自升式平台桩腿的模型试验及数值仿真研究.pdf

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1、胡刚，等：自升式平台桩腿的模型试验及数值仿真研究·21·自升式平台桩腿的模型试验及数值仿真研究刚，顾海英，杨晓丹，施兴华(江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003)摘要自升式海洋平台作为目前的主流装备，越来越受到行业的关注。桩腿作为其主要的受力构件，其强度直接关系到整体结构的稳定性。通过模型试验和数值模拟的方法探讨桁架式自升式海洋平台桩腿的力学性能。其栽荷形式主要模拟风浪流对于结构的横向作用。最后将实验结果和数值模拟进行对比，表明竖向立管是其主要受力构件，且制造误差对于结果的影响较大。关键词自升式平

2、台桩腿桁架式模型试验数值仿真中图分类号P75文献标志码ATheModelTestandNumericalSimulationforLegsofJack—upPlatformHUGang，GUHal—ying，YANGXiao—dan，SHIXing—hua(SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnology，ZhenjiangJiangsu212003，China)AbstractAsthema

3、inequipmentofthecurrentmainstream，thejack—upplatformisget—ringmoreandmoreattentionintheindustry．Legisthemainbearingmemberandthestrengthoflegisdirectlyrelatedtothestabilityofthewholestructure．Themechanicalper—formanceofthejack—upplatformisdiscussedbythemodelt

4、estandnumericalsimulation．Themainformismainlytosimulatethelateralactionofwind，wavesandcurrentinthestructure．Lastly，theexperimentalresultsarecomparedwiththenumericalsimulation．Itisindicatedthattheverticalpipeisthemainbearingcomponentandthemanufacturingerrorha

5、sagreaterimpactontheresults．KeywordsJack—upplatformlegTrusstypeModeltestNumericalsimulation0引言随着科技的发展，人们对资源的开发需求也越来越大，不断增加的海洋勘探开发工作水深，不断增大的工作范围，昔日主流的坐底式平台已无法满足工程人员需要，这使得自升式平台加快了发展的脚步。自升式平台由一个驳船形船体，以及数个带升基金项目：国家自然科学基金(51509113)；江苏省重点实验室开放基金(CJl306，CJl403)。作者简

6、介：胡刚(1968一)，男，工程师，主要研究方向为船舶与海洋工程结构试验。降功能的桩腿组成。带升降功能的桩腿作用就是将平台提升到作业人员所要求的距离海面的指定高度，使得整个平台可以在海上顺利完成作业。它不仅可以升降桩腿，还可以升降平台。桩腿作为其主要的受力构件，其承载能力的研究对于平台的安全性非常重要。目前，自升式平台的桩腿主要有两种形式[1]：(1)圆柱型。主要针对浅水，并采用插销式升降系统，改型桩腿受力均匀。当自升式平台用于深水作业(超过60m)时，圆柱型桩腿的重量和成本急剧增加。(2)桁架型。可用于深水，

7、力学性能相对复杂，且建造工艺要求很高。关于自升式平台的研究目前造船技术2016年第3期(总第331期)主要集中于整体强度、升降机构等方面：田梦[13等开展了550英尺自升式钻井平台总体设计研究，主要说明了自升式平台船体、桩腿、桩靴以及升降机构等的设计要点；谌宗琦等[2]开展了航行工况下自升式风电安装船的直接强度计算；许靖等[3]采用SACS软件开展了自升式平台桁架式桩腿的疲劳强度分析；汪怡等Ⅲ进行了自升式钻井平台钻台强度的分析；孙景海等‘s1开展了平台升降机构的设计研究；孙亚楠等[63针对桩靴强度开展了直接强度

8、分析。关于桩腿强度以及相关实验方面相对较少。本文将以桩腿为研究对象，通过模型试验和数值仿真，开展其力学性能研究。1模型试验1．1模型描述试验模型桩腿依据某型自升式平台依照一定的缩尺比进行设计。桩腿模型高85cm，水平截面为边长29cm的等边三角形。模型有三个主支柱(在等边三角形的三个顶点处)，这三根圆管半径为3cm，材料厚度为0．3cm。模型侧面的桁架结构材料为半径1．5cm，材料厚度