某自升式平台结构性能分析与评估.pdf

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1、第43卷第6期2014年12月船海工程SHIP&0CEANENGINEERINGV01．43No．6Dec．2014DOI：10．3963／jissn．167l-7953．2014．06．040某自升式平台结构性能分析与评估郑振豪，卢永然，徐少柯，游全武(青岛远洋船员职业学院船舶与海洋工程系，山东青岛266071)摘要：采用有限元法及相应的理论，对某典型的桁架式桩腿自升式平台进行结构强度分析，利用AN．sYs建模并计算重要构件的内力，介绍了平台站立条件下几个重要总体性能的校核过程。关键词：自升式平台；桩腿；有限元；ANsYS；总体性能中图

2、分类号：u674．38文献标志码：A文章编号：167l一7953(2014)06m172舭1自升式平台概况悬臂梁式自升式钻井平台因作业效率高、井架活动范围大及每次插桩作业钻井数量多而在世界范围内得到了广泛应用。因平台上钢梁可在滑轨上移动并连同钻台及井架一起伸向平台尾端舷外，因此悬臂梁的载荷受强度的限制比较大，在桩腿强度、升降机构、桩靴和海底连接刚度上有较高要求‘1引。以大连中远船务工程有限公司为新加坡“Jasper”公司建造的悬臂梁自升式平台为计算对象。该平台由美国I七Toumeau公司进行基本设计，入级ABS，主船体为三角形，按“艏一艉

3、二”配置三套桁架式桩腿，每根桩腿弦杆一套升降装置，采用电动齿轮式；全船共9套锁紧系统，在拖航、作业及自存工况时能将桩腿弦杆齿条板锁死；桩靴为六边形，拖航时可收回船底。根据船东提供的技术规格书，平台的作业环境条件及参数见表1。2计算分析2．1船体的模拟总体分析中船体结构仅作为载荷施加单元，不考虑船体结构强度，所以将船体作为板架处理，保证面积与实际船体面积一致，建立如图l所示的有限元模型，所有结构由梁单元模拟。收稿日期：2013一12—27修回日期：2014—06—11第一作者简介：郑振豪(1985一)，男，学士，讲师研究方向：船舶与海洋工程

4、E-mail：zhengzhh@coscoqmc．com．cn表1环境条件及作业参数图l有限元模型2．2桩腿的模拟本平台桩腿为桁架式桩腿，桩腿弦杆为齿条板与圆管的组合结构，截面见图2，桩腿尺寸见表2。图2桩腿截面结构弦杆上端与船体通过锁紧系统刚性连接，下端通过桩靴与海床弹性支撑，水动力系数C。、CM由ABs规范查得。桩腿弦杆的剖面特性见表3。157萄薹荔嚣雾罄蓍蓊訇羽嗣第6期船海工程第43卷表3桩腿弦杆特性2．3桩腿与船体之间的连接刚度平台处于作业工况和自存工况下时，桩腿被锁紧系统锁死，在充分考虑锁紧系统和桩腿刚度条件下，用弹簧连接模拟要

5、优于使用固定端约束模拟，其弹簧的刚度系数计算如下。K一——————L——～一q1／K。6。+1／Kk’k=蕊÷岛五，(1)矿一!————一“”一l／Kv“。+Ll／嬲式中：K。，K。，K。——船体与桩腿连接的)，、z方向扭转刚度系数及垂向位移刚度系数；A——桩腿截面面积；K。。，——锁紧系统的垂向位移刚度系数，可由锁紧系统实际结构形式计算得到；Kq一⋯K佗．⋯Kn-l。。，K。j。。——锁紧系统和桩腿的扭转刚度系数，可分别计算如下”J。K)』；=3E，I。g／￡l，K。』，=3E，I。s』／LIr，、K—l。g=3E，I。＆／L2，K。d

6、。g=3E，I。蝉／L2式中：，le。，，kL。——上、下导向结构间桩腿的截面惯性矩；厶——锁紧系统的垂向长度；厶——下导向结构距离锁紧系统的长度。桩腿与船体连接弹簧的刚度见表4。表4桩腿与船体连接弹簧刚度系数(MNm·rad“)365000368o()098002．4桩靴与海床连接刚度根据移动平台规范的规定，桩靴下端可按海158底泥面以下3m处铰支处理，但这种处理忽略了海底基础对桩靴下端的转动约束，此时桩腿的弯矩全部集中于桩腿上端与船体的连接处。但实际上海底基础对桩靴是有转动约束的，这种约束使桩靴承受弯矩，从而使桩腿上端与船体连接处的弯

7、矩减少。这个转动约束可用一个转动弹簧来表示，此转动弹簧的刚度取决于海底土壤的特性，插桩深度和桩脚箱的形状等，一般作为近似计算处理，其刚度系数可采用如下方法计算HJ。Kl=2GB(1一u)砭=16GB(1一u)／(7—8u)(3)蚝=1TGB3／180[3(1一u)]式中，墨——垂向刚度；砭——水平刚度；墨——扭转刚度；G——土壤剪切模量；B——桩靴长度；u——土壤的泊松比。平台的中边界条件弹簧刚度系数见表5。表5弹簧边界刚度系数刚度／(MN·m。)扭转刚度墨垂向K。水平如／(MNm·md“)2．5环境载荷计算环境载荷主要包括风、波浪及海流

8、载荷。平台设计时，通常按照最不利工况对平台进行校核，即将三种环境载荷的入射方向定义为同一方向，此时对平台造成的水平力和倾覆力矩最大，平台的工况为最不利工况”J。1)风载荷。p=0．613口2C