海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計全冊配套完整課件3

海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計全冊配套完整課件32海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

（DesignofOffshorePlatforms

）第一章緒論第二章設(shè)計荷載第三章導管架平臺總體設(shè)計第四章平臺甲板結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施設(shè)計第五章樁基設(shè)計第六章導管架設(shè)計第七章樁基平臺的動力分析第八章圓管構(gòu)件的強度及穩(wěn)定計算海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論本課程主要內(nèi)容Chapter1introduction第九章管節(jié)點的設(shè)計與疲勞分析第十章移動式平臺加工型式與主尺度第十一章移動式船體結(jié)構(gòu)的設(shè)計第十二章移動式平臺的重量與重心第十三章底撐式平臺的著底穩(wěn)性第十四章浮動式鉆井平臺的漂浮穩(wěn)性第十五章錨泊系統(tǒng)第十六章移動式平臺設(shè)計海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論本課程主要內(nèi)容Chapter1introduction書籍教材：《海洋石油平臺設(shè)計》，陳建民主編，石油工業(yè)出版出版社，2012年5月第1版參考資料：《近海工程結(jié)構(gòu)物——導管架平臺》，姜萌主編，大連理工大學出版社，2009年8月第1版《船舶與海洋平臺結(jié)構(gòu)》，楊永祥主編，國防工業(yè)出版社，2008年12月第1版CCS海上移動平臺入級與建造規(guī)范2005，人民交通出版社ABS-RulesForBuildingandClassingMobileOffshoreDrillingUnits2008.海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論定義：海洋平臺（offshoreplatform）為在海上進行鉆井、采油、集運、觀測、導航、施工等活動提供生產(chǎn)和生活設(shè)施的構(gòu)筑物，也是移動式平臺、固定式平臺等的統(tǒng)稱；它由上部結(jié)構(gòu)、設(shè)施與設(shè)備、支承結(jié)構(gòu)等組成。海洋平臺的定義及其作用

海洋平臺是進行勘探開發(fā)海洋油氣所需的關(guān)鍵裝備之一。第一章緒論Chapter1introduction第一節(jié)海洋石油平臺的類型海洋平臺固定式平臺混凝土重力式平臺鋼質(zhì)導管架式平臺坐底式平臺移動式平臺自升式平臺鉆井船半潛式平臺張力腿式平臺牽索塔式平臺

導管架平臺是由打入海底的樁柱來支承整個平臺，能經(jīng)受風、浪、流等外力作用。由上部結(jié)構(gòu)（即平臺甲板）和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（包括導管架、樁）組成。

平臺甲板的尺寸由使用工藝確定；

樁數(shù)、樁長、樁徑由海底地質(zhì)條件及設(shè)計荷載決定；

導管架立柱的直徑取決于樁徑；

導管架立柱水平支撐的層數(shù)取決于立柱長細比的要求。一、樁基式導管架平臺導管架平臺的特點1.整體穩(wěn)定性好2.

剛度大3.

受季節(jié)和氣候的影響較小4.

抗風暴能力強5.

安全可靠6.

結(jié)構(gòu)簡單7.

造價低上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)導管架平臺的應(yīng)用

導管架平臺是在軟土地基上應(yīng)用較多的一種樁基平臺

工作水深一般在十余米~200m的范圍內(nèi)，也有超過300m的

目前是世界上使用最多的一種平臺

它是從設(shè)計理論和建造技術(shù)來看最成熟、通用的平臺形式

重力式平臺是依靠自身重量維持穩(wěn)定的固定式平臺，由上部結(jié)構(gòu)、立柱和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)三部分組成。

重力式平臺

基礎(chǔ)分為整體式和分離式兩種：（1）整體式基礎(chǔ)一般是由若干圓筒形的艙室組成的大沉墊（2）分離式基礎(chǔ)用若干個分離的艙室做基礎(chǔ)，它對地基適應(yīng)性好，受力狀況好二、固定重力式平臺鋼筋混凝土重力式平臺鋼結(jié)構(gòu)重力式平臺鋼和鋼筋混凝土重力式平臺重力式平臺的特點1.

海上裝配量少2.

貯油能力強3.

與海底連接程度好4.

抵抗外載能力較高5.

鋼筋混凝土節(jié)約鋼材和提高防腐能力，且不需打樁6.

設(shè)計時應(yīng)防止基礎(chǔ)艙壁失穩(wěn)上部結(jié)構(gòu)立柱基礎(chǔ)

（1）順應(yīng)塔式平臺：與固定平臺相似，均具有支撐水面設(shè)施的導管架鋼制結(jié)構(gòu)；但會隨水流或風荷載移動。

水上設(shè)施包括鉆井、生產(chǎn)及生活樓模塊；

支撐結(jié)構(gòu)包括下部與上部兩部分；

下部導管架借助重量，通過2～6個插入泥面以下數(shù)百英尺的樁固定于海底。

三、順應(yīng)式平臺水上設(shè)施支撐結(jié)構(gòu)樁順應(yīng)塔式平臺的應(yīng)用應(yīng)用水深可達900～1000m,最佳工作水深在200～650m；

整體式基礎(chǔ)多建造在密實的砂土上；分離式基礎(chǔ)的面積取決于地質(zhì)條件；

立柱的間距隨水深而變，對地基和水深的適應(yīng)性強，可用于地質(zhì)條件較差的場合

（2）拉索塔式平臺：是一種新型的海洋平臺結(jié)構(gòu),其支承塔架下端著地，上端一般用多根鋼索張緊固定。這種平臺用料少，工作水深大，適用于大深度水域。

。三、順應(yīng)式平臺

坐底式平臺由鉆井駁船發(fā)展而來。該平臺適用水深為5～30m，且要求海底平坦

工作水深不能調(diào)節(jié)，愈深則所需的立柱愈長，結(jié)構(gòu)愈重愈不經(jīng)濟，而且立柱在拖航時升起太高，容易產(chǎn)生事故。已日漸趨于淘汰。四、坐底式鉆井平臺我國“勝利二號”步行坐底式鉆井平臺

組成：一個上層平臺和數(shù)個能夠升降的樁腿工作過程：移航時樁腿升起，至井位后，船體升高作業(yè)，樁腿下降插入海底適用水深與海底條件：大陸架200m以內(nèi)水深，硬土區(qū)、珊瑚區(qū)、不平整海底樁腿長度是自升式鉆井平臺的關(guān)鍵參數(shù)樁腿結(jié)構(gòu)形式有柱體式和桁架式兩類常用的樁腿數(shù)量為3根或4根

五、自升式鉆井平臺平臺結(jié)構(gòu)樁腿海洋平臺公司海洋平臺公司自升式鉆井平臺示意圖海洋平臺公司海洋平臺公司該模塊主要包括以下三部分:1.升降機構(gòu)(JackingSystem)2.固定框架(FixedFrame)3.樁腿及樁靴(Leg&Spudcan)升降模塊海洋平臺公司海洋平臺公司升降機構(gòu)升降模塊齒輪傳動機構(gòu)1齒輪傳動機構(gòu)2海洋平臺公司海洋平臺公司樁腿及樁靴樁腿樁靴樁靴的起吊樁腿的制作升降模塊海洋平臺公司海洋平臺公司

該模塊主要包括三大部分： 鉆井系統(tǒng)

懸臂結(jié)構(gòu)

滑移系統(tǒng)鉆井模塊海洋平臺公司海洋平臺公司鉆井絞車井架天車游車大鉤固繩錨鉆井模塊鐵鉆工海洋平臺公司海洋平臺公司鉆井模塊頂驅(qū)轉(zhuǎn)盤司鉆控制室防噴器滑移系統(tǒng)液壓油缸海洋平臺公司海洋平臺公司鉆井模塊泥漿循環(huán)系統(tǒng)泥漿凈化系統(tǒng)泥漿泵自升式平臺的特點1.

適用于不同海底土壤條件2.

適用于相對較大的水深范圍3.

移位靈活方便，便于建造4.

水深愈大，樁腿愈長，結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)性愈差5.

要求自升式鉆井平臺既要滿足拖航移位時的浮性、穩(wěn)性方面的要求，又要滿足作業(yè)時穩(wěn)性和強度的要求，以及升降平臺和升降樁腿的要求。

半潛式平臺是大部分浮體在水面以下的小水線面的移動式平臺，由坐底式平臺演變而來。由平臺本體、立柱和下體或浮箱組成。

平臺本體與下體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔適當距離，以保證平臺的穩(wěn)性；下體間的連接支撐一般都設(shè)在下體上方，當平臺移位時，可使連接支撐位于水線之上，以減小阻力；平臺本體高出水面一定高度，以避免波浪的沖擊；下體或浮箱提供主要浮力，沉沒于水下以減小波浪的擾動力。

六、半潛式鉆井平臺半潛式平臺的特點1.

適用水深：500米～幾千米2.

穩(wěn)性比較好3.

造價高半潛式鉆井平臺的類型有許多種，主要差別在于水下浮體的形狀與數(shù)目FPSO概念：

FPSO是英文FloatingProductionShortageandOffloading的縮寫，中文譯為浮式生產(chǎn)、儲油、卸油船。這種船并不是一種真正意義上用于運輸?shù)拇嬗猩a(chǎn)、儲油、卸油的功能，一般與水下采油裝置和穿梭油船組成一套完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，是目前海洋工程船舶中的高技術(shù)產(chǎn)品。

七、鉆井船（FPSO)FPSO外形類似油船，但其復雜程度要遠遠高于油船，涉及的復雜系統(tǒng)包括二十幾個大類，如：單點錨泊系統(tǒng)、動力定位系統(tǒng)、油處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、注水處理系統(tǒng)和直升機起降系統(tǒng)等，這類系統(tǒng)在運動型船中很少遇到。其他的惰性氣體發(fā)生系統(tǒng)、消防救生系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等都高于運輸型船舶的建造要求。鉆井船的特點1.

在鉆井裝置中機動性最好2.

鉆井性能卻比較差3.工作：鉆井船與半潛式鉆井平臺一樣，鉆井時浮在水面。井架一般都設(shè)在船的中部，以減小船體搖蕩對鉆井工作的影響4.適用范圍：適于深水作業(yè)，但需要適當?shù)膭恿Χㄎ辉O(shè)施。鉆井船適用于波高小、風速低的海區(qū)FPSO功能

（1）兼有生產(chǎn)和儲油的作用，是一座海上油氣加工廠，具有小至幾千立方米，大到幾百萬立方米的油氣處理能力。（2）是一座儲油輪，目前世界上正在服役的FPSO，其儲油能力已達35萬噸。（3）適應(yīng)能力強，可在20-1000m水深范圍內(nèi)工作。（4）可省去外輸海底管道，用穿梭油輪將商品油運往外地。（5）設(shè)計重現(xiàn)期高（100年），抗風浪能力強，可長期系泊、連續(xù)工作。鉆井船示意圖張力腿結(jié)構(gòu)示意圖TLP是一種垂直系泊的順應(yīng)式平臺。它一般由平臺上體、立柱（含橫撐和斜撐）、下體（沉箱）、張力腿系泊系統(tǒng)和錨固基礎(chǔ)五大部分組成。從結(jié)構(gòu)特點看，TLP就像一個倒置的鐘擺，是一個剛性系統(tǒng)和彈性系統(tǒng)兩者綜合的復雜非線性動力系統(tǒng)。八、張力腿式平臺(TLP)

張力腿式平臺是利用繃緊狀態(tài)下的錨索鏈產(chǎn)生的拉力與平臺的剩余浮力相平衡的鉆井平臺或生產(chǎn)平臺。張力腿式平臺的重力小于浮力，所相差的力可依靠錨索向下的拉力來補償，且此拉力應(yīng)大于波浪產(chǎn)生的力，使錨索上經(jīng)常有向下的拉力，起著繃緊平臺的作用。

張力腿式平臺工作原理TLP平臺的特點1.運動性能好2.

抗惡劣環(huán)境能力強3.

抗震能力較強4.

便于移位，可重復使用5.

造價低

Spar平臺由轉(zhuǎn)盤、浮筒、懸鏈式錨鏈組成浮筒具有貯油能力與生產(chǎn)設(shè)備；浮筒下一段備有貯油容器；浮筒上面一段設(shè)有轉(zhuǎn)盤，居住艙及工作設(shè)備適用水深：600~3000m垂蕩運動比半潛式平臺小具有良好的動力穩(wěn)定性有較大的儲油能力經(jīng)濟性好九、Spar平臺海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論深水浮式平臺概況第一章緒論Chapter1introduction第二節(jié)世界海洋石油平臺發(fā)展概況目前全世界已有2300多套水下生產(chǎn)設(shè)施、204座深水平臺活躍在全世界各大海域平臺的工作水深和鉆采深度不斷創(chuàng)造新的記錄深水鉆井裝備和鋪管作業(yè)技術(shù)也得到迅速發(fā)展

半潛式平臺半潛式平臺的設(shè)計商半潛式平臺的建造商半潛式平臺的建造周期半潛式平臺的造價半潛式平臺的作業(yè)水深半潛式平臺的技術(shù)水平劃分半潛式平臺設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)半潛式平臺概況Spar平臺設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)波浪荷載級平臺運動響應(yīng)垂蕩、縱搖運動不穩(wěn)定性及控制技術(shù)渦激振蕩及控制技術(shù)系泊系統(tǒng)和立管系統(tǒng)的作用與影響Spar平臺發(fā)展歷程深水Spar平臺發(fā)展概況Spar平臺在中國南海的應(yīng)用前景海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論初級發(fā)展階段（2000年以前）第一章緒論Chapter1introduction第三節(jié)我國海洋石油平臺發(fā)展概況具有代表性的裝備是研制成功我國第一艘半潛式鉆井平臺（勘探3號）我國依靠自行設(shè)計，先后建成渤海1號、渤海3號、渤海5號、渤海7號、渤海9號共5艘自升式鉆井平臺，建成勝利1號、勝利2號、勝利3號共3艘坐底式鉆井平臺，以及勘探1號雙體式自由式浮船、渤海友誼號FPSO海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論持續(xù)發(fā)展階段（2000~2006年）第一章緒論Chapter1introduction第三節(jié)我國海洋石油平臺發(fā)展概況我國成功設(shè)計與建造的渤海友誼號FPSO的貢獻在于首次將FPSO用于有冰的海域我國先后完成了渤海長青號、渤海世紀號、渤海奮進號、海洋石油3號等FPSO的自行設(shè)計；完成了賓果9000系列共4艘超深水半潛式平臺的船體建造以及15萬噸、17萬噸、21萬噸級別FPSO的建造；初步具備30萬噸級別FPSO的船體設(shè)計和建造能力海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論有所突破階段（2006~2010年）第一章緒論Chapter1introduction第三節(jié)我國海洋石油平臺發(fā)展概況導管架平臺的發(fā)展自升式平臺的發(fā)展半潛式平臺的發(fā)展鉆井儲油平臺的發(fā)展深水鋪管船---“海洋石油201”海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論向深水、超深水發(fā)展第一章緒論Chapter1introduction第四節(jié)海洋石油平臺的發(fā)展趨勢在2003~2007年的5年中，全球約有580億美元的資金向深海油氣開發(fā)深海油氣鉆采裝備的研制與開發(fā)呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象，鉆井平臺的工作水深和鉆采深度不斷創(chuàng)造新的記錄海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論向大型化發(fā)展第一章緒論Chapter1introduction深海鉆采裝備呈現(xiàn)出大型化趨勢，包括甲板可變荷載、平臺主尺度、載重量、物資存儲能力等各項指標都向大型化發(fā)展海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論采用優(yōu)良設(shè)計和高強度鋼第一章緒論Chapter1introduction優(yōu)良設(shè)計體現(xiàn)在新型平臺等裝備的設(shè)計進一步優(yōu)化高強度鋼具有強度高、韌性好、可焊性好等特點，采用高強度鋼盡在海上平臺和海底管線可明顯節(jié)約鋼材，降低造價海洋平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計緒論以“理解”為主，提倡積極思考與回答問題。

考勤10%回答問題5%作業(yè)15%期末考試(開卷）70%

課程要求第一章緒論Chapter1introduction

課程考核方式第二章設(shè)計荷載

第一節(jié)設(shè)計荷載分類

按建造、安裝和使用期間海洋平臺所經(jīng)受荷載的性質(zhì)對作用于海洋平臺上的荷載進行分類。設(shè)計荷載使用荷載

施工荷載

環(huán)境荷載固定荷載活動荷載吊裝力裝船力運輸力下水力和扶正力地基的反作用力一、使用荷載定義：平臺在使用期間，除環(huán)境荷載以外的各種荷載。

使用荷載活動荷載可變荷載動力荷載結(jié)構(gòu)自重固定荷載防腐陽極塊重量附屬結(jié)構(gòu)重量機械設(shè)備重量管道重量容器重量作用在平臺水下部分的浮力結(jié)構(gòu)在空氣中的重量可變荷載：荷載的大小或位置隨時間緩慢變化的荷載，一般按靜荷載處理。動力荷載：隨時間而變化具有顯著的動力性質(zhì)的荷載，包括循環(huán)荷載、沖擊荷載及事故荷載。通常把動荷載乘以一個動力放大系數(shù)，把動荷載轉(zhuǎn)化為等效靜荷載。

對使用荷載進行分類主要在于為構(gòu)件的強度和穩(wěn)定設(shè)計提供最危險的荷載組合。設(shè)計時使用荷載主要包括：甲板荷載、直升飛機著降荷載、船舶?？科脚_時的?？亢奢d。1.甲板荷載

（1）甲板荷載主要取決于布置在甲板上的工藝設(shè)備、機械設(shè)備、生活和生產(chǎn)設(shè)施，以及其他的備用品和補給品（2）根據(jù)工藝布置繪制甲板荷載分布圖，明確相應(yīng)作業(yè)工況下甲板上各部分的最大均布荷載和集中荷載值

甲板上均布荷載住所、走道≥4kN/m2工作區(qū)≥8kN/m2生產(chǎn)儲存區(qū)≥14kN/m22.直升飛機著降荷載

（1）直升飛機著降通常以制造廠家提供的數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)

（2）直升飛機降落荷載約為其最大起飛重量的2～3倍（3）《海上固定平臺入級與建造規(guī)范》規(guī)定：直升飛機降落時的沖擊荷載不得小于直升飛機最大起飛重量的3倍

沖擊荷載河海大學港口海岸與近海工程學院河海大學港口海岸與近海工程學院543.船舶停靠荷載船舶停靠荷載系纜力擠靠力撞擊力由于風和流的作用，通過系船纜作用在平臺上的力由于風和流的作用，使?？吭诖a頭的船舶直接作用在平臺上的力船舶靠岸或在波浪作用下撞擊平臺時產(chǎn)生的力（1）系纜力1)風產(chǎn)生的系纜力F

（當風向垂直于船舶縱軸時）（當風向垂直于船舶縱軸時）Kn

——各系船柱受力不均勻系數(shù)F0

——作用于船體上的風壓力K

——

船舶的風載體型系數(shù)p——

風壓強度A

——船舶的空載橫向受風面積n

——風向垂直船舶縱軸時，實際受力的系船柱最少數(shù)目n1——

風向平行船舶縱軸時，實際受力的系船柱最少數(shù)目ɑ

——

系船纜的水平投影與平臺靠船裝置前沿線的夾角β

——

系船纜與水平面的夾角

2）海流作用產(chǎn)生的系纜力F

船舶系泊于平臺時，作用于船體上的水流力包括形狀阻力和表面摩擦阻力。K

——繞流系數(shù)u——海流速度A

——水線以下船體側(cè)面投影面積L

——最大船長ht——

平均吃水深度γ

——

海流流向與船舶縱軸的夾角a.作用于船體水下部分的形狀阻力FD：K

——繞流系數(shù)u——海流速度A?

——船體浸水部分表面積L

——船長B——

船寬ht——

船舶吃水Cb——

方形系數(shù)b.作用于船體表面的摩擦力Fm：將海流對船舶的作用力F分解：垂直于船舶縱軸的力F：平行于船舶縱軸的力FT：垂直于船舶縱軸的力FN：平行于船舶縱軸的力F：3）波浪作用下的系纜力F

波浪作用對系纜力的影響較大，它與波浪要素、船舶動力特性有關(guān)。H

——波高F0

——作用于船體上的風壓力θ

——

船舶仰俯角L——

最大船長用布賴恩公式對其值進行初步估計：（2）擠靠力定義：?？吭谄脚_的船舶受風、流或冰的作用，通過防沖設(shè)施傳遞給靠船結(jié)構(gòu)物且方向指向結(jié)構(gòu)物的作用力。

當風向垂直于船舶縱軸時的擠靠力Fj：（防護設(shè)施間斷布置）Kj

——

擠靠力分布不均勻系數(shù)，取為1.1F0

——

作用于船體上的風壓力

——

船舶直線段與碼頭接觸的長度n

——

與船舶接觸的防護設(shè)施數(shù)目

——

各接觸點擠靠力分布不均勻系數(shù)，取為1.3（防護設(shè)施連續(xù)布置）（3）撞擊力

1）船舶靠泊時的撞擊力計算

Cd——

有效動能系數(shù)Cs

——

船殼變形系數(shù)，一般取為0.9Cm

——

附加質(zhì)量系數(shù)Ce

——

偏心率，即考慮船舶回轉(zhuǎn)而對船舶能量的折減系數(shù)r

——

船舶回轉(zhuǎn)半徑L

——

船長a——

船舶重心與撞擊接觸點之間的距離C1

——

平臺的變形系數(shù)C2

——

防沖設(shè)施的變形系數(shù)C3

——

船體的變形系數(shù)有效動能：引起船舶、平臺及防沖設(shè)施變形的能量。

2）系泊時波浪作用引起的撞擊力計算

H

——

船舶?？繒r，最大波高T

——

船舶?？繒r，波浪的最大周期Δ

——

可能?？坑谄脚_的船舶滿載排水量g

——

重力加速度求解撞擊力的關(guān)鍵是確定波浪作用下船舶撞擊結(jié)構(gòu)物的法向速度un。法國平臺設(shè)計規(guī)范推薦的計算船舶最大撞擊力的公式：二、施工荷載定義：平臺在施工期間所受到的荷載；它是發(fā)生在建造、裝船、運輸、下水和安裝等階段的暫時性荷載。1.吊裝力

確定吊裝力時，應(yīng)考慮作用于結(jié)構(gòu)上的力的特性。（1）為補償可能發(fā)生在吊點上的任何側(cè)向荷載，應(yīng)加上與靜吊索荷載同時作用的大小為5%的靜吊索荷載的水平力（2）應(yīng)考慮重物由于運動而產(chǎn)生的動力荷載和其它因素引起的額外荷載

（3）對吊點構(gòu)件設(shè)計，應(yīng)取荷載系數(shù)去乘所得到的靜荷載

吊裝力荷載系數(shù)開敞無掩護海區(qū)吊點2直接與吊點連接的構(gòu)件1.35傳遞提升力的構(gòu)件近岸有掩護海區(qū)吊點1.5直接與吊點連接的構(gòu)件1.15傳遞提升力的構(gòu)件2.裝船力

裝船包括吊裝裝船和滑移裝船。（1）吊裝裝船：將結(jié)構(gòu)物直接吊裝到駁船上（2）滑移裝船：用滑道或軌道臺車把結(jié)構(gòu)物水平移到駁船上

應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物在滑移過程中的可能出現(xiàn)的最不利的支撐情況計算支撐力，校核其強度和穩(wěn)定，尚應(yīng)計算開始移動時所需的水平力。3.運輸力

應(yīng)根據(jù)運輸方式、作業(yè)時的海況、氣象條件計算運輸力。4.下水力和扶正力

（1）結(jié)構(gòu)物下水期間要考慮結(jié)構(gòu)重力、慣性力、浮力、水阻力、搖臂支撐力（2）扶正力：浮吊吊裝時結(jié)構(gòu)物所受的力

注：（1）在海洋環(huán)境下施工，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的固定荷載、最大臨時荷載和環(huán)境荷載進行適當組合后對結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性進行校核（2）施工荷載一般不屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計控制荷載，故通常采取臨時性措施來滿足5.地基的反作用力（1）大多數(shù)導管架扶正后，導其底部配置有防沉板（2）結(jié)構(gòu)防沉板設(shè)計應(yīng)使地基承載力滿足一定的安全系數(shù)要求，一般取為2.0（3）防沉板應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強度以承受地基的反作用力三、環(huán)境荷載定義：由風、浪、流、冰和地震施加到平臺結(jié)構(gòu)上的荷載。

海洋平臺結(jié)構(gòu)在環(huán)境荷載作用下，發(fā)生過許多重大災(zāi)難性事故。1961年，美國新澤西州近海TEXAS平臺被暴風摧毀，死亡28人；1979年，我國的自升式鉆井平臺渤海2號在移位過程中，因為操作不當而翻沉，死亡70余人；1980年，北海挪威EKOFISK油田的一座半潛式平臺ALEXANDERKIELLAND號因結(jié)構(gòu)疲勞破壞發(fā)生傾覆，死亡120人；1981年，在加拿大東部近海，一座半潛式平臺鉆井平臺在風暴中失事，死亡數(shù)十人。因此，充分認識海洋結(jié)構(gòu)所處海洋環(huán)境的特點和風險,并且合理評估鉆井平臺荷載,是十分必要的。環(huán)境荷載：直接或間接由于環(huán)境作用引起的荷載。

（一）風荷載

（二）波浪荷載

（三）海流荷載

（四）冰荷載

（五）地震荷載（一）風荷載風是空氣的流動，風的強弱以風速大小表示。具有一定速度的風受到結(jié)構(gòu)物阻擋時即對之產(chǎn)生作用力。作用于海洋結(jié)構(gòu)上的有水平風力和風力矩。下面介紹如何確定設(shè)計風速及由風速推算風荷載大小的辦法。1.設(shè)計風速的確定《海上移動平臺入級與建造規(guī)范（2005年）》中確定設(shè)計風速選取標準是：無限航區(qū)作業(yè)平臺，最小設(shè)計風速分別為100kn和70kn：（1）自存工況風速:51.5m/s(100kn×1.853×1000/3600=51.47（m/s)（2）正常作業(yè)工況：36m/s(70kn)對于具有作業(yè)限制附加標志的平臺，其正常作業(yè)工況的風速可以減小，但不應(yīng)該小于25.8m/s。按照實際海域的觀測資料確定風速，取重現(xiàn)期為50年的風速。當無條件進行海、陸大風風速間相關(guān)分析時，可用陸上風速乘以風速增大系數(shù)代替海上風速。海上風速與陸上風速之間關(guān)系可以查表確定，一般海上風速為陸上風速的1.1~1.3。2.風荷載風荷載包括風的拖曳力和升力。（1）基本風壓p0的確定

海平面以上10m處的風壓值為基本風壓p0。計算公式為:

u--設(shè)計風速，或者經(jīng)觀測資料分析得到的50年重現(xiàn)期風速（2）風荷載-拖曳力

影響風荷載的兩個因素：

風速受到海洋表面粗糙度的影響；離海平面越近，風速越低。1）高度因素——風壓高度變化系數(shù)kz

計算結(jié)構(gòu)物不同高度處的風壓強時，需乘以風壓高度系數(shù)，表示實際高度位置風壓與海面以上10米處風壓的倍數(shù)。2）構(gòu)件的外形因素:風載體型系數(shù)K風載體型系數(shù)系數(shù)K表示構(gòu)件對風的阻擋效應(yīng)，即風吹到結(jié)構(gòu)物表面引起的實際風壓與按結(jié)構(gòu)物輪廓擋風面積計算所得到的理論風壓的比值。主要與結(jié)構(gòu)物的體型、尺度有關(guān)。規(guī)范中給出的風荷載計算公式為：

式中:——風壓高度系數(shù)

——風載體型系數(shù)

——基本風壓

——受風作用的輪廓面積

按照風壓中心到海平面以上的高度選取風壓高度變化系數(shù)

風載體型系數(shù)（3）考慮脈動風壓的風荷載計算對于平臺上高聳結(jié)構(gòu)，其柔性較小，某些風速作用下誘發(fā)風激振動。比如，渤海4號為桁架式樁腿，設(shè)計水深91.5米，在渤海灣作業(yè)時，由于樁腿外伸出船體數(shù)十米，曾發(fā)生過嚴重的風激振動現(xiàn)象。所以對樁腿一類高聳柔性結(jié)構(gòu)，考慮風的動力效應(yīng)是需要的，而不能僅僅考慮靜風力。風速隨時間變化，是時間的函數(shù)，因此風壓力本質(zhì)上是動荷載。由于高聳結(jié)構(gòu)比如樁腿基本自振周期較長，在風荷載作用下具有明顯的動力效應(yīng)。當高聳結(jié)構(gòu)基本自振周期

這種動力作用就不容忽視。結(jié)構(gòu)動風荷載應(yīng)按下式計算

式中,——風振系數(shù)。一般可按照下表取值：

（4）風的升力計算

對于大面積的平面結(jié)構(gòu)，如直升機平臺甲板，風對其作用一方面引起風向的拖曳力，此外引起垂直于結(jié)構(gòu)表面的作用力，稱為升力。

風向

風的升力

風的升力示意圖

特別當平臺傾斜時，升力的作用影響移動式平臺的穩(wěn)性，甚至導致傾覆。升力的計算公式為：

式中，為升力系數(shù)；其余符號意義同前。在DNV規(guī)范中，給出了不同結(jié)構(gòu)形狀的升力系數(shù)，可供計算時使用。

在工程設(shè)計中：

（1）風的長周期變化一般是按靜態(tài)處理

（2）風的短周期脈動效應(yīng)按準動態(tài)處理（3）當風作用在高而細的柔性建筑物上時，需要考慮風的動力效應(yīng)

風荷載流體的粘滯性引起流體運動慣性、結(jié)構(gòu)物存在引起粘滯效應(yīng)結(jié)構(gòu)物與流體自由表面之間作用繞射效應(yīng)結(jié)構(gòu)物對入射波浪的散射作用阻力（或稱為速度力、拖曳力附加質(zhì)量效應(yīng)質(zhì)量力（或稱為慣性力散射效應(yīng)自由表面效應(yīng)大尺度結(jié)構(gòu)物波浪對海洋結(jié)構(gòu)物的作用效應(yīng)：（二）波浪荷載

波浪荷載是設(shè)計海洋平臺的重要環(huán)境荷載之一。作用在結(jié)構(gòu)上波浪力的大小除與結(jié)構(gòu)所在海區(qū)的設(shè)計水深、結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小有關(guān)外，主要取決于根據(jù)平臺設(shè)計標準所選取的波浪參數(shù)或海浪譜。設(shè)計波高的選?。?/p>

（1）P部分大波的波高HP：將波高按從大到小順序排列，取最高的前P個波高計算其平均值，稱為該P部分大波的波高，記作HP。美國、日本等國采用此法；習慣稱H1/3為有義波高

（2）設(shè)計平臺采用的設(shè)計波高應(yīng)取服役海域某一重現(xiàn)期內(nèi)波高的極值（3）設(shè)計波高取決于結(jié)構(gòu)物所在海域的設(shè)計波浪情況和結(jié)構(gòu)物的重要性，遵照規(guī)范要求應(yīng)盡量做到既保證安全，有經(jīng)濟合理，綜合考慮加以決定

1．波浪參數(shù)（1）設(shè)計波高根據(jù)平臺所在位置及附近海域長期實測資料（要求不少于一年），推算不同重現(xiàn)期的設(shè)計波高。我國《海上移動平臺入級與建造規(guī)范》規(guī)定的設(shè)計波高的選取方法：

－最大波高的可能值，根據(jù)波數(shù)選?。扑榕R界波高，根據(jù)規(guī)范選取

渤海深水波高為：對應(yīng)波數(shù)。其中為有義波高值波數(shù)計算公式：或，和分別為波長和波浪頻率。

淺水設(shè)計波高為：

比值可由規(guī)范直接確定；－波高的平均值：（2）波浪周期

某一重現(xiàn)期的最大波高的可能值所對應(yīng)的周期T，應(yīng)采用使平臺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大應(yīng)力值的周期。周期T的范圍為

一般波浪周期T均小于20s,而周期為時，已達到破碎極限。實際工程的計算方法是：采用不同的波浪周期，計算平臺的應(yīng)力，直至得到平臺的最大應(yīng)力。2.海浪譜從波浪實際觀測中發(fā)現(xiàn)，海面的波動是一個隨機的過程，波面高度隨機變化，波動周期時長時短。工程中常用郎尤特-黑金斯（Longuet-Higgins）提出的海浪模型。這個模型是把海上一固定點的水面波動用多個隨機余弦波的疊加來描述，其表達式為

式中－第n個余弦組成波的振幅，m；－第n個余弦組成波的圓頻率，；－第n個余弦組成波的隨機初相角，它是均勻分布于范圍內(nèi)的隨機量。

如果把介于()范圍內(nèi)的各組成波的振幅平方之半疊加起來，并除以包含所有這些組成波的頻率范圍，所得的值將是一個函數(shù)，即

而相當于在單位頻率間隔內(nèi)海浪的平均能量,相當于能量密度相對于組成波頻率的分布函數(shù)，這個函數(shù)稱為譜。由于其實質(zhì)是代表海浪的能量，所以稱為能譜，又因為它是能量相對于頻率的分布，因而也稱為波浪頻譜。

根據(jù)波浪譜，可以求出波浪的統(tǒng)計量。如果缺乏結(jié)構(gòu)海區(qū)的實際海浪譜資料，可以采用下列兩種海浪譜：（1）Pierson-Moskowitz(P-M)譜產(chǎn)生于1963年，對北大西洋充分發(fā)展的海浪統(tǒng)計的結(jié)果

式中，a－菲利普經(jīng)驗常數(shù)，a＝0.0081；g－重力加速度，,－海面以上19.5m處的風速。（2）Bretschneider譜

適用于風的作用范圍相對小的水域，其表達式為

式中，；；－有義波高，－有效波周期。根據(jù)海浪譜，可求出一系列波的波高及波浪周期。3.小尺度孤立樁柱上的波浪力計算對于構(gòu)件直徑與波長之比小于或等于0.2時的構(gòu)件，稱為小尺度構(gòu)件。（1）垂直小尺度構(gòu)件上的波浪力

波浪垂直于小尺度構(gòu)件

單位長度上的波浪力，可采用莫里森（Morison）公式計算。根據(jù)Morison公式，單位長度上的波浪力為：

式中，拖曳力為

其中；－海水密度；－拖曳力系數(shù)，由試驗確定，如試驗資料不足時，圓形構(gòu)件；－水質(zhì)點的速度水平分量；－構(gòu)件構(gòu)件運動速度水平分量。

單位長度的慣性力為

=附連水慣性力+構(gòu)件排開水的慣性力

－單位長度構(gòu)件體積；－附連水質(zhì)量系數(shù)

－慣性力系數(shù)，由試驗確定，在試驗資料不足時，圓形構(gòu)件??；

－水質(zhì)點速度水平分量；

－水質(zhì)點加速度水平分量。

水平波浪力由兩個部分組成，一是波浪水質(zhì)點運動的水平速度引起的拖曳力;另一是波浪水質(zhì)點運動的水平加速度引起的慣性力。

當進行樁基平臺結(jié)構(gòu)靜力分析時，、可取為水質(zhì)點的水平速度與水平加速度。同時因構(gòu)件直徑遠小于設(shè)計波浪的波長，可認為構(gòu)件的存在對波浪運動無顯著影響，此時，、可取在樁柱中心垂線位置上的波浪水質(zhì)點水平速度與水平加速度值。

作用于垂直樁柱上的總水平波浪力F可由下式計算

式中－靜水面以上波動水面高度

（2）傾斜圓柱形構(gòu)件上的波浪力

傾斜圓柱形構(gòu)件如下圖所示：

圓柱形傾斜構(gòu)件

構(gòu)件軸線與z軸夾角為，平面上投影與x軸夾角為。傾斜構(gòu)件上波浪力仍按照莫里森公式計算，但是需要將莫里森公式寫成矢量形式，即在空間坐標系下確定出垂直構(gòu)件軸線方向的流體質(zhì)點速度和加速度。將莫里森公式寫成矢量形式，則可得到深度為y處單位長度波浪力的一般表達式

式中與是水質(zhì)點速度與加速度的法向矢量（垂直于構(gòu)件軸線），為水質(zhì)點速度法向矢量的模。在三維坐標系下，法向矢量可表示為

得到傾斜構(gòu)件波浪力計算的莫里森公式為4、波浪理論與有關(guān)公式

在確定了流體質(zhì)點速度和加速度的情況下，波浪力很容易由莫里森公式計算。所以確定流體質(zhì)點速度和加速度是關(guān)鍵問題。計算波浪力時，應(yīng)根據(jù)設(shè)計波高H、周期T和水深d選用適當?shù)牟ɡ死碚?。根?jù)水深波長比（d/L）、波高水深比（H/d）可提出常用的波浪理論適用范圍。（1）當、時，采用線性波理論，適用于波幅較小情況；（2）當、時采用有限振幅波理論（司托克斯波理論）；適用于波高較大情況，由于該理論沒有涉及水深的影響，不適合于淺水情況。（3）當時（淺水），采用橢圓余弦波理論，此時，由于水淺，水深影響水的流動，所以必須考慮水深求流速和加速度。米哈特（Mehaute）1976年給出了不同波浪理論的適用范圍，如下圖：

波浪理論的適用范圍海面位移波浪理論波浪運動微幅波理論斯托克斯波理論假定波高與水深相比無限小孤立波理論波浪理論橢圓余弦波理論線性理論用有限個簡單的、頻率成比例的余弦波逼近單一周期的有限振幅波非線性理論適用于淺水波用來解釋近岸極淺水域的波浪現(xiàn)象用于淺海平臺設(shè)計群樁最大波浪荷載各個樁的波浪力與波浪相位角有關(guān)，所以對樁群應(yīng)根據(jù)不同的波剖面位置來確定作用于其上的最大總波浪荷載。（1）樁排垂直于波行進方向：由于均位于相同的波浪相位上，故最大波浪荷載是單樁最大波浪力與樁數(shù)的乘積；

樁排垂直于波行進方向樁列平行于波行進方向（2）平行于波行進方向的樁列：由于各樁所對應(yīng)波浪的相位不同，此時最大波浪荷載應(yīng)考慮為同一時刻各樁所受波浪力的疊加。（3）群樁效應(yīng)：由于群樁按排或列布置，在平臺設(shè)計中，應(yīng)考慮群樁的掩護作用和相互干擾作用。作用在一個構(gòu)件上的波浪力，將受到與之靠近的另一個構(gòu)件尾流場的影響。前面構(gòu)件尾流的旋渦可能激發(fā)后面構(gòu)件的動態(tài)響應(yīng)，使其波浪力增加，這即是群樁效應(yīng)。

當時，應(yīng)該考慮群樁效應(yīng)。

根據(jù)模型試驗和現(xiàn)場觀測，群樁的掩護和干擾作用主要和樁距I和樁徑D之比有關(guān)。一般認為當時，樁的掩護作用和干擾作用可不予考慮；當時，應(yīng)將波浪荷載乘以群樁系數(shù)。其值應(yīng)盡量由實驗確定，或者查閱有關(guān)資料。

6.海生物附著對波浪力的影響海洋樁基平臺在使用期間，樁上會附著各類海生物，這樣會增大樁柱的阻力系數(shù)值，增大波浪拖曳力。據(jù)國外資料提供的數(shù)據(jù)，在海生物附著顯著的海域，波浪拖曳力增大20～40%；同時由于海生物附著，加大了樁柱的直徑，也必然加大了波浪慣性力。為此，規(guī)范中規(guī)定：在海生物附著范圍內(nèi)，莫里森公式中慣性力項的樁徑Ｄ應(yīng)按實際直徑計算，并將波浪拖曳力乘以相應(yīng)系數(shù)，其值可根據(jù)海生物附著程度的不同確定。7.大尺度構(gòu)件上的波浪力大尺度構(gòu)件指人工島、半潛式平臺等，其直徑或者尺度與波長的比值遠遠大于0.2，這類構(gòu)件稱為大尺度構(gòu)件。對于小尺度構(gòu)件，在構(gòu)件的寬度范圍內(nèi)，圓柱的存在僅僅影響圓柱周圍局部流暢流場，對波浪的反射作用不明顯，因此可以忽略構(gòu)件對于流場的影響。但是當尺寸加大時，結(jié)構(gòu)的尺度相對于波長不在是小量，此時，結(jié)構(gòu)對波浪流場的反射和散射作用不可忽略。所以必須考慮結(jié)構(gòu)存在引起的波浪的繞射作用?？紤]波浪的線性繞射計算波浪荷載，已經(jīng)提出了多種方法，主要有：格林函數(shù)法；奇點分布法、源匯分布法。（三）海流荷載

作為平臺荷載考慮的海流包括潮流和余流。

潮流：由于天體運動產(chǎn)生的引潮力而造成的潮汐現(xiàn)象，因潮汐漲落產(chǎn)生的周期性海水水平流動。

余流：水文、氣象等因素引起的海水流動，即非潮流部分的海流。1.漂流：由大范圍的信風作用引起的定常海流2.梯度流：海面上空大氣壓力分布不均勻或海水密度分布不均勻會引起海水等壓面傾斜，從而產(chǎn)生沿等壓線流動的海流3.海底回流：在近岸海區(qū)，由于波浪破碎引起的海流

風海流是余流的主要組成部分。海流：指由于潮的作用、風的拖曳等原因引起的比較穩(wěn)定的水流運動。這種潮流或漂流往往會改變波浪形態(tài)，影響作用在結(jié)構(gòu)上的波浪力。1.海流速度海流包括潮海流和風海流，需要分別計算潮海流和風海流,而后迭加得到總的海流流速。

潮海流：流速隨水深而變化，實測資料不足時，可近似的?。撼焙Ａ靼聪鄬λ畹?/7次方變化?？偤Ａ髁魉俳朴嬎愎綖椋?/p>

式中－設(shè)計泥面以上高度處的海流速度，

－水面的潮流速度，

－設(shè)計泥面以上的垂直距離，

－水深，

設(shè)計海流流速應(yīng)采用平臺使用期間可能出現(xiàn)的最大流速。其值可根據(jù)現(xiàn)場實測資料整理分析后確定。風海流：主要是由風引起的，特別是近海風海流流向基本與風向一致，因此可利用其與風速的關(guān)系，估算出最大可能風海流流速值。

式中－10分鐘最大風速，；

－系數(shù)，一般，渤海采用0.025，我國南海和東?？扇?.04~0.08。2.海流力當只考慮海流作用時，圓形構(gòu)件單位長度的海流荷載可按莫里森公式的拖曳力分量計算，即

式中—海流拖曳力系數(shù)，與波浪力的相同—海水密度—設(shè)計海流流速—單位長度構(gòu)件垂直于海流方向的投影面積當考慮波浪與海流同時作用時，通常認為莫里森公式仍可適用，其計算公式為：

左圖中，為來流速度。當在流體分離點產(chǎn)生旋渦時，流體旋渦逆時針旋轉(zhuǎn)速度為，對于管道上側(cè)，流體質(zhì)點速度變小為，下側(cè)流體質(zhì)點速度增加為，速度小的一側(cè)，壓力大，速度增大一側(cè)，壓力減小，兩側(cè)出現(xiàn)壓力差，該壓力岔即為升力。3、卡門旋渦-渦激升力流體沿垂直于圓形構(gòu)件軸線勻速流動時，在構(gòu)件周圍會出現(xiàn)卡門旋渦。旋渦泄放時將產(chǎn)生一可變升力。該力的變動頻率接近時，會引起共振。進行平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要避免這一現(xiàn)象發(fā)生。下圖為渦激升力：渦激升力圖

圓柱體的漩渦瀉放，主要取決于兩個因素：一是雷諾數(shù)Re，一是海流速度分布。Re可由下式給出

式中，－垂直于構(gòu)件軸線的海流速度－圓柱體直徑－海水運動粘滯系數(shù)對于海水漩渦的釋放頻率：

稱為斯特勞霍爾數(shù)（Strouhalnumber）。應(yīng)該避免漩渦的釋放頻率與結(jié)構(gòu)固有振動頻率接近或重合，防止產(chǎn)生渦激共振。

左圖中，V-設(shè)計海流流速；V1-潮流流速；Vw-風生流流速；Vs-風暴涌流速；-風生流的參考水深；-靜水水深；z-水質(zhì)點靜水水面以下的垂直距離。4.波-流聯(lián)合作用荷載流速的處理波浪和海流共存，使海流流速增加，計算時應(yīng)該將波浪水質(zhì)點速度與海流水質(zhì)點速度矢量疊加。疊加方法如下圖所示：

波浪水質(zhì)點速度與海流水質(zhì)點速度矢量疊加圖（四）冰荷載

在冰情嚴重的海域建造固定平臺，冰荷載是不容忽視的環(huán)境荷載，往往比波浪荷載還要大，成為平臺設(shè)計中的控制荷載。因此有冰情的海域，應(yīng)根據(jù)長期實測資料分析確定冰的厚度、強度和冰對平臺撞擊速度等。

1、冰荷載作用的主要類型流冰對平臺的沖擊作用平臺損壞的主要原因巨大的冰原包圍平臺產(chǎn)生的擠壓力

流冰期間冰塊對平臺的摩擦作用海冰對其周圍的平臺產(chǎn)生的附加重力和附加浮力。（氣溫下降海冰結(jié)為一體，加之水位的漲落）

CCS規(guī)定平臺設(shè)計需考慮的冰荷載在潮流和風作用下的大面積冰原呈整體移動擠壓結(jié)構(gòu)。若結(jié)構(gòu)強度足夠,則冰原將被切入或破斷而移動,荷載呈周期性變化，結(jié)構(gòu)發(fā)生振動。1969年春，中國渤海出現(xiàn)的特大冰封即以這種形式將一座固定平臺推倒。

冰對結(jié)構(gòu)的作用是一個復雜的現(xiàn)象，影響因素較多。根據(jù)冰的特性和其與平臺的相互作用，主要應(yīng)考慮下列兩種冰荷載：（1）當整個海面處于冰層覆蓋，平臺被冰原包圍時，在海流和風作用下，大面積冰原呈整體移動擠壓平臺。如果平臺有足夠的強度，則冰原將被樁柱切入或割裂。這種冰荷載呈周期性變化，并伴隨著平臺振動而產(chǎn)生。（2）流冰期間，自由漂流的流冰沖擊平臺產(chǎn)生沖擊力。根據(jù)實際觀察，冰對平臺作用主要是這兩種。特別是第一種形式，在大面積冰原整體移動擠壓平臺過程中，冰原破碎的瞬間，作用在平臺樁柱上的冰壓力最大。工程上關(guān)心的是最大水平冰壓力。根據(jù)冰的受壓強度極限，可求出冰被壓碎時的極限冰壓力，以此作為設(shè)計冰壓力。影響冰壓力的主要因素：

（1）海冰的特性

（2）結(jié)構(gòu)物的形式

（3）海洋環(huán)境條件

2、冰荷載（1）結(jié)冰海域內(nèi)，在風和流作用下，大面積冰原擠壓垂直孤立樁柱所產(chǎn)生的冰荷載可按下式計算

式中－樁柱形狀系數(shù)－局部擠壓系數(shù)－樁柱與冰層的接觸系數(shù)－冰樣試樣的極限抗壓強度：渤海及黃海北部沿海取1.44MPab－樁柱寬度（或直徑），mh－冰層計算厚度，m；應(yīng)根據(jù)實測資料分析確定

在實測資料不足時，渤海和黃海北部沿海地區(qū)可取：遼東灣h=1m；渤海灣h=0.8m；萊州灣h=0.7m；

式中主要參數(shù)應(yīng)盡量通過長期觀測，經(jīng)分析確定。若無實測資料，圓截面樁柱的m值可取為0.9，取為2.5，取為0.45。渤海及黃海北部沿海的冰荷載可按下面經(jīng)驗公式計算

－樁柱寬度（或直徑），m；-冰厚(m)。（2）流冰對樁柱沖擊的冰荷載可按下式計算

式中－樁柱形狀系數(shù)－局部擠壓系數(shù)－冰樣試樣的極限抗壓強度：渤海及黃海北部沿海取1.44MPabj－樁柱寬度（或直徑），mh－冰層計算厚度，m；應(yīng)根據(jù)實測資料分析確定對于三角形端部樁柱，冰塊被樁柱切入一定深度x時的最大冰壓力為：3、群樁上的冰荷載計算群樁上冰荷載時，應(yīng)考慮群樁的遮蔽作用。即當冰原擠向平臺時，第一排樁直接受到未曾破碎冰層的擠壓；而當冰原被第一排樁壓碎后擠向第二排樁時，冰荷載由于第一排樁的遮蔽受阻減小。在以往的平臺設(shè)計中，常采用折減系數(shù)方法處理，其折減系數(shù)取為：第二排樁0.75；第三排樁0.5；第四排樁0.25。這樣選取的折減系數(shù)是否恰當尚有待進一步現(xiàn)場實測和研究。如按這樣的折減系數(shù)計算，則4排樁固定平臺所承受的總冰荷載為單排樁冰荷載的2.5倍。為提高平臺的防冰能力和減小冰荷載，設(shè)計中應(yīng)盡量采用破冰、防冰和能較好的吸收冰沖擊能量的結(jié)構(gòu)形式。特別應(yīng)指出的是在冰凌作用的高程范圍內(nèi)不應(yīng)設(shè)置撐桿，同時應(yīng)注意合理布置平臺方位，使平臺抗傾覆能力強的方向與冰原移動方向一致。冰荷載是重冰海域海洋工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計的控制荷載.隨著海洋工程開發(fā)活動的規(guī)模化發(fā)展，海冰與結(jié)構(gòu)物相互作用的問題日益突出，建立合理的冰荷載計算模型，研究錐面冰荷載對樁腿的安全作用，對于抗冰結(jié)構(gòu)的設(shè)計非常必要。在工程設(shè)計中，冰荷載是指冰力時程曲線的峰值荷載，其大小主要取決于冰排的破壞強度，而破壞強度的大小與冰排的破壞形式密切相關(guān)。由于冰排的抗彎強度小于擠壓強度，借助冰錐結(jié)構(gòu)能使得冰排以彎曲模式破壞，從而有效的減小作用在錐體上的冰力荷載。故錐體抗冰結(jié)構(gòu)憑借有效地減小冰荷載這一優(yōu)勢，成為目前冰區(qū)海洋工程的優(yōu)選結(jié)構(gòu)形式。

（五）地震荷載1.近海平臺抗震驗算的原則和要求（1）應(yīng)對設(shè)計烈度為7度、8度、9度的地震荷載進行計算；對高于9度的地震荷載應(yīng)進行專門研究（2）地震荷載計算中的設(shè)計烈度一般采用所在海域的基本烈度（3）對次生災(zāi)害嚴重或特別重要的平臺，可按基本烈度提高1度作為設(shè)計烈度

2.地震動水壓力計算(1)地震在振動過程中對建筑物產(chǎn)生的慣性力包括地震慣性力、地震動水壓力、地震動土壓力。（2）地震動水壓力p是建筑物與周圍水體的相互作用而產(chǎn)生的作用力，是指靜水壓力以外的附加水壓力,按下式計算：

第二節(jié)計算狀態(tài)確定及甲板荷載1.計算狀態(tài)（1）正常作業(yè)工況

靜荷載：所有結(jié)構(gòu)、消耗品及設(shè)備等重量以及作業(yè)荷載。

環(huán)境荷載：最大風、浪、海流要素荷載及海床反力等，還要考慮環(huán)境荷載的組合。（2）遷移工況

靜荷載：所有結(jié)構(gòu)、消耗品及設(shè)備等重量以及浮力。

環(huán)境荷載：①油田內(nèi)遷移：風速不小于36m/s，波浪與海流流速按照最不利情況組合。②遠洋遷移：風速不小于51.5m/s，波浪與海流流速按照最不利情況組合。

應(yīng)該考慮平臺傾斜和運動加速度以及拖纜力的影響。（3）升降工況

靜荷載：所有平臺主體結(jié)構(gòu)重量、壓載重量及設(shè)備等重量。

環(huán)境荷載：取手冊中允許平臺升降時的最大風、浪、海流要素及荷載。（4）自存工況

靜荷載：所有平臺主體結(jié)構(gòu)重量、壓載重量及設(shè)備等重量。

環(huán)境荷載：取手冊中規(guī)定的平臺自存時的最大風暴條件。2.甲板荷載甲板荷載估算取值為：船員艙室和走道4500N/m2作業(yè)區(qū)域（包括露天甲板）9000N/m2雜務(wù)儲存區(qū)13000N/m2直升機甲板2000N/m2。

第三節(jié)荷載組合荷載組合的原則：（1）根據(jù)設(shè)計環(huán)境條件，對實際有可能出現(xiàn)的各種荷載，應(yīng)按最不利情況進行組合（2）對同一結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計項目或不同階段，應(yīng)按其各自可能出現(xiàn)的最不利荷載情況分別進行組合（3）受水位影響的荷載和設(shè)計項目，在進行荷載組合時，必須把水位作為一個組合條件來考慮

最基本的、起控制作用的荷載組合：（1）設(shè)計的工作環(huán)境條件與平臺上的固定荷載和相應(yīng)的最大活荷載組合（2）設(shè)計的工作環(huán)境條件與平臺上的固定荷載和相應(yīng)的最小活荷載組合（3）設(shè)計的極端環(huán)境條件與平臺上的固定荷載和相應(yīng)的最大活荷載組（4）設(shè)計的極端環(huán)境條件與平臺上的固定荷載和相應(yīng)的最小活荷載組合128

第三章導管架平臺總體設(shè)計

第一節(jié)設(shè)計參數(shù)第二節(jié)導管架平臺的構(gòu)成及分類第三節(jié)平臺的方位、結(jié)構(gòu)型式及主要尺寸設(shè)計第四節(jié)平臺上的主要設(shè)備第五節(jié)平臺上設(shè)備的布置第六節(jié)平臺的總體規(guī)劃與布置導管架平臺總體設(shè)計本章主要內(nèi)容導管架平臺總體設(shè)計定義：按一般的設(shè)計準則、法規(guī)和標準處理平臺上部設(shè)施和設(shè)備的工藝布置與支承結(jié)構(gòu)選型的總體問題總體布置的目的：尋求平臺總體的最優(yōu)設(shè)計方案平臺總體設(shè)計第一章緒論Chapter1introduction工藝布置是支承結(jié)構(gòu)規(guī)劃布置的依據(jù)；支承結(jié)構(gòu)選型必須滿足工藝布置的要求

平臺總體設(shè)計過程：反復進行工藝布置與結(jié)構(gòu)選型的過程平臺使用參數(shù)施工參數(shù)海洋環(huán)境參數(shù)海底地質(zhì)參數(shù)第一節(jié)設(shè)計參數(shù)平臺的用途、工藝要求施工手段、滿足施工要求的自然環(huán)境條件工作環(huán)境參數(shù)、極端環(huán)境參數(shù)工程地質(zhì)參數(shù)、適宜的持力層

（1）使用年限（2）平臺設(shè)置的位置及該位置的水深（3）是否有人居住，若有人居住，居住人數(shù)、人員上下平臺方法及緊急狀態(tài)的撤離方法（4）平臺工藝布置要求及處理方法（5）供應(yīng)船的尺度、停靠方式，直升飛機的型號及直升飛機停泊場的布置，起重設(shè)備能力及數(shù)量（6）油（氣）井的數(shù)目、間距（7）保證工作人員和設(shè)備的安全、防止污染、減少振動及防火的措施

一、平臺使用參數(shù)

（1）要求預(yù)制場地有足夠的工作面積（2）供水供電方便、充足，能正常進行構(gòu)件制造（3）要求路上交通有鐵路公路相通，水路有碼頭通航，能夠保證大量材料運進和大型構(gòu)件運出（4）要求有足夠的工作船和起重機具進行運輸安裝（5）平臺制造廠技術(shù)水平能滿足平臺制造要求（6）要求從制造場地到平臺服役海域的航線有足夠的航行水深

二、施工參數(shù)

（1）海洋環(huán)境：a.風、波浪、潮汐、海流、海冰、地震、海嘯b.風、雨、雪、霧、霜、溫度、濕度c.地基土壤、腐蝕性海水、海生物附著、鹽度（2）環(huán)境參數(shù)包括工作環(huán)境參數(shù)、極端環(huán)境參數(shù)（3）工作環(huán)境參數(shù)：平臺在施工和使用期間經(jīng)常出現(xiàn)的環(huán)境參數(shù)，以保證平臺能正常施工和生產(chǎn)作業(yè)為標準（4）極端環(huán)境參數(shù)：平臺在使用年限內(nèi)，極少出現(xiàn)的惡劣環(huán)境參數(shù)，作為保證平臺生存標準。所選用的荷載重現(xiàn)期均不小于50年

三、海洋環(huán)境參數(shù)

（1）平臺設(shè)計前需進行地質(zhì)調(diào)查：a.現(xiàn)場海底地貌情況b.淺地層剖面c.地球物理測量結(jié)果d.周圍土層的分類、年代、成因類型、狀態(tài)、分布規(guī)律e.軟硬巖土層的接觸關(guān)系、接觸面的坡度和坡向

（2）了解本海域不良工程地質(zhì)現(xiàn)象：海溝、古河道、斷層、海底沖刷情況（3）分析場地工程地質(zhì)參數(shù)，判定不良地質(zhì)現(xiàn)象對平臺安裝的影響（4）確定適宜的持力層

四、海底地質(zhì)參數(shù)第二節(jié)導管架平臺的構(gòu)成及分類導管架平臺支承結(jié)構(gòu)導管架鋼管樁板上部設(shè)施與設(shè)備甲板梁滑道梁桁架立柱設(shè)備甲板結(jié)構(gòu)

導管架平臺是由腿柱和縱橫桿系構(gòu)成的空間構(gòu)架。

縱向和橫向連接桿構(gòu)成的支撐可傳遞水平荷載，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

1、導管架腿柱（導管）水平撐桿斜撐桿樁導管架的主要作用1.

樁基施工時，作為打樁定位和打樁導向，并使各單樁有機地連為一體2.

安裝上部設(shè)施與設(shè)備時，可在上面架設(shè)臨時施工平臺，保證施工安全和加快施工進度3.

作為支撐結(jié)構(gòu)的一部分可以增加結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力的剛度，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性4.

可作為大量附屬設(shè)施的支撐2.鋼管樁鋼管樁導管架海床

群樁基礎(chǔ)把平臺固定于海床，可承受各種使用荷載和海洋環(huán)境荷載。3.甲板結(jié)構(gòu)板梁桁架（立柱）

甲板結(jié)構(gòu)：為海上油氣田開發(fā)和其它海洋開發(fā)提供足夠的使用空間，用來布置各種設(shè)施和設(shè)備。4.設(shè)施和設(shè)備模塊陸地制作模塊海上甲板結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代平臺設(shè)計通常按照起重機的允許最大吊裝能力和工藝流程要求，將上部設(shè)施與設(shè)備分成很多模塊。按工藝流程組裝模塊

導管架平臺井口平臺生產(chǎn)處理平臺泵站與壓縮機平臺生活平臺火炬平臺集油（氣）平臺注入平臺綜合平臺其他種類平臺導管架平臺的特點1.

平臺的支承結(jié)構(gòu)是以圓鋼管為主要構(gòu)件的鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)較好2.

樁打的準而直，故結(jié)構(gòu)適用于水深、浪高、風大的海域3.

打樁作業(yè)簡單，且導管架可保證平臺結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性4.

分模塊作業(yè)使得結(jié)構(gòu)既安全又經(jīng)濟5.

平臺設(shè)計、制造和安裝技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)的適用性強有利于抵抗海洋環(huán)境荷載作用便于工作船?？繚M足平臺上部設(shè)施與設(shè)備工藝布置要求第三節(jié)平臺的方位、結(jié)構(gòu)型式及主要尺寸設(shè)計使支撐結(jié)構(gòu)抗傾覆能力強的方向與流向一致火炬塔在下風向，生活區(qū)在上風向一、平臺的方位設(shè)計平臺的方位：在標明正北方向的平面圖上，平臺主軸與正北方向的夾角。它通常取決于主導風向、波向、流向、海冰方向及平臺使用要求。把靠船裝置布置在支撐結(jié)構(gòu)與流向相平行的一側(cè)選擇平臺方位的原則：導管架三腿柱導管架四腿柱導管架八腿柱導管架主要用于井口平臺、火炬平臺、機械設(shè)施支承平臺主要用于井口平臺、生活平臺、壓縮機平臺、油（氣）生產(chǎn)平臺、鉆井平臺主要用于綜合平臺平臺支承結(jié)構(gòu)型式的選擇即導管架結(jié)構(gòu)型式和樁基布置型式的選擇。其它導管架6、9、12、16、24腿柱導管架平臺目前世界上導管架趨勢是向少腿柱發(fā)展，大多數(shù)為4腿柱和8腿柱導管架平臺。二、平臺支承結(jié)構(gòu)的型式設(shè)計撐桿的布置K型撐桿X型撐桿撐桿受壓，易失穩(wěn)撐桿有效長度短，可采用細長桿件，減少導管架總重量導管架腿柱和支承腿柱的撐桿共同構(gòu)成導管架空間框架結(jié)構(gòu)。荷載作用下，一根受拉，可防止另一根受壓撐桿失穩(wěn)焊接節(jié)點多，焊接工作量大撐桿有效長度大，導管架總重量大焊接節(jié)點少，焊接工作量小，費用低設(shè)計者的經(jīng)驗、導管架運送方式、施工技術(shù)決定撐桿布置型式。一般在深水海域和地震海域多采用X型撐桿。樁基布置型式1.

樁基的布置和樁數(shù)決定導管架型式2.

邊樁：均勻布置在導管架底部四周的樁3.

裙樁：布置在導管架四個角柱周圍的樁樁基的布置邊樁布置裙樁布置平臺上部豎向荷載顯著大于水平荷載引起的傾覆力矩對地基的作用適用于水平荷載對地基引起的傾覆力矩占地基總負載較大比例的情況裙樁可承受更大傾覆力矩；導管架需采用較粗支撐北海應(yīng)用較多上部豎向荷載較直接通過腿柱傳到基礎(chǔ)，導