自升式平台2种典型桩靴结构形式对比.pdf

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1、第45卷第5期船海工程Vo1．45No．52016年10月SHIP＆OCEANENGINEERINC0ct．20l6自升式平台2种典型桩靴结构形式对比陈佳欣(上海振华重工集团(股份)有限公司，海上重工设计研究院，上海200125)摘要：以2种具有典型结构设计形式的桩靴为研究对象，依据规范要求进行f况设计与载茼分析，利用有限兀软件MSCPatran／Nastran建立有限元模型并进行强度计算，得到符¨l：况下桩靴的应力分布，分析得到预载～f况卜接触面积与应力大小的关系以及偏心工况卜偏心形式埘结构强度的影响，根据有限元讣算结果分析2种桩靴的结构性能优势

2、。关键词：自升式钻井平台；桩靴；典型结构设计；对比与分析，有限兀万法中图分类号：U674．38；P75l文献标志码：A文章编号：167卜7953(2016)05-0146-05自升式钻井平台，具有造价低、海况适应性强且上表面与下表面均带有一定的坡度，以方便桩等优点，是当今海洋油气勘探的主要装备。桩靴的插桩与拨桩操作。桩靴内部设置有多道环向靴是自升式钻井平俞主流设计方案中的关键组成舱壁，舱壁有局部加强，部分舱壁设置有开孑L以方部分之一，桩靴的结构设计与强度分析一直是l丁便人员进出和减轻结构自重。桩靴与桩腿的连接程项目人员与科研人员关注的研究领域。方式

3、主要有2种：①桩腿与桩靴在其外围舱壁处罔内学者针对某～桩靴结构进行规范校核的进行连接，在顶部设有支撑舱壁与桩腿斜撑杆研究比较普遍，但是对于典型桩靴结构之间结连接；②桩靴顶部整个桩靴框架范围内没市主构性能比较的研究较少。庸文献等结合有限要支撑舱壁并延伸至桩靴内部舱壁，与桩腿弦杆单元法和尺寸优化理论，认为其所研究的桩靴部以及斜撑杆进行连接将研究对象分别命名为桩分区域材料强度有寓余，冈此以轻量化为设计目靴A与桩靴B。桩靴A为多边形平面投影，并采标对桩靴结构进行优化设计，得到桩靴最合理板用第一种桩靴与桩腿连接方式，桩靴B为网形平厚，优化后的桩靴质量得到减轻

4、，并对比了桩靴优面投影，桩靴与桩腿的连接采用第二种方式。2化前后的结构性能该研究为桩靴结构的优化设种桩靴有限元模型见罔1。桩腿为三角形桁架式汁提供了一种思路，即在保证强度的前提下，减轻结构，桩腿根弦杆在桩靴上的投影见图2中实桩靴质量，但是这一优化方式虽然改善了桩靴的心圆所示，冈中实线为桩靴主框架。应力分布，但也导致了最大应力的上升。考虑以主流向升式钻井平的桩靴结构为研究对象，采州2种桩靴典型没汁方式进行结构设计，依据船级社规范’“对2种桩靴强度进行有限元分析与计算，对比2种结构设计形式下桩靴的结构性能与特点。12种典型桩靴结构1．1结构设计特点与有

5、限元模型桩靴的平面投影呈现为多边形或者圆形，并收稿日期：2016—01一l3修回日期：20l6—02—19第一作者简介：陈佳欣(1989一)，女，硕十，助理工程师研究方向：船舶与海洋T程结构性能分析E—mail：cjxl9891l】9@126．(1oin图2桩靴、桩腿平面投影l462第0156期陈佳欣：自升式平台2种典型桩靴结构形式对比船海工程第45卷1．2材料属性与校核标准为106389kN，具体计算过程见式(1)。根据力桩靴A与桩靴B采用材料主要为AH36、的平衡原理计算出不同接触面积时桩靴底部所承DH36和EH36钢，桩靴A的桩腿连接及支撑结

6、构受的均布支反压力。同时，考虑到2种不同结构采用了EQ63钢，桩靴B的桩腿连接支撑结构与设计形式的桩靴所具有的总接触面积不一样，因此桩腿弦杆相交附近采用了EQ56钢。根据规范，所承受压力不完全相同。该工况设计载荷见表1。AH36、DH36和EH36钢的屈服强度为355MPa，(1)考虑安全系数1．11，动载荷许用应力为320MPa；EQ63钢和EQ56钢的屈服强度分别为620MPa式中，——空船提升重量；和550MPa，考虑安全系数1．11后，动载荷许用——预压载重量；应力分别为558MPa和495MPa。——桩靴自重与其中压载水重量之和；1．3边

7、界条件——桩靴所受浮力；根据规范要求，边界条件为顶端桩腿简支约——桩腿所受浮力；束，同时为了消除边界条件的影响，桩腿从桩靴开——可变载荷；始向上延伸7节。考虑到桩靴实际受到海底土壤——桩腿重量。约束，亦可以采用桩靴底部弹簧约束的边界条件表1预压载工况设计载荷处理方式，但是考虑到通常情况下很难掌握完整工况桩靴编号载荷／MPa(接触面积／总面积)／％的土壤资料，并且不同海域还不完全相同，同时涉及到非线性接触问题，计算量较大且很难保证所得结果准确，从而造成边界条件设置错误，影响到最终的结果。这里采用传统与规范推荐的上部桩腿简支约束边界条件，以桩靴B为例，

8、给出边界条件施加示意，见图3。2．2偏心工况考虑到海水冲刷、海底不平整等因素，会导致桩靴受到偏心载荷影响[11]，考虑50