配筋方式对自升式钻井平台悬臂梁屈曲性能影响研究

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1、配筋方式对自升式钻井平台悬臂梁屈曲性能影响研究肖文生王顶立王逢德张丽蒙占彬中国石油大学机电工程学院胜利油田钻井工艺研究院摘要：自升式钻井平台悬臂梁的稳定性能是衡量其承载能力的重要指标。以某122m（400英尺）自升式平台悬臂梁为研究对象，采用有限元分析方法，研究了在不同的工况下主梁配筋方式和侧向抗弯刚度比对悬臂梁线性屈曲性能的影响。使用弧长法得到了悬臂梁非线性屈曲过程的载荷-位移曲线，校核了屮国船级社海上移动平台入级规范中的屈曲安全系数，得出了规范中的屈曲安全系数偏保守的结论。该结论可为悬臂梁的抗失稳设计提供理论依据。关键词：自升式钻

2、井平台;悬臂梁;配筋方式;侧向抗弯刚度比;屈曲;作者简介：肖文生（1966-），男，陕西西安人，教授，现从事海洋工程装备技术方面的研究工作，E-mail:xiaows@upc.edu.cn。收稿日期：2017-06-30基金：国家工信部课题“自升式钻井平台品牌工程（II型）”InfluenceofReinforcementMethodontheBucklingBehaviorofJack-upCantileverXIAOWenshengWANGDingliWANGFengdeZHANGLiMENGZhanbinCollegeofEle

3、ctromechanicalEngineering,ChinaUniversityofPetroleum;DrillingTechnologyResearchInstitude,ShengliOilfield;Abstract：Thestabilityperformaneeofthejack-upplatform，scantileverisanimporteintindextoevaluateitsworkingcapacity.Tnthispaper,FEMareusedtostudythercinforeementmethodan

4、dinfluenceoflateralflexuralstiffnessratioonthelinearbucklingbehaviorofa400ftjack-up"scantileverbeamconsideringthedifferentconditions.Besides,Arc-Lengthmethodisusedtoobtaintheload-displacementcurveofcantilevernonlinearbuckling,andthecalculatingsafetyfactoriscomparedwitht

5、hebucklingsafetyfactoroftheCCSMODU.Theconclusioncanprovidetheoreticalbasisforstabilizationdesignofthecantileverbeam.Keyword：jack-up;cantilever;reinforcementmethod;lateralflexuralstiffnessratio;buckling;Received：2017-06-30悬臂梁是现代自升式钻井平台的核心系统之一£11。悬臂梁作为钻台和井架的承载结构，它由两条主梁及连接

6、它们的横梁和堆场组成及1。随着作业水深和钻井载荷的增加，为满足悬臂梁的强度要求，将悬臂梁主梁腹板设计的很高，而悬臂梁主梁腹板的高厚比很大，则需要在腹板两侧配置合适间距的加强筋以提高侧向抗弯刚度，防止悬臂梁主梁的侧向失稳。若配置加强筋的间距过小，无疑会增加悬臂梁的自重和加工难度，而配置加强筋的间距过大，容易引发主梁的屈曲破坏，因此研究配筋方式对悬臂梁加筋主梁的屈曲性能影响具有重要意义。国内自升式钻井平台悬臂梁领域的研究多集中于己设计完成的悬臂梁的性能研究。姜伟等②建立了作业条件下悬臂梁的力学模型，得到了悬臂梁振动频率的影响规律;刘蕊等a

7、i对悬臂梁进行实地加载和监测，校核了悬臂梁不同工况下的强度；胡安康等⑷结合数学模型方法和有限元方法评估了悬臂梁的强度，绘制了载荷图谱；姬晓东等固介绍了悬臂梁称重原理和计算方法，并校核了悬臂梁的理论设计载荷;程龙等鸟1阐述了一种模拟加载方法，对无钻机工况的悬臂梁进行了强度试验;汪怡等以某自升式钻井平台为例，分析得到了悬臂梁载荷图表的编制方法，并以理论分析和试验相结合的方法研究了钻井工况下悬臂梁的强度。针对悬臂梁稳定性的研究较少。本文以某122m(400ft)自升式钻井平台悬臂梁为研究对象，采用有限元方法，考虑了悬臂梁主梁不同工况和不同加

8、强筋的配置方式等因素，分析了不同侧向抗弯刚度比对悬臂梁主梁线性和非线性屈曲性能的影响，为悬臂梁的稳定性设计提出一些建议。1有限元分析1.1悬臂梁简介本文以某122m(400ft)自升式钻井平台为例，该平台选用X型悬臂梁，