海洋平台结构课程设计
如何对海洋平台进行结构优化设计
如何对海洋平台进行结构优化设计引言：海洋平台是石油钻探与生产所需的平台，主要分钻井平台和生产平台两大类。
平台与海底井口有立管相通，最早出现的平台是导管架平台，由若干根导管组合成而。
先把导管架拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使导管固定于海底。
平台设于导管架的顶部。
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。
由于海洋平台工作环境是在近海海面上，受到风浪等载荷作用，因此对其安全性和可靠性的分析和评价是确保其在服役年限内正常使用的重要环节。
1 海洋石油平台结构特点海洋石油平台是高出海面的一种海洋工程结构，按结构类型可分为固定式平台和移动式平台。
固定式平台又可以分为导管架型、塔型和重力型等各种结构形式。
移动式平台则包括自升式、半潜式，浮船式和张力腿式等结构形式。
海洋平臺是海洋资源开发的基础设施，是海上作业和生活的基地。
在复杂和恶劣环境条件下，环境腐蚀、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳损伤积累等不利因素都将导致整体抗力的衰减、影响结构的服役安全度和耐久性。
合理地建立海洋环境载荷模型、系统地研究海洋平台结构可靠度，揭示海洋平台结构体系优化的理论和方法提高基于可靠度的海洋平台结构优化设计到一个新的水平、从而为海洋资源的安全开采提供科学可靠的保证。
2 海洋平台仿真建模导管架平台由上层平台结构和下部导管架结构组成，导管架底端通过桩基础固定。
上层平台包括支撑框架和甲板，主要提供生产和生活的场地，其外形为矩形。
下部导管由一系列钢管焊接而成，主体是六根主导管，其间用细管件作为撑杆，组成空间塔架结构，桩基础通过主导管插入海底土层。
整个模型采用三种单元类型：PIPE16，BEAM4，SHELL63。
下部导管架和上部甲板框架的主要竖向支撑构件采用PIPE16单元，甲板平面的框架梁采用BEAM4单元，水平甲板采用SHELL63单元。
整个模型采用同一种钢材，弹性模量EX=2e11Pa，泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7800kg/m3。
海洋平台结构设计课件第三章 导管架平台总体设计
2. 钢管桩
钢管桩 导管架
海床
群桩基础把平台固定于海床，可承受各种使用荷载和海洋环境荷载。
3. 甲板结构
板 梁
桁架（立柱）
甲板结构：为海上油气田开发和其它海洋开发提供足够的使用空间， 用来布置各种设施和设备。
4. 设施和设备模块
陆地制作模块 海上
甲板结构
按工艺流程组装模块
现代平台设计通常按照起重机的允许最大吊装能力和工艺流程要求， 将上部设施与设备分成很多模块。
• 二、施工参数
（1）要求预制场地有足够的工作面积 （2）供水供电方便、充足，能正常进行构件制造 （3）要求路上交通有铁路公路相通，水路有码头通航，能够保证 大量材料运进和大型构件运出 （4）要求有足够的工作船和起重机具进行运输安装 （5）平台制造厂技术水平能满足平台制造要求 （6）要求从制造场地到平台服役海域的航线有足够的航行水深
b. 上部设施与设备的重量分布、油井的数量和产量、油井的位 置、辅助设施的位置
c. 海洋环境资料、地质地貌（包括桩的钻孔资料）、可能的施 工方法
三、平台主要轮廓尺度确定
（4）极端环境参数：平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，作 为保证平台生存标准。所选用的荷载重现期均不小于50年
• 四、海底地质参数
（1）平台设计前需进行地质调查： a. 现场海底地貌情况 b. 浅地层剖面 c. 地球物理测量结果 d. 周围土层的分类、年代、成因类型、状态、分布规律 e. 软硬岩土层的接触关系、接触面的坡度和坡向
（2）了解本海域不良工程地质现象：海沟、古河道、断层、海底冲刷情况
（3）分析场地工程地质参数，判定不良地质现象对平台安装的影响
（4）确定适宜的持力层
第二节 导管架平台的构成及分类
海洋平台结构课程设计
海洋平台结构课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习，使学生掌握海洋平台结构的基本概念、类型、设计和应用；培养学生运用结构力学原理分析问题和解决问题的能力；提高学生对海洋工程领域的认识，培养学生的创新意识和实践能力。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够阐述海洋平台结构的基本概念、类型和应用；理解并掌握平台结构设计的原理和方法；了解海洋平台结构在我国海洋工程中的地位和作用。
2.技能目标：学生能够运用结构力学原理分析和解决海洋平台结构问题；能够运用相关软件进行简单的海洋平台结构设计和模拟；具备较强的动手能力和团队协作能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生对海洋工程领域的兴趣和热情，提高学生对国家海洋战略的认识；培养学生遵纪守法、诚实守信的职业道德，增强学生的社会责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.海洋平台结构的基本概念和类型：包括平台结构的定义、分类及其在海洋工程中的应用。
2.海洋平台结构设计原理：主要包括平台结构的受力分析、强度计算、稳定性分析和耐久性设计。
3.海洋平台结构设计方法：包括传统设计和现代设计方法，如数值模拟、优化设计等。
4.我国海洋平台结构发展现状和趋势：介绍我国海洋平台结构的发展历程、现状及未来发展趋势。
5.海洋平台结构案例分析：分析典型的海洋平台结构案例，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：教师通过讲解海洋平台结构的基本概念、原理和设计方法，引导学生掌握课程知识。
2.案例分析法：教师通过分析典型海洋平台结构案例，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。
3.讨论法：教师学生就海洋平台结构的相关话题展开讨论，提高学生的思考和表达能力。
4.实验法：学生动手进行海洋平台结构模型制作和实验，培养学生的动手能力和团队协作精神。
四、教学资源为实现课程目标，我们将运用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、科学的海洋平台结构知识。
海洋平台的设计及建造施工
第四章海洋平台的设计及建造施工第一节平台结构设计的一般步骤海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选择平台的结构型式方案。
由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业，它不像一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境条件显得非常重要.海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等.这些海洋环境因素对平台的安全和作业效率有极大的影响。
为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选择多种方案进行分析比较,最后选定最佳的方案.因此平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯（AKER）集团设计的“阿柯—H3”号半潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯—H3”。
一般初步选定一种结构型式,确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和有关范围的规定，那么这种结构型式就要被淘汰。
为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。
外载荷计算包括确定平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境载荷等,这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计优劣的重要因素.对于固定式平台，还需进行桩基计算以及桩—土—结构相互作用的分析。
平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸和材料品种，直到满足要求为止.在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与实际的是否一致，若相差较大还需要进行调整.结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计，平台节点是重要的结构部位,它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命.图4—1为平台结构设计的一般流程。
海洋平台结构课程设计
中国海洋大学本科生课程大纲一、课程介绍1.课程描述：海洋平台结构课程设计是针对船舶与海洋工程专业本科生开设的工作技术教育层面必修课。
本课程通过实践环节，完成具体典型导管架平台的总体设计思路训练，包括海洋环境计算及工程简化、桩基础承载能力计算、导管架结构整体强度及刚度分析，设计计算书撰写和工程图纸表达。
通过本课程的实践，使学生能够综合运用海洋平台结构及相关专业课程学习的基础理论和方法，系统完成结构分析计算，提高设计分析和工程表达能力。
2.设计思路：本课程以海洋平台结构设计的基本过程为主线，结合先修课程中学到的环境荷载计算、桩基承载力验算、结构整体强度分析、CAD制图等基础知识，使学生将掌握的海洋平台结构设计理论知识应用到实际设计和验算中，通过实际设计检验学生对于基础知识的把握，加深学生对理论知识的理解。
课程内容包括三个模块：目标平台调研、相关数据计算与分析、计算书编写及工程表达。
- 1 -（1）目标平台调研：该模块需要学生熟悉海洋平台设计的一般步骤，对目标平台进行参数和各项性能指标的调研，确定课程设计的各项数据标准。
（2）相关数据计算与分析：根据已确定的主尺度，对结构在选定工况下的其他参数进行计算，主要分为：海洋环境荷载计算、基础承载力计算、结构整体强度分析。
其中，海洋环境荷载计算为在选定海域环境条件下，对风、波浪、海流、冰荷载的计算，并且针对选定工况进行分析；基础承载力计算要求学生掌握桩基轴向承载力验算方法；结构整体强度分析主要包括设计目标平台在外荷载作用下的应力校核及位移校核方法。
（3）计算书编写及工程表达：本模块中，学生需要学习并完成计算书的编写，掌握目标平台设计资料编写，并且通过专业分析软件完成平台的响应输出分析。
最终上交课程设计纸质报告。
3. 课程与其他课程的关系先修课程：海洋平台结构、钢结构设计基本原理。
本门设计课程与先修课程密切相关，只有掌握了先修课程中的理论知识和设计方法，才能够在海洋平台结构设计中加以综合应用，设计出符合规范标准的结构。
海洋平台规范设计教案
教案总纲一、课程目的任务使学生初步掌握运用海洋平台规范进行设计的方法，加深对规范的理解和认识。
二、教学基本要求使学生了解学习本门课程的意义；了解规范制定的主要依据；规范中主要条款的运用方法；如何运用规范进行平台结构设计。
三、课程内容及学时安排第一章概述 2第二章设计载荷 2第三章设计通则 6第四章自升式平台 4第五章半潜式平台 2第六章坐底式平台 2第七章水密舱壁与深舱舱壁 2第八章课程设计 4四、教学方法及手段根据教室安排情况，尽可能使用多媒体教学。
授课中以讲课与设计实例相结合。
五、教材及主要参考资料中国船级社.海上移动平台入级与建造规范.人民交通出版社，1992.中国船级社.海上移动平台入级与建造规范.人民交通出版社，2005.孙丽萍，聂武编.海洋工程概论.哈尔滨工程大学出版社，1999.李治彬编.海洋工程结构.哈尔滨工程大学出版社，1999.中国船舶工业总公司.船舶设计施用手册-结构分册.国防工业出版社，2000.第一章概述1.1 课程性质介绍本课程主要授课对象；学生未来分配方向-中石油等相关企业；石油工业的开采与发展-开采技术、成本、海洋平台的用途；授课的方式-每次课以几个重点问题进行讨论。
1.2 规范在专业中的地位和作用1)什么是结构规范？结构规范—对船舶（海洋平台）结构及构件的形式、强度、刚度、稳定性以及建造工艺、焊接、材料等做出规定并强制执行的法规。
规范的特点：权威性（强制执行）、合理性、实用性（简单、易懂）。
2)什么是结构规范设计？结构规范设计—以结构规范为设计依据，确定船舶（海洋平台）结构形式、结构布置、构件规格以及结构使用的材料、焊接、建造工艺等，从而使船舶（海洋平台）具备足够的强度、刚度、稳定性的设计方法。
3)规范在专业中的地位和作用规范是专业理论的总结；规范是理论与实践的产物。
4)结构设计的一般步骤确定结构形式（构件的布置）、载荷、简化力学模型、选取构件（带板、剖面模数计算）、计算应力、根据材料和经验确定许用应力、比较二者值得出结论。
海洋平台结构设计课件第四章 平台甲板结构及附属设施设计
2.荷载分配与计算简图
1）甲板铺板的荷载分配与计算简图
次梁与主梁将铺板分为许多区格，各区格板按受力分为两边支承板和四边支承
板 当 l2 l1 2 时，假定板两边固定在次梁上，简化为两边支承板
当 l2 l1 2 时，简化为四边支承板，两个方向的内力必须都要计算
取单位宽度板计算板上的内力，最大弯矩为：
e.实际工程中，作用在主梁和次梁上的集中荷载、三角形荷载、梯形荷载、 均布荷载均可按公式简化为等量均布荷载
3.上部结构计算简图的选取
对于导管架平台，根据吊装和构造的实际特点，进行受力分析时，通常 将上部结构与下部结构分开考虑 初步设计阶段，常把平台上部结构简化为若干平面结构进行受力分析
右图中，上下层甲板主梁和层间 立柱组成一个多跨封闭的横向框架
第四章 平台甲板结构及附属设施设计
1
本章主要内容
第一节 甲板结构的计算模型 第二节 甲板结构的设计 第三节 附属设施设计
平台甲板结构及附属设施设计
按承载方式（柱或桁架）与上下层甲板的连接形式，对支撑结构的结构型式分类
空腹式框架结构
包括梁和立柱等构件。甲板间通过立柱 相连。此结构层间开阔，设备维修和安 装方便，用钢量省；结构整体稳定性差
• 第二节 甲板结构的设计
上部结构典型计算单元：简支梁、多跨连续梁、刚架结构、排架结构、桁架结构 单个构件应按最不利组合取设计荷载来计算截面内力，由此选择构件的经济截面
平台甲板铺板厚度确定
甲板结构的设计
梁格的布置与连接型式 梁与立柱的内力计算和截面选择
一、平台甲板铺板厚度确定
目前海上平台甲板铺板普遍采用钢板
刚性连接
简支连接
支承结构的桩顶
2.上部结构支座构造与简化
海洋平台设计原理_第三章_海洋平台总体设计
舾装 设计
总体 设计
轮机 设计
电气 设计
专业分工与联系
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第三章 海洋平台总体设计
4
上海交通大学本科生课程
3.1 平台设计概述
继承和创新
设计方法与思想
已存在很多案例，可供参考； 技术进步，材料、机电设备、 信息技术等； 新增功能要求，条件变化将 会有新的需求； “规范”发生变化，这是社 会进步的必然产物； “兼蓄并融”和“集思广 益” 。
建立在结构力学、弹性理论、水动力等基础理论和现 代计算技术的分析方法上，结合平台结构具体情况， 根据给定的环境条件和设计工况进行强度计算。
海洋开发带来新的需求，根据预定的功能需求，可复 合多种类型的平台或船舶来进行复合创新设计。
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第三章 海洋平台总体设计
23
上海交通大学本科生课程
3.5 总布置设计
平台型式的选择； 功能规划； 总布置设计； 主要要素； 重量重心； 舱容、可变载荷； 总体性能； 动力配置； 协调其它专业，等等。
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第三章 海洋平台总体设计
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上海交通大学本科生课程
3.5 总布置设计
“渤海5号”自升式平台
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第三章 海洋平台总体设计
10
上海交通大学本科生课程
自
上部平台的形状；
升
式
桩腿的数量；
平 台
是否设桩靴；
结 构
桩腿型式；
型
升降方式；
式
选
等等。
择
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第三章 海洋平台总体设计
28
上海交通大学本科生课程
3.5 总布置设计
平 台 结 构 型 式 选 择
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中国海洋大学本科生课程大纲
一、课程介绍
1.课程描述：
海洋平台结构课程设计是针对船舶与海洋工程专业本科生开设的工作技术教育层面必修课。
本课程通过实践环节，完成具体典型导管架平台的总体设计思路训练，包括海洋环境计算及工程简化、桩基础承载能力计算、导管架结构整体强度及刚度分析，设计计算书撰写和工程图纸表达。
通过本课程的实践，使学生能够综合运用海洋平台结构及相关专业课程学习的基础理论和方法，系统完成结构分析计算，提高设计分析和工程表达能力。
2.设计思路：
本课程以海洋平台结构设计的基本过程为主线，结合先修课程中学到的环境荷载计算、桩基承载力验算、结构整体强度分析、CAD制图等基础知识，使学生将掌握的海洋平台结构设计理论知识应用到实际设计和验算中，通过实际设计检验学生对于基础知识的把握，加深学生对理论知识的理解。
课程内容包括三个模块：目标平台调研、相关数据计算与分析、计算书编写及工程表达。
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（1）目标平台调研：
该模块需要学生熟悉海洋平台设计的一般步骤，对目标平台进行参数和各项性能指标的调研，确定课程设计的各项数据标准。
（2）相关数据计算与分析：
根据已确定的主尺度，对结构在选定工况下的其他参数进行计算，主要分为：海洋环境荷载计算、基础承载力计算、结构整体强度分析。
其中，海洋环境荷载计算为在选定海域环境条件下，对风、波浪、海流、冰荷载的计算，并且针对选定工况进行分析；基础承载力计算要求学生掌握桩基轴向承载力验算方法；结构整体强度分析主要包括设计目标平台在外荷载作用下的应力校核及位移校核方法。
（3）计算书编写及工程表达：
本模块中，学生需要学习并完成计算书的编写，掌握目标平台设计资料编写，并且通过专业分析软件完成平台的响应输出分析。
最终上交课程设计纸质报告。
3. 课程与其他课程的关系
先修课程：海洋平台结构、钢结构设计基本原理。
本门设计课程与先修课程密切相关，只有掌握了先修课程中的理论知识和设计方法，才能够在海洋平台结构设计中加以综合应用，设计出符合规范标准的结构。
二、课程目标
本课程的目标是培养学生从事海洋工程结构设计的基本技能，使学生对海洋工程设计中的标准和规范加以熟悉，对海洋平台结构以及其他先修课程中的理论知识进行综合运用。
到课程结束时，学生应能：
（1）熟练应用海洋平台结构设计中的相关规范和标准；
（2）完成具体目标海洋平台的总体设计以及输出响应特点分析及校核；
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（3）掌握目标平台设计资料编写工程表达
三、学习要求
海洋平台结构设计是一门综合多门先修理论知识课程的综合应用课程，要求学生拥有扎实的理论基础知识和软件操作能力。
要达到以上学习任务，学生必须：
（1）仔细阅读课程设计任务书，明确设计目标平台受力特点；
（2）及时回顾先修课程中的相关知识，与本门设计课程结合；
（3）独立完成有限元建模工作，对结构输出响应进行认真分析。
（4）认真撰写设计报告书，做到条理清晰，数据详实可靠。
四、教学内容
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五、参考教材与主要参考书
[1] 李润培，王志农. 海洋平台强度分析. 上海: 上海交通大学出版社. 1992
[2] 海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法-工作应力设计法. API RP 2A-WSD
[3] 海上固定式平台入级与建筑规范. 中国船级社
[4] 海上活动式平台入级与建筑规范. 中国船级社
[5] 罗传信. 海洋桩基平台. 天津大学. 1988
六、成绩评定
（一）考核方式 B.开卷考试：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他
（二）成绩综合评分体系：
七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。
他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。
本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：
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