海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
1
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
2
上节主要内容
2、半潜式平台结构强度设计谱算法
半潜式平台设计谱法的计算通常可以分为四个 部分： 1、波浪外力分析 2、波浪载荷下的空间刚架计算 3、响应函数计算 4、短期与长期统计预报
（6-6）
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
24
消去方程（6-6）中的
k 2 得：
2
m2 U 2 3 U 2 m2 9 U 2 m2 L 3 4 2 f 2x 16 2 f 2x f 2x 2
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
14
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
载荷组合要遵循这样的原则，即根据所选定的 设计环境条件，对实际有可能同时作用在平台上 的各种载荷，按其最不利的情况进行组合。但对 地震载荷，则可作为单独的环境载荷作用在平台 上，而不与其它环境载荷组合。对于同一平台的 不同设计项目(如结构的局部构件计算和总体计算 等)或不同阶段(施工阶段和使用时期)，应按实际 可能同时出现的最不利受载情况进行组合，并在 组合时必须考虑水位的影响。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
12
当载荷对平台结构或构件的动力作用显著时，就考 虑为动力载荷，它包括： ①周期性载荷，当各种动力机械和设备的运转频率 接近结构的自振频率时，就应考虑载荷的动力放大； ②冲击性载荷，包括钻井，材料的搬运，船舶系泊 及碰撞，直升机的降落等． 2.施工载荷 施工载荷发生在平台的建造、装船、运输、下水、 安装等阶段，为临时性载荷，对于受环境条件影响的 各个施工阶段，平台的施工载荷应与环境载荷进行相 应的最不利的组合。
（6-7）
由式（6-6）得：
f 2x k1 1 U 2 L 2 2
（6-8）
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
25
求出
k1 和 L后，由式(6-5)则可得 k 3 , k 4
由式（6-5）到式（6-8）可以看出，等效桩长 L 与桩顶作用力 f 2x , m2和位移 U 2 2 有关，而等效桩的桩顶刚度系数 k1 , k3 , k4 又随作用力、位移及桩长而变化，因此等效校的桩 顶刚度短阵是一个动态矩阵，必须通达多次迭代来 求解。迭代的具体过程是：
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
3
第六章 固定式平台强度分析
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
4
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
5
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
20
设等效桩两端的作用力为 及 此时等效桩1-2的刚度方程为： 如图6-2所示：
式中
以及转角
分别为地面桩顶处的水平和垂直位移， 分别为等效桩的刚度系数。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
21
利用式（6-1）可以写出地面桩的刚度方程：
k a 为土的弹性模量，在缺乏精确资料时，建议取下
，
列值：粘土， 7655.6kN/m2（160kips/ft2）；砂土 9091kN/m2（190kips/ft2）。其它刚度系数 k1 , k3 , k4 则一般可用梁单元的刚度公式确定：
12EI k1 3 L
4EI k3 L
6EI k4 2 L
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
15
CCS浅海固定平台规范
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
16
CCS浅海固定平台规范
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
17
二、 结构的理想化及构件应力计算
导管架结构支承于桩基上，桩基对导管架起 着支承和约束作用，因此在分析导管架平台时，必 须考虑结构—桩—土的共同作用。 在建立计算模型时；目前较常用的方法是将 导管架结构部分理想化为空间刚架，而对桩基部分 则可理想化为等效的直立桩，如图6.1所示。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
7
导管架式平台 导管架平台用钢桩固定于海底。钢桩穿过导管 打入海底，并由若干根导管组合成导管架。导管架 先在陆地预制好后，拖运到海上安装就位，然后顺 着导管打桩，桩是打一节接一节的，最后在桩与导 管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导管连成 一体固定于海底。这种施工方式，使海上工作量减 少。平台设于导管架的顶部，高于作业区的波高， 具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出 4-5m， 这样可避免波浪的冲击。导管架平台的整体结构刚 性大，适用于各种土质，是目前最主要的固定式平 台。但其尺度、重量随水深增加而急骤增加，所以 在深水中的经济性较差。
k1 , k 3 , k （ 4
k 2用式（6-3）计算）。
图6.3 桩顶反力的求取
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
图6.4 等效桩长的求取
27
第六章 导管架平台强度分析
导管架平台的总刚度矩阵 Kp 根据已知外载荷，通过结构矩阵分折可求得新桩顶位移 U2i , 2i 及桩顶反力 f 2xi , m2i
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
26
(1)假定导管架为刚体，桩顶不动，根据已知 的外载荷求出桩顶的反力 f 2x , m2 如图6-3所示。
，通过桩的横向抗力 (桩土 (2)根据桩顶外力 f 2x , m 2 p y 关系)分析求得桩顶的位移 U 2 2 ，进而求得等效桩的桩长 L ，桩顶刚度系数
上节主要内容
1、半潜式平台总强度设计波计算法
• 半潜式平台的总体强度计算由于平台结构 的特殊性使计算过程相当复杂，加上选取 的工况很多，因此工作量非常大。 • 这项工作只能靠电子计算机来完成，目前 世界各国的船级社及有关的研究、生产单 位都编制了相应的计算机程序系统。概括 起来，半潜式平台总强度设计波法的计算 机程序系统可用以下流程图来表示。
（6-4）
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
23
由此，
L （6-5） k4 2 式中， I 为桩的截面惯性矩。 为了求得等效桩的长度 L
L2 k 3 k1 3
，
可以把式（6-2）展开得：
L f 2x k1U 2 k1 2 2 L L2 m2 k 1 U 2 k 1 2 2 3
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
8
导管架的运送、就位及安装
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
9
本章主要内容
6.1 导管架平台强度的静力分析 6.2 导管架平台强度的动力分析 6.3 导管架平台地震反应分析 6.4 导管架平台在运输、下水及安装过程中 的受力分析 6.5 混凝土重力式平台强度分析
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
13
3.载荷组合 平台应按对结构产生最严重影响的载荷条件进行设 计，载荷条件包括工作环境条件和极端环境条件，及 其与相应的固定载荷和活载荷的组合。在结构强度分 析时，至少应计算下列四种载荷组合工况： (1)设计工作环境条件与平台上的固定载荷和相应最 大活载荷的组合； (2)设计工作环境条件与平台上的固定载荷和相应最 小活载荷的组合； (3)设计极端环境条件与平台上的固定载荷和相应最 大活载荷的组合； (4)设计极端环境条件与平台上的固定载荷和相应最 小活载荷的组合。


第六章 导管架平台强度分析
28
图6.5 等效桩桩顶刚度系数计算的实例
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
29
桩的直径，1 1.219m 壁厚 t1 2.54cm（1in），打 入深度为60.96m（200ft），海底土质为粘土。导 t2 管架的垂直构件的直径 2 =1.2199m(4ft)，壁厚 =3.810cm（1.5in）。水平和对角线构件的直径 3 =0.8096m(2ft)，壁厚 t 3 =1.27cm（0.5in）。
6
固定式平台包括钢质导管架平台与混凝土重力 式平台。 它的总体强度分析包括静力分析和动力分析， 建立的模型应与实际结构等效，并需要考虑结构 与周围介质之间的相互作用，在计算内力时通常 采用三维计算模型。 钢质导管架的强度分析，目的就是使结构在设 计使用寿命内，能够满足环境条件的要求，并能 承受工作载荷和环境载荷的作用。
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第六章 导管架平台强度分析
11
(2)活载荷：活载荷为平台使用期间施加于平台上的 载荷，它随平台作业类型的不同而变化，按其时间变 化与作用可分为可变载荷与动力载荷。对于可变载荷 的数值，由于其作用位置变化缓慢，可作为静载荷处 理，它包括； ①钻井和生产设备的重量，这些设备可以移上或移 下平台，并可以在平台上移动； ②生活区、直升机平台的重量，生活供给设备、救 生设备、潜水设备及公用设备的重量，这些设备也可 以移上或移下平台； ③贮藏舱中消耗性的供给物品及液体重量； ④海生物附着和冰的聚积所增加的重量。