自升式平臺(tái)2種典型樁靴結(jié)構(gòu)形式對(duì)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自升式平臺(tái)2種典型樁靴結(jié)構(gòu)形式對(duì)比陳佳欣(上海振華重工集團(tuán)(股份)有限公司，海上重工設(shè)計(jì)研究院，上海200125)摘要：以2種具有典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式的樁靴為研究對(duì)象，依據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行f況設(shè)計(jì)與載茼分析，利用有限兀軟件MSCPatran／Nastran建立有限元模型并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，得到符¨l：況下樁靴的應(yīng)力分布，分析得到預(yù)載～f況卜接觸面積與應(yīng)力大小的關(guān)系以及偏心工況卜偏心形式塒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，根據(jù)有限元訃算結(jié)果分析2種樁靴的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢(shì)

2、。關(guān)鍵詞：自升式鉆井平臺(tái)；樁靴；典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對(duì)比與分析，有限兀萬(wàn)法中圖分類號(hào)：U674．38；P75l文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：167卜7953(2016)05-0146-05自升式鉆井平臺(tái)，具有造價(jià)低、海況適應(yīng)性強(qiáng)且上表面與下表面均帶有一定的坡度，以方便樁等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今海洋油氣勘探的主要裝備。樁靴的插樁與撥樁操作。樁靴內(nèi)部設(shè)置有多道環(huán)向靴是自升式鉆井平俞主流設(shè)計(jì)方案中的關(guān)鍵組成艙壁，艙壁有局部加強(qiáng)，部分艙壁設(shè)置有開(kāi)孑L以方部分之一，樁靴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析一直是l丁便人員進(jìn)出和減輕結(jié)構(gòu)自重。樁靴與樁腿的連接程項(xiàng)目人員與科研人員關(guān)注的研究領(lǐng)域。方式

3、主要有2種：①樁腿與樁靴在其外圍艙壁處罔內(nèi)學(xué)者針對(duì)某～樁靴結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范校核的進(jìn)行連接，在頂部設(shè)有支撐艙壁與樁腿斜撐桿研究比較普遍，但是對(duì)于典型樁靴結(jié)構(gòu)之間結(jié)連接；②樁靴頂部整個(gè)樁靴框架范圍內(nèi)沒(méi)市主構(gòu)性能比較的研究較少。庸文獻(xiàn)等結(jié)合有限要支撐艙壁并延伸至樁靴內(nèi)部艙壁，與樁腿弦桿單元法和尺寸優(yōu)化理論，認(rèn)為其所研究的樁靴部以及斜撐桿進(jìn)行連接將研究對(duì)象分別命名為樁分區(qū)域材料強(qiáng)度有寓余，岡此以輕量化為設(shè)計(jì)目靴A與樁靴B。樁靴A為多邊形平面投影，并采標(biāo)對(duì)樁靴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到樁靴最合理板用第一種樁靴與樁腿連接方式，樁靴B為網(wǎng)形平厚，優(yōu)化后的樁靴質(zhì)量得到減輕

4、，并對(duì)比了樁靴優(yōu)面投影，樁靴與樁腿的連接采用第二種方式。2化前后的結(jié)構(gòu)性能該研究為樁靴結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)種樁靴有限元模型見(jiàn)罔1。樁腿為三角形桁架式汁提供了一種思路，即在保證強(qiáng)度的前提下，減輕結(jié)構(gòu)，樁腿根弦桿在樁靴上的投影見(jiàn)圖2中實(shí)樁靴質(zhì)量，但是這一優(yōu)化方式雖然改善了樁靴的心圓所示，岡中實(shí)線為樁靴主框架。應(yīng)力分布，但也導(dǎo)致了最大應(yīng)力的上升?？紤]以主流向升式鉆井平的樁靴結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采州2種樁靴典型沒(méi)汁方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依據(jù)船級(jí)社規(guī)范’“對(duì)2種樁靴強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析與計(jì)算，對(duì)比2種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式下樁靴的結(jié)構(gòu)性能與特點(diǎn)。12種典型樁靴結(jié)構(gòu)1．1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與有

5、限元模型樁靴的平面投影呈現(xiàn)為多邊形或者圓形，并收稿日期：2016—01一l3修回日期：20l6—02—19第一作者簡(jiǎn)介：陳佳欣(1989一)，女，碩十，助理工程師研究方向：船舶與海洋T程結(jié)構(gòu)性能分析E—mail：cjxl9891l】9@126．(1oin圖2樁靴、樁腿平面投影l(fā)462第0156期陳佳欣：自升式平臺(tái)2種典型樁靴結(jié)構(gòu)形式對(duì)比船海工程第45卷1．2材料屬性與校核標(biāo)準(zhǔn)為106389kN，具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)式(1)。根據(jù)力樁靴A與樁靴B采用材料主要為AH36、的平衡原理計(jì)算出不同接觸面積時(shí)樁靴底部所承DH36和EH36鋼，樁靴A的樁腿連接及支撐結(jié)

6、構(gòu)受的均布支反壓力。同時(shí)，考慮到2種不同結(jié)構(gòu)采用了EQ63鋼，樁靴B的樁腿連接支撐結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)形式的樁靴所具有的總接觸面積不一樣，因此樁腿弦桿相交附近采用了EQ56鋼。根據(jù)規(guī)范，所承受壓力不完全相同。該工況設(shè)計(jì)載荷見(jiàn)表1。AH36、DH36和EH36鋼的屈服強(qiáng)度為355MPa，(1)考慮安全系數(shù)1．11，動(dòng)載荷許用應(yīng)力為320MPa；EQ63鋼和EQ56鋼的屈服強(qiáng)度分別為620MPa式中，——空船提升重量；和550MPa，考慮安全系數(shù)1．11后，動(dòng)載荷許用——預(yù)壓載重量；應(yīng)力分別為558MPa和495MPa?！獦堆プ灾嘏c其中壓載水重量之和；1．3邊

7、界條件——樁靴所受浮力；根據(jù)規(guī)范要求，邊界條件為頂端樁腿簡(jiǎn)支約——樁腿所受浮力；束，同時(shí)為了消除邊界條件的影響，樁腿從樁靴開(kāi)——可變載荷；始向上延伸7節(jié)。考慮到樁靴實(shí)際受到海底土壤——樁腿重量。約束，亦可以采用樁靴底部彈簧約束的邊界條件表1預(yù)壓載工況設(shè)計(jì)載荷處理方式，但是考慮到通常情況下很難掌握完整工況樁靴編號(hào)載荷／MPa(接觸面積／總面積)／％的土壤資料，并且不同海域還不完全相同，同時(shí)涉及到非線性接觸問(wèn)題，計(jì)算量較大且很難保證所得結(jié)果準(zhǔn)確，從而造成邊界條件設(shè)置錯(cuò)誤，影響到最終的結(jié)果。這里采用傳統(tǒng)與規(guī)范推薦的上部樁腿簡(jiǎn)支約束邊界條件，以樁靴B為例，

8、給出邊界條件施加示意，見(jiàn)圖3。2．2偏心工況考慮到海水沖刷、海底不平整等因素，會(huì)導(dǎo)致樁靴受到偏心載荷影響[11]，考慮50