用單層甲板的型式。l甲板結(jié)構(gòu)的主要作用 在海上為鉆井或采油提供足夠的場(chǎng)地，以便在

23、其上布置鉆井或采油設(shè)備、輔助設(shè)備、各種生活設(shè)施以及供直升飛機(jī)升降。 甲板結(jié)構(gòu)由甲板板和相應(yīng)的構(gòu)架組成，甲板本身必須有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受其上的各種設(shè)備荷重。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)管架平臺(tái)導(dǎo)管架平臺(tái)2.2.導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架結(jié)構(gòu) 導(dǎo)管架是由導(dǎo)管（樁腿）和連接導(dǎo)管的縱橫撐桿所組成的空間剛架。各管狀構(gòu)件相交處形成了管狀節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，它是導(dǎo)管架平臺(tái)的重要結(jié)構(gòu)部位，在設(shè)計(jì)中要特別注意。由于管節(jié)點(diǎn)的幾何形狀復(fù)雜并受焊接影響，故其應(yīng)力集中系數(shù)很高，容易發(fā)生疲勞破壞。 一般管節(jié)點(diǎn)都采用弦桿（即管節(jié)點(diǎn)中直徑較大的管構(gòu)件）管壁加厚或其他措施進(jìn)行加強(qiáng)。平臺(tái)進(jìn)行海上安裝施工時(shí)，導(dǎo)管架的樁腿則作為打樁定位

24、和導(dǎo)向用。導(dǎo)管架除了要承受海上的環(huán)境載荷外，還要承受上部結(jié)構(gòu)的載荷，并將連些載荷較均勻地傳到樁基上。在使用上，導(dǎo)管架還可以用來(lái)系靠船舶，以便于供應(yīng)船靠離平臺(tái)。3.3.樁樁 樁的作用是把平臺(tái)固定于海底并承受橫向和垂向載荷。樁通過(guò)導(dǎo)管架打入海底土中，由單樁組成群樁，以形成樁基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管架的載荷通過(guò)樁基礎(chǔ)傳入地基。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征 SPAR平臺(tái)平臺(tái)四、四、SPARSPAR平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)結(jié)構(gòu)特征1.1.傳統(tǒng)傳統(tǒng)SPARSPAR平臺(tái)平臺(tái) Spar平臺(tái)主要由四個(gè)系統(tǒng)組成：頂部模塊、主體、系泊系統(tǒng)和立管(生產(chǎn)、鉆探、輸油等)。 頂部模塊是一個(gè)多層桁架結(jié)構(gòu)，它可以用來(lái)進(jìn)行

25、鉆探、油井維修、產(chǎn)品處理或其它組合作業(yè)。用來(lái)支撐鉆探設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)鉆探甲板及中間甲板與固定式平臺(tái)的甲板很接近，井口布置在中部。 主體是一個(gè)大直徑、大吃水的具有規(guī)則外形的浮式柱狀結(jié)構(gòu)。水線以下部分為密封空心體，以提供浮力，稱為浮力艙，艙底部一般裝壓載水或儲(chǔ)油(柱內(nèi)可儲(chǔ)油也成為Spar的顯著優(yōu)點(diǎn))，中部由錨鏈呈懸鏈線狀錨泊于海底。 主體中有四種形式的艙。第一種是硬艙，位于殼體的上部，它們的作用是提供平臺(tái)的浮力；中間部分是儲(chǔ)存艙；底部為平衡穩(wěn)定艙(TrimStability tank)。當(dāng)平臺(tái)已經(jīng)系泊并準(zhǔn)備開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，這些艙則轉(zhuǎn)化為固定壓載艙，它們主要用來(lái)降低重心高度。最后，還有一些壓載艙，用

26、于吃水控制。 第二次2008-11-41.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征 SPAR平臺(tái)平臺(tái) Spar通過(guò)半張緊的鋼懸索系泊系統(tǒng)來(lái)定位。系泊索包括海底樁鏈，錨鏈和鋼纜組成。錨所承受的上拔載荷由打樁或負(fù)壓法安裝的吸力錨來(lái)承擔(dān)。導(dǎo)纜孔通常位于硬艙的下部。系泊結(jié)構(gòu)不僅與載荷大小有關(guān)，還與水深有關(guān)。在設(shè)計(jì)Spar的系泊系統(tǒng)時(shí)，通常使其在一根系泊索斷開(kāi)的情況下可以抵御百年一遇惡劣海況。系泊系統(tǒng)可以預(yù)先安裝好，在殼體就位后進(jìn)行連接。 Spar的立管系統(tǒng)主要由生產(chǎn)立管、鉆探立管、輸出立管以及輸送管線等部分組成。 由于Spar的垂蕩運(yùn)動(dòng)很小，因此它可以支持頂端張緊立管(Top Tensioned Ri

27、ser，TTR)和干集油樹(shù)(Dry Trees)。由于每個(gè)立管通過(guò)自帶的浮力罐提供張力支持，因此立管的軸向載荷與殼體運(yùn)動(dòng)解耦，同時(shí)使得平臺(tái)對(duì)水深也不是很敏感。Spar底部接頭(Keel Joint)的設(shè)計(jì)，使得Spar和立管之間可以有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。浮力罐從接近水表面一直延伸到水下一定深度。在一些情況下，浮力罐超出硬艙底部。在中心井內(nèi)部，由彈簧導(dǎo)向提供這些浮罐的橫向支持。柔性海底管線(包括柔性輸出立管)可以附著在Spar的硬艙和軟艙的外部，也可以通過(guò)導(dǎo)向管拉進(jìn)桁架內(nèi)部，繼而進(jìn)入到硬艙的中心井中。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征 SPAR平臺(tái)平臺(tái)2.2.桁架式桁架式SparSpar平臺(tái)平臺(tái)

28、(Truss Spar)(Truss Spar) 第二代的桁架式Spar的概念是Deep Oil Technology(DOT)公司和Spar International公司從1996年起經(jīng)過(guò)大量的工作，歷時(shí)5年后提出的，并于2000年2月份第一次應(yīng)用于NansenBoomvang油田。 與傳統(tǒng)Spar相比，桁架式Spar的最大優(yōu)勢(shì)在于其建造時(shí)對(duì)鋼材的用量大大降低，從而能有效的控制建造費(fèi)用，因此得到廣泛的應(yīng)用。 桁架式Spar的設(shè)計(jì)概念是應(yīng)用桁架結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)Spar柱體的中部結(jié)構(gòu)(Midsection)。 作為連接頂部硬艙和底部軟艙的結(jié)構(gòu)，這個(gè)桁架部分是一個(gè)類似于導(dǎo)管架(jacket)結(jié)構(gòu)的空

29、間鋼架，同傳統(tǒng)Spar的金屬圓柱中部結(jié)構(gòu)相比，可以節(jié)省50的鋼材。桁架式Spar通常由立腿，水平撐桿，斜桿和垂蕩板(Heave Plate)組成。桁架中的管狀構(gòu)件在整個(gè)Spar的使用過(guò)程中均產(chǎn)生浮力。垂蕩板通常由帶支架(Girders)的剛性金屬結(jié)構(gòu)組成，通過(guò)水平撐桿支撐，它的設(shè)計(jì)已成為桁架設(shè)計(jì)的一部分。通過(guò)增加垂直和正交的撐桿來(lái)減小垂蕩板之間的跨距。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征 SPAR平臺(tái)平臺(tái) 垂蕩板的主要作用是增加Spar平臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)的附加質(zhì)量和阻尼，同時(shí)也為頂端張緊立管和剛性立管提供側(cè)向支撐。 桁架腿柱構(gòu)件一般伸長(zhǎng)至頂部硬艙殼體結(jié)構(gòu)中，來(lái)連接桁架和硬艙。硬艙和桁架結(jié)構(gòu)通

30、常是分開(kāi)建造的，通過(guò)焊接交叉部分的腿柱連接在一起。在作業(yè)時(shí)，桁架結(jié)構(gòu)、垂蕩板和結(jié)點(diǎn)均受到波浪和Spar運(yùn)動(dòng)的連續(xù)動(dòng)力載荷 。因此，在結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須充分考慮桁架和結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞。桁架式Spar平臺(tái)特點(diǎn)如下：l 中部結(jié)構(gòu)和軟艙部分使用較少的鋼材料，建造較為便宜；l 總體吃水減小，使得單部分的建造和運(yùn)輸變得可行(降低了建造和運(yùn) 輸?shù)碾y度)；l 通過(guò)阻尼板減小垂蕩運(yùn)動(dòng)，在長(zhǎng)周期涌中具有較好響應(yīng)；l 中部結(jié)構(gòu)為開(kāi)放式的撐桿，降低了環(huán)流造成的拖曳載荷；l 殼體渦激振蕩(Vortex Induced Vibration)響應(yīng)減小了；l 剛性立管可從開(kāi)放式的桁架中間穿過(guò)而無(wú)需穿過(guò)硬殼體。1

31、.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征 SPAR平臺(tái)平臺(tái)3.3.多柱式多柱式SparSpar平臺(tái)平臺(tái)(Cell Spar)(Cell Spar) 由于傳統(tǒng)Spar和桁架式Spar的主體部分都包含大直徑的圓柱體，對(duì)建造工藝的要求很高。因此一種新型的被稱作多柱式Spar的平臺(tái)被設(shè)計(jì)出來(lái)，目前正在Texas建造。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于，同現(xiàn)有的Spar平臺(tái)相比，降低了建造難度，經(jīng)濟(jì)性較好。這種新型Spar平臺(tái)的殼體由一束圓柱體組成，稱為Cell，通過(guò)它們空隙間的水平的和垂直的結(jié)構(gòu)單元連接起來(lái)。 多柱式Spar的上部結(jié)構(gòu)由六個(gè)外圓柱圍繞一個(gè)中心圓柱組成。這些上部圓柱提供整體所需浮力。Spar的下部通過(guò)將

32、外圓柱中的三個(gè)延伸到底部(延長(zhǎng)的部分稱為圓柱腿)來(lái)構(gòu)成。壓載艙包含在這些圓柱腿的底部，從而確保平臺(tái)具有足夠的穩(wěn)性。同大多數(shù)已經(jīng)投入使用的Spar平臺(tái)一樣，由于浮心高于重心，多柱式Spar同樣是無(wú)條件穩(wěn)定的。 垂蕩板裝圓柱腿上，能提供較大的垂蕩附加質(zhì)量和附加阻尼。因此，多柱式Spar也是一種低垂蕩的平臺(tái)，適合剛性立管。由于多柱式Spar沒(méi)有干集油樹(shù)，因此并不需要中心井，在這種情況下，中心圓柱體提供浮力。1.2 1.2 平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征 SPAR平臺(tái)平臺(tái) 在建造過(guò)程中，圓柱體由滾壓機(jī)制成，并通過(guò)自動(dòng)焊接機(jī)焊接在一起，同時(shí)，內(nèi)部的環(huán)形加強(qiáng)構(gòu)件也由相同的自動(dòng)焊接機(jī)焊接到圓柱體部件上。而這種

33、工藝在壓力艙和固定平臺(tái)的制造過(guò)程中已經(jīng)使用多年。當(dāng)需要更大直徑的中心井時(shí)，可以考慮更多的外圓柱，例如8根或者更多。 但是，多柱式Spar中的其它一些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步的解決。例如由于多柱式Spar具有組合外表面，傳統(tǒng)Spar上使用的側(cè)板不能應(yīng)用于多柱式Spar。1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求 從50年代初期到現(xiàn)在，用于海上石油鉆探和生產(chǎn)的移動(dòng)式平臺(tái)已有約750座，固定式平臺(tái)約6000座，發(fā)展十分迅速。由于海洋平臺(tái)在十分惡劣的海洋環(huán)境中作業(yè)，其可能受到的外載荷及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)都很難精確地確定，再加上人們對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)和使用還缺乏經(jīng)驗(yàn)，故平臺(tái)的重

34、大事故仍不斷發(fā)生，例如：1979年“渤海二號(hào)”自升式平臺(tái)（中國(guó)），死亡72人1980年“亞歷山大基爾蘭”號(hào)半潛式平臺(tái)（挪威），死亡123人；1982年“海洋探索者”號(hào)半潛式平臺(tái)（加拿大），死亡84人；1983年“爪哇?！碧?hào)(Glomar Java Sea)鉆井船（中國(guó)），死亡81人；1988年7月北海的一座導(dǎo)管架式生產(chǎn)平臺(tái)因天燃?xì)庑孤?，與明火相遇發(fā)生爆炸，死亡167人，直接損失9億美元。 概括地說(shuō)，平臺(tái)事故發(fā)生的直接原因往往是由于：(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度儲(chǔ)備不足；(2)浮力儲(chǔ)備和穩(wěn)性不足，(3)操作不當(dāng)。1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求 “亞歷山大基

35、爾蘭”號(hào)半潛式生活平臺(tái)的失事是一個(gè)很典型的例子。該平臺(tái)的破壞首先是從平臺(tái)的D-6撐桿發(fā)生疲勞斷裂開(kāi)始的，接著支承D立柱的其它五根撐桿也因過(guò)載而斷裂，導(dǎo)致D立柱徹底破壞而掉入大海，平臺(tái)傾斜至3035，大約在20分鐘內(nèi)平臺(tái)繼續(xù)傾側(cè)和下沉直至完全傾覆蓋，如圖1-22和23所示。事故發(fā)生時(shí)海上氣候惡劣，能見(jiàn)度差，風(fēng)速約1620m/s，波高610m。1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求 “爪哇?！碧?hào)鉆井船于1983年在我國(guó)南海的鶯歌海海域作業(yè)時(shí)沉沒(méi)，其原因也是結(jié)構(gòu)和操作上的

36、問(wèn)題。當(dāng)時(shí)正值16號(hào)臺(tái)風(fēng)過(guò)境，但鉆井船仍處于和正常鉆井作業(yè)一樣的錨泊狀態(tài)，并且船側(cè)對(duì)著臺(tái)風(fēng)，由于船體承受的載荷過(guò)大，在船側(cè)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，繼而船倉(cāng)大量進(jìn)水導(dǎo)致整艘船翻沉。 這些重大事故引起人們的極大關(guān)注。比如“亞歷山大基爾蘭”號(hào)半潛式平臺(tái)失事后，挪威政府機(jī)構(gòu)和挪威船級(jí)社盡最大努力調(diào)查研究了事故原因，對(duì)平臺(tái)的安全性提出了新的要去，并同時(shí)修改了有關(guān)的規(guī)范和規(guī)則。 例如對(duì)半潛式平臺(tái)，要求當(dāng)撐桿破壞后，結(jié)構(gòu)仍應(yīng)有強(qiáng)度的儲(chǔ)備以便至少能承受一年一遇的風(fēng)暴，除非對(duì)完整結(jié)構(gòu)采用了極其嚴(yán)格的疲勞破壞衡準(zhǔn)，因?yàn)槠诹芽p的擴(kuò)展可能是相當(dāng)快的。另外，還要求平臺(tái)有足夠的穩(wěn)性和浮力儲(chǔ)備，對(duì)半潛式生活平臺(tái)要求當(dāng)一個(gè)立柱的整體

37、或大部分破損后平臺(tái)仍能穩(wěn)定地漂浮于海面。1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求 就結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而言，海洋平臺(tái)的安全性一般是通過(guò)保證外載荷效應(yīng)（如結(jié)構(gòu)應(yīng)力）小于相應(yīng)結(jié)構(gòu)承載能力（如危險(xiǎn)應(yīng)力）的某個(gè)百分?jǐn)?shù)的方法來(lái)達(dá)到的，也就是在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上保留一定的安全儲(chǔ)備。 結(jié)構(gòu)破壞并不意味著必須是結(jié)構(gòu)破裂斷開(kāi)，它只是一種不容許出現(xiàn)的極限狀態(tài)。海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)破壞模式有下列四種：(1)屈服失效；(2)屈曲失效；(3)疲勞失效；(4)脆性破壞失效。1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求 疲勞失效是構(gòu)件的疲勞壽命問(wèn)題，脆性破壞失效與材

38、料品種的性能和焊接質(zhì)量有關(guān)，這些問(wèn)題一般在結(jié)構(gòu)的局部設(shè)計(jì)中處理。 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問(wèn)題主要考慮的是屈服和屈曲失效破壞模式。屈服失效模式 其強(qiáng)度條件為 工作危險(xiǎn) / n 或工作式中：工作為結(jié)構(gòu)在外載荷作用下的工作應(yīng)力；危險(xiǎn)為結(jié)構(gòu)材料的危險(xiǎn)應(yīng)力，取材料的屈服極限；n為安全系數(shù)，根據(jù)載荷工況和不同的變形特征（拉伸、彎曲、壓縮、剪切等）參照規(guī)范選取。 = 危險(xiǎn) / n 為許用應(yīng)力。壓桿的屈曲失效模式 許用軸向壓縮應(yīng)力a 可用屈曲應(yīng)力除以壓桿的安全系數(shù)K來(lái)表示： a=c/K式中c為彈性范圍內(nèi)的歐拉應(yīng)力或非彈性范圍內(nèi)的臨界應(yīng)力。1.3 1.3 平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求平臺(tái)的典型破壞事故分析及安全性要求

39、 為保證平臺(tái)的安全，現(xiàn)在除中國(guó)船級(jí)社CCS以外，世界各主要的船檢機(jī)構(gòu)，如美國(guó)船檢局ABS，挪威船級(jí)社DNV，英國(guó)船級(jí)社LR，日本海事協(xié)會(huì)NK，法國(guó)船級(jí)社BV等都頒布了自己的海洋平臺(tái)建造與入級(jí)規(guī)范。在這些規(guī)范中，對(duì)結(jié)構(gòu)分析的基本原則，海洋環(huán)境條件和設(shè)計(jì)載荷的確定，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的選取，材料的特性和選擇等都作了規(guī)定。 此外，美國(guó)石油學(xué)會(huì)的“海洋固定式平臺(tái)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造施行方案(API一RP2A)”和英國(guó)能源部的“海洋工程裝置的設(shè)計(jì)和建造指南”也有一定的權(quán)威性，在固定式平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析中得到廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)者必須熟悉這些規(guī)定，才能使所設(shè)計(jì)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)符合安全性要求。1.4 1.4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)

40、計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度分析方法平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度分析方法 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟般步驟一、平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟一、平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟 海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先是根據(jù)平臺(tái)作業(yè)海域的環(huán)境條件、海底土壤特性，平臺(tái)的使用要求、安全性、營(yíng)運(yùn)性能、建造工藝和維護(hù)費(fèi)用，以及業(yè)主的期望等選擇平臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式。 由于平臺(tái)長(zhǎng)期固定或系泊于特定的海域中作業(yè)，它不像一般船舶那樣，遇到大風(fēng)浪可以避航，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中正確地確定海洋環(huán)境條件顯得非常重要。 海洋環(huán)境條件一般包括海域的水深、風(fēng)暴、波浪、海流、潮汐，海底沖刷和滑移、冰情和地震等。這些海洋環(huán)境因素對(duì)平臺(tái)的安全和作業(yè)效率有極大的影響。 為

41、了設(shè)計(jì)出滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)條件，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，往往需要選擇多種方案進(jìn)行分析比較，最后選定最佳的方案。因此平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)逐步迫近或試探的過(guò)程，例如挪威阿柯（AKER）集團(tuán)設(shè)計(jì)的“阿柯-H3”號(hào)（AKER-H3）半潛式平臺(tái)就選擇了A至H的8種方案進(jìn)行分析、篩選，最后選定了H方案中的第3種修改方案，平臺(tái)也因而取名為“阿柯-H3”號(hào)。 一般初步選定一種結(jié)構(gòu)型式，確定平臺(tái)主尺度，具體進(jìn)行總體布置之后，如果是移動(dòng)式平臺(tái)則需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性能和穩(wěn)性的分析，若不滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求和有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，那么這種結(jié)構(gòu)型式就要被淘汰。1.4 1.4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度分析方法平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和

42、強(qiáng)度分析方法 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟般步驟 為了進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性校核，需要進(jìn)行外載荷計(jì)算，強(qiáng)力構(gòu)件尺寸的初步確定，構(gòu)件材料的選取等工作，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的總體強(qiáng)度分析。 外載荷計(jì)算包括確定平臺(tái)的浮力、結(jié)構(gòu)重量、平臺(tái)的甲板載荷，由風(fēng)、浪、流、冰、地震引起的環(huán)境載荷，墜落物的沖擊以及供應(yīng)船與平臺(tái)碰撞的載荷等。 這些載荷直接影響著構(gòu)件的布置，連接和尺寸的大小，是決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要因素。對(duì)于固定式平臺(tái)，還需進(jìn)行樁基礎(chǔ)計(jì)算以及樁一土一結(jié)構(gòu)相互作用的分析。平臺(tái)的所有強(qiáng)力構(gòu)件都必須符合規(guī)范的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，否則應(yīng)修改構(gòu)件的尺寸和材料品種，直到滿足要求為止。1.4 1.4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度

43、分析方法平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度分析方法 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟般步驟 在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度尺寸確定后應(yīng)對(duì)在總體布置時(shí)估算的結(jié)構(gòu)重量進(jìn)行校核，看其與實(shí)際的是否一致，若相差較大還需進(jìn)行調(diào)整。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)階段是局部節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平臺(tái)節(jié)點(diǎn)是重要的結(jié)構(gòu)部位，它的強(qiáng)度和施工工藝往往直接影響看平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)的壽命。 圖1-24所示為平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程。在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，除需作有關(guān)的理論分析計(jì)算外，對(duì)諸如平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能，局部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，土壤基礎(chǔ)的特性等有時(shí)還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決。1.4 1.4 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度分析方法平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和強(qiáng)度分析方法 平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析方法析方法二、平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析方法二、平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析方法平臺(tái)強(qiáng)度分析的方法基本上可分為兩種：(1)設(shè)計(jì)波法，又稱確定性法；(2)設(shè)計(jì)譜法，又稱隨機(jī)性法。 設(shè)