海洋平台防沉板方案的优化研究.pdf

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1、第6期-17-海洋平台防沉板方案的优化研究孙晋华（海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津300451）[摘要]本文从导管架防沉板设计的基本原理出发，分析了防沉板设计的基本过程。以渤海某导管架的防沉板设计为例，从4种设计方案中优选了符合工程实际、满足规范要求并能尽量减少钢材用量、降低安装和建造成本、结构合理的设计方案，总结出了防沉板设计的基本原则，可为今后防沉板设计时提供借鉴。[关键词]防沉板；坐底稳性；承载力；方案优化导管架防沉板设计通过在导管架底部设置防及防沉板结构强度。沉板来支撑导管架的载荷，以达

2、到导管架在未打1.2.1稳定性校核桩前的安全性要求。这是平台导管架安装设计中防沉板的稳定性包括抗滑移稳定性和抗倾覆的重要环节，因此，正确选取防沉板的结构形式稳定性。和选取合理的防沉板设计方法具有重要的工程意①抗滑移校核义。1海洋平台防沉板设计原理抗滑移安全系数导管架的坐底稳性和防沉板设计要求在导管②抗倾覆校核架打桩前的安装过程中防沉板在风、浪、流的作抗倾覆安全系数用下能满足安全性要求。设计中需考虑导管架的，自重和浮力以及导管架在安装期间所受的波、流荷载和表层土壤的承载力条件等。防沉板设计包式中：Su-

3、土壤不排水抗减强度；A-防沉板括在导管架下部结构安装过程中导管架稳定性计铺设面积；Qu-土壤的单位面积承载力；Fx,Fy,Fz算、土壤承载力校核以及防沉板和下部结构的强-导管架在设计条件下的x向、y向和z向的受力；度校核。Mx,My-导管架在设计条件下的x向和y向的弯矩；xmin,ymin-重心距离防沉板边沿的最小x向和y向距1.1设计载荷离。防沉板的作用是使导管架在未接桩前能够抵1.2.2地基承载力校核抗自重以及风、浪、流等环境载荷，使得导管架整体直立不倒，即具有坐底稳定性。在打桩和灌浆前，导管架结

4、构由设在导管架底部的防沉板支撑，所以防沉板以及下部结构在设计时需考虑如下两种设计载荷工况：的校核计算要同时考虑轴向力和滑动力。防沉板设计工况①：导管架底部刚接触海床或刚接对这些力的极限承载能力是这些力相互作用的函触腿下预安装桩时的结构自重和附件重量，包括数。使用APIRP2A中的方法可以给出表示轴向力浮力。与剪切力相互之间关系的承载力曲线包络图。设计工况②：在桩基安装结束后灌浆前，防沉板的极限承载力随着水平力的增加而减由于波浪力作用产生的波浪载荷和结构自重的合小，在零水平力和剪切力随深度线性变化的情况

5、力。1.2防沉板校核作者简介：孙晋华（1982—），男，河北保定人，毕业于大连理防沉板设计及坐底稳性的设计主要考虑三个工大学船舶与海洋结构物设计制造专业，硕士，结构工程师。从事方面：导管架稳定性、地基/土壤承载力、导管架海洋石油平台结构研究工作。石油和化工设备-18-论文广场2016年第19卷[1]下极限承载力计算如下：况下的设计环境力。这种方法贴近防沉板及下部结构的实际受力情况，但是载荷模拟过程非常繁琐复杂，并且常常需要依靠设计经验来判断各点式中：QULT-极限承载力；A-有效基础面积；加载力的大小

6、。就其准确性而言，方法二是最接Sf-形状因子；Fs-光滑基础常数；Co-防沉板下土的近于防沉板真实情况的，但模拟过程是最复杂繁不排水抗剪强度；R-随深度增加的抗剪强度增长琐的；就其模拟简便程度而言，方法一是最简便率；D-防沉板直径。的，但由于方法一模拟情况反力保守，往往容易在实际工程项目中，导管架基础的地基承载造成结构模拟受力过大，不满足设计要求。力通过单位承载力Qu和承载力安全系数SF进行评估校核。2防沉板方案设计优化(1)单位承载力Qu与所有结构设计一样，在进行防沉板设计时需考虑以下因素：安全性、

7、建造和安装费用、建在实际工程项目中，导管架基础对土壤的地造生产周期以及结构的合理性等。防沉板首先要基承载力通常来自工程地质调查报告，报告中对满足设计规范，保证平台在海上的结构安全和作土壤的单位面积承载力Qu简化为防沉板几何形业的可靠；在防沉板的设计中应充分考虑减少后状的函数Qu=f(B,L)，一般黏土为：Qu=(a+b×B)期建造安装费用，包括钢材材料费用、建造施工×(1+c×B/L)，其中B为防沉板宽度，L为防沉板费用、海上安装费用等；防沉板的建造周期很大长度，a、b、c为常数。程度上体现在建造时的

8、施工难易度上，防沉板设(2)土壤承载力校核安全系数计需利于施工建造、缩短建造周期；防沉板的结构合理性也是很重要的一个因素，防沉板结构设剪切安全系数计要求结构形式合理，板梁受力均匀，使之充分得到利用。式中：Su-土壤不排水抗剪强度；Wx、Wy-现以渤海某导管架为例说明导管架防沉板布防沉板的x向和y向的抗弯模量。置方案的优选过程。根据APIRP2A规范要求，仅考虑结构自重的2.1导管架数据工况满足安全系数1.5；考虑结构自重和风浪流环(1)导管架结构重573