自升式平台的局部结构应力分析.pdf

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1、第４３卷第３期船海工程Ｖｏｌ．４３　Ｎｏ．３２０１４年６月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪｕｎ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０３．０４７自升式平台的局部结构应力分析１２１１雒强，荆昆，徐超，张兆德（１．浙江海洋学院船舶海洋工程学院，浙江舟山３１６０００；２．中交天津港湾工程设计院有限公司，山东青岛２２６０７１）摘要：利用有限元法对自升式海洋平台纵舱壁和横舱壁上开孔前后的应力进行计算，分析开孔形状及开孔处采用不同的加强方式对局部结构应力的影响，计算得到开孔不同形状及不同加强方式时结构的应力。在平台

2、主体舱壁上开圆角矩形时应力较小，在开孔上增加面板可以显著降低孔边缘的应力。平台桩腿开孔时应力集中系数急剧增加，桩腿载荷不同对桩腿受力有很大影响。关键词：自升式海洋平台；结构；应力；应力集中中图分类号：Ｕ６７４．３８；Ｐ７５１　　　　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１４）０３-０１９０-０６海洋平台结构庞大、系统复杂，在设计过程中自升式海洋平台，钢质非自航，结构由平台主体、往往考虑主要因素，忽略一些次要因素。如结构桩腿和升降系统三部分组成，见图１。平台主体的开孔，在直接计算过程中一般不考虑，但在实际为三角形箱形结构，带有悬臂梁系统。平台型长

3、中，由于开孔的影响，会导致在孔附近发生应力集３９ｍ、型宽３６ｍ、型深４．６ｍ。平台设三根圆柱形桩腿（带桩靴），艏一艉二，桩腿长６０ｍ、直径２．５ｍ。中现象。另外结构内部的裂纹，也会导致结构应桩腿底部带有５．７ｍ×５．７ｍ×１．６ｍ的正八角形力强度减弱。上述这些问题，在一般情况下不会桩靴。平台主体甲板划分为：船艏生活区、船舯工直接对结构造成严重影响。但由于海洋平台要长程设备区和船艉作业区。平台的主要任务是在水期处于海洋环境中，在极端海洋环境条件下，上述深４０ｍ范围内的渤海湾海域进行海上作业。问题可以会持续发生；而且，如果发生在平台的主要构件上，可能会导致平

4、台失效，从而严重威胁人员生命安全并造成重大的经济损失。对于海洋结［１-８］构物的应力集中问题，现有成果的主要研究对象为平台桩腿、平台整体及平台与桩腿连接处，针对自升式平台主体的舱壁开孔的应力集中问题研究很少。本文利用有限元法，计算分析自升式海图1胜利作业七号平台总布置洋平台纵舱壁和横舱壁上开孔前后的应力及其影利用ＭＳＣ＼ＰＡＴＲＡＮ建立平台的有限元模响。型，见图２。１　自升式平台结构的有限元模型以胜利作业七号自升式平台为例进行研究。胜利作业七号自升式作业平台是一艘独立桩腿的收稿日期：２０１３－０８－２７修回日期：２０１４－０１－０６基金项目：国家自然科学

5、基金（５１１７９１７３）；图2平台结构的有限元模型浙江省教育厅重点项目（Ｚ２０１０１８９２７）在平台纵舱壁和横舱壁上开孔，①号孔为右第一作者简介：雒强（１９８９－），男，硕士生距中５０００ｍｍ纵舱壁开孔；②号孔为左距中研究方向：船舶海洋工程５０００ｍｍ纵舱壁开孔；③号孔、④号孔分别为５１＃E-mail：ｚｈａｎｇｚｈａｏｄｅ＠１６３．ｃｏｍ肋位横舱壁右孔、左孔。开孔形状为圆角矩形，规１９０自升式平台的局部结构应力分析———雒强，荆昆，徐超，张兆德格为１６５０ｍｍ×８００ｍｍ，圆角半径为１８０ｍｍ，见图３。对开孔处局部单元进行细化，见图４。图6三种开孔的形

6、状图3平台主体纵横舱壁上的开孔位置计算开孔为不同形状时，孔周围节点的最大应力，①号、②号、③号和④号孔上的最大应力对比情况见表１。表1不同形状时应力的最大值ＭＰａ孔形孔号应力圆角矩形孔矩形孔圆形孔σxｍａｘ６１．３７８．１３９．２图4纵舱壁上开孔的局部单元细化①σyｍａｘ５９．３７５．９３９．３该平台主体节点数２３８４６个、单元数４８８４２σｍａｘ７６．５９３．２６１．９σxｍａｘ５８．１７２．９３６．２个；桩腿用壳单元模拟，桩内进行纵向加强；桩腿②σyｍａｘ５４．２６９．９３５．６上的开孔直径为３００ｍｍ、孔间隔为１５００ｍｍ，孔σｍａｘ７０．７８６．

7、５５５．６周围进行局部单元细化，见图５。σxｍａｘ２５．７３３．２１９．０③σyｍａｘ２７．７３５．３１８．０σｍａｘ３３．９４１．８２８．９σxｍａｘ１１．４１５．３８．１１④σyｍａｘ１６．４１８．４１０．３σｍａｘ１７．２２０．４１３．８由表１可见，开孔为圆角矩形时的应力值明显小于矩形孔时的应力；开孔为圆形时的应力值图5桩腿开孔的局部单元细化最小，矩形开孔应力值最大。桩腿上的节点数为８９０８３个、单元数９２３２２３　开孔后不同加强结构应力分析个，其中壳单元８８９６２个、梁单元３３６０个。平台考虑开孔处采用增加面板、周围框架加强和与桩腿之间采用ＭＰＣ

8、连接，每根桩腿使用３个直接开孔无加强时（见图７），计算开孔处铅垂方ＭＰＣ与平台相