鋼結構基本原理-5海工鋼結構設計的一般準則課件

海洋工程鋼結構設計

MarineEngineeringSteelDesign

海洋工程（從地理的角度）分為海岸工程、近岸工程和深海工程三大類。海岸工程（CoastalEngineering）：位于波浪破碎帶一線的工程。近岸工程（OffshoreEngineering）：位于大陸架范圍內(nèi)的工程，又稱離岸工程。深海工程（DeepOceanEngineering）：位于大陸架以外的工程。在通常情況下，這三者之間又有所重疊。

1-陸地，2-大陸架，3-大陸坡，4-大陸架海隆，5-海盆2海底地形海洋工程（從結構角度）固定式建筑物（StationaryConstruction）：用樁或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底。系留式建筑物（MooredConstruction）：是用錨和索鏈將浮式結構系留在海面上。它們有的露出水面，有的半露在水中，有的置于海底，還有一種水面移動式結構裝置或是大型平臺，可以隨著作業(yè)的需要在海面上自由移動。風、浪、流、冰、潮汐、風暴潮和海嘯、地震、不穩(wěn)定海床、海洋化學腐蝕等環(huán)境載荷的特點——動態(tài)，隨機海洋工程環(huán)境環(huán)境條件復雜且隨機性大結構尺度大且設計安全度要求高結構設計時考慮作用力的多樣性海洋工程的特點施工方法的特殊性

第五章結構設計的一般準則

GeneralStandardofStructuralDesign

主要內(nèi)容Contents平臺結構系統(tǒng)PlatformStructureSystem結構構件與連接StructuralElementandConnection設計過程DesignProcess安全要求SafetyRequirement建造Build拖航、裝配與轉移Towing、FittingandTransfer經(jīng)濟性Economy引言Introduction結構設計的目的：安全、合理、經(jīng)濟設計者必須具備多方面知識載荷

load材料material焊接技術weldingtechnique結構承載機理load-bearingcapacityofthestructure結構布置structuralarrangement經(jīng)濟安全合理結構的安全—合理—經(jīng)濟關系

“結構安全”是結構設計的“基礎”。

平臺結構系統(tǒng)PlatformStructureSystem海洋石油平臺是海洋工程構筑物的典型代表。

上部結構（平臺）

立柱

基礎（沉墊）海洋石油平臺包括固定式和移動式兩類。海洋結構物OffshoreStructure1.1固定式平臺（fixedplatform）：下部由樁、擴大基腳或其它構造直接支承并固著于海底，按支承情況分為樁基式和重力式兩種。a.樁基式平臺pilesupportedplatform樁基式平臺工作水深一般在10～200米的范圍內(nèi)（個別平臺超過300米）。導管架型平臺(Jacketplatform

):在軟土地基上應用較多的一種樁基平臺。上部結構一般由上下層平臺甲板和層間桁架或立柱構成?；A結構（即下部結構）包括導管架和樁。樁支承全部荷載并固定平臺位置。塔架型平臺(Tower-basedplatform):

另一種適于軟土地基的樁基平臺。為減小擋水面積，樁均設置在腿柱內(nèi),排成圓形，樁頂與腿柱焊接，空隙內(nèi)灌入水泥漿，以防止薄壁腿柱發(fā)生局部壓屈，并使樁固定在腿柱下端。

b.重力式平臺（gravityplatform）：以其自身重力而不靠特殊的錨系獲得永久條件下的穩(wěn)定。固定式鉆井平臺大都建在淺水中，它是借助導管架固定在海底而高出海面不再移動的裝置，平臺上面鋪設甲板用于放置鉆井設備。支撐固定平臺的樁腿是直接打入海底的，所以，鉆井平臺的穩(wěn)定性好，但因平臺不能移動，故鉆井的成本較高。固定式平臺整體穩(wěn)定性好，剛度較大，受季節(jié)和氣候的影響較小,抗風暴的能力強。缺點是機動性能差,一經(jīng)下沉定位固定，則較難移位重復使用。

1.2移動式平臺(flexible

platform):浮于水中或支承于海底，能從一井位移至另一井位，可分為坐底式、自升式、鉆井式和半潛式四類平臺。移動式平臺由于機動性能好,故一般均用于鉆井。a.坐底式平臺（bottom-supportedplatform）：適用于水深為5～30米而且海底比較平坦的場合。

b.自升式平臺（self-elevatingplatform）：由一個駁船式船體和若干能升降并能起支撐作用的樁腿組成，船體有足夠的浮力。作業(yè)時平臺被樁腿支撐并抬升到海面以上。轉移時，把樁腿拔起，駁船式船體下降浮于水面，即可拖運到另一地點。適用于5～90米。Jackup

自升式平臺

Jackup

自升式平臺

c.

鉆井船Drillship：把鉆井設備安裝在船體上，靠錨系或動力定位，在漂浮的狀態(tài)下鉆井。一般都有自航能力，可在幾百米或上千米水深的海域工作，但對風浪極為敏感。

d.半潛式平臺（Semi-submersibleUnit）

：主要由上部結構、下潛體、立柱及斜撐組成。它既可在10～600米深的海域工作,又能較好地適應惡劣的海況，但其經(jīng)濟水深一般為100～300米。

上海船廠“勘探三號”鉆井平臺，1984年建成，為半潛式平臺。半潛式平臺是目前深海鉆井的主要裝置。Semi-submersible半潛式鉆油臺

半固定式海洋平臺：既能固定在深水中，又具有可移性。

TLPunit

張力腿式平臺

張力腿式平臺（tensionlegplatform

）：上部結構是浮體，通過收緊錨固在海底的纜索，使浮體的吃水深度比靜平衡狀態(tài)大一些，浮力大于浮體重力，剩余浮力由纜索的張力來平衡。?張力腿平臺▲船形浮式系統(tǒng)?半潛式平臺▲立柱式平臺海洋結構物與海洋環(huán)境因素的相互作用結構構件與連接構件包括軋制型鋼、焊接型材或鉚接型材（不常用）。構件傳遞的載荷

張力載荷（纜索）

壓力載荷（柱）

橫向載荷（梁或板架）

扭轉載荷（軸）大多數(shù)構件傳遞的是某種形式的組合載荷。構件間以電弧焊為主要的連接方式。三問：What?How?Which?

鋼結構設計過程包括哪些階段（What）?每一階段如何進行（How）?設計者應關注哪些因素（Which）?

設計過程結構型式選擇結構局部設計最后協(xié)調(diào)

工程的功能

要求的結構性能作用安全作業(yè)、建造及維修費用美觀需要強度、剛度可靠性經(jīng)濟性合理性如何進行結構型式的選擇？確?！敖Y構的安全”是首要條件

結構局部設計

確定載荷確定節(jié)點與構件的載荷效應確定構件與節(jié)點的強度

設計步驟選擇材料與連接形式

評經(jīng)驗估算作用在一般的結構布置上的載荷。波、浪流、冰地震平臺甲板載荷浮力結構自重碰撞載荷爆炸載荷火災載荷載荷環(huán)境載荷載荷效應意外載荷

建造基本加工過程防腐防火加工的經(jīng)濟性常取決于車間內(nèi)的運送工作量廠家對結構的建造招標設計人員確定車間施工詳圖車間號料基本加工過程在車間內(nèi)運送材料

結構的防腐材料的物理與化學環(huán)境材料的組成其上的涂層防護薄鋼構件比厚鋼件更易于腐蝕！防腐蝕的有效方法是利用合金元素結構的防火以“耐火能力小時