自升式海洋平台强度计算
自升式平台风暴自存状态桩腿强度计算分析
自升式平台风暴自存状态桩腿强度计算分析武少波，王初龙（上海中远船务工程有限公司，上海200231）摘要：以K5-MOPU自升式平台风暴自存状态桩腿强度为研究对象，采用规范公式法和有限元法相结合的方法，分别计算平台承受的风、浪、流等环境载荷，以及由波浪载荷引发的动态放大因子，并考虑平台侧向位移引发的P-∆效应载荷。
根据规范要求分别校核平台桩腿强度，分析平台地基承载能力和预压载能力，并计算分析桩腿锁紧装置的承载能力和平台抗倾稳性。
结果表明平台结构强度满足设计要求。
关键词：自升式平台；风暴自存状态；P-∆效应；桩腿动力放大因子中图分类号：TE951，P752 文献标志码：A DOI：10.14141/j.31-1981.2020.06.010 Strength Calculation and Analysis of Legs on Jack-up Platform in Storm Survival ConditionWU Shaobo, W ANG Chulong(COSCO Shanghai Shipyard Co., Ltd., Shanghai 200231, China)Abstract: Taking the K5-MOPU jack-up platform's self-existing state pile leg strength as the research object, using a combination of the normative formula method and the finite element method, the environmental loads such as wind, waves, and currents on the platform are calculated separately, as well as those caused by wave loads. The dynamic amplification factor of, and consider the P-∆ effect load caused by the lateral displacement of the platform. According to the requirements of the specification, the strength of the platform legs is checked separately, the platform foundation bearing capacity and preload capacity are analyzed, and the bearing capacity of the leg locking device and the platform anti-tilting stability are calculated and analyzed. The results show that the structural strength of the platform meets the design requirements.Key words:jack-up platform; storm survival condition; P-∆ effect;leg dynamic amplification factor0 引言自升式平台作为一种可移动式海洋结构物，具有定位能力强、作业稳定性好、海上适应能力强等特点[1]，在大陆架海域油气资源的勘探与开发中占有重要地位。
风暴状态下自升式平台结构强度分析精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版风暴状态下自升式平台结构强度分析摘要：自升式平台作为典型的海洋工程结构物，它由船体、桩腿、升降机构以及一系列钻井设备组成，由于恶劣的工作环境、复杂的结构。
如何对其进行风暴状态下的结构强度分析显得尤为重要了。
本文以某油气回收自升式平台为例，采用有限元分析方法，基于ABS自升式平台结构规范，考虑平台工作载荷、风浪流环境载荷、∆P效应等，应用MSC.Patran/Nastran软-件对平台的桩腿及主体结构进行了强度评估。
通过分析表明：平台主船体满足屈服屈曲强度要求，桩腿满足整体及局部屈曲强度要求，而高应力发生在桩腿与平台主体连接处。
由此，连接部位是平台设计、强度评估需重点关注的。
关键词：自升式平台；强度分析；有限元方法；设计载荷1引言自升式平台占海上移动平台数量的2/3以上，极限状态下的强度分析是平台设计阶段很重要的内容，风暴自存是自升式平台作业的危险工况，承受严酷的海洋环境载荷，属于平台设计的强度控制状态。
由此，对于风暴状态平台船体和桩腿的强度分析，受到平台试验部门的高度关注[1]。
在平台强度分析中，如何合理的建立结构的力学模型，使计算模型能够模拟出实际结构的工作状态，精确计算平台所受的载荷，对自升式平台极限工况下的结构安全性进行有限元分析，对研究自升式平台就显得至关重要了。
2平台有限元模型2.1自升式平台参数本平台为插销式液压升降的四桩腿自升式平台，平台主要由平台主体、油气工艺处理系统、桩腿及液压升降系统等组成。
平台主体为空间箱形结构，主要参数见下表1。
表1 平台主要参数图1 某油气回收自升式平台总布置图及桩腿编号2.2有限元模型建立2.2.1建模方法及原则基于自升式平台各构件受力及传力特性，在用有限元软件对其建模分析时，对其有限元模型作一些合理的假定，并最大程度地保证简化后的有限元模型质量，刚度的不变性以及边界条件的合理性，本文主要分析自升式平台风暴状态的强度，重点关注区域是桩腿与平台主体连接处的强度[2]，采取梁单元模拟的桩腿结构。
自升式海洋平台齿轮齿条接触强度分析
文章编号 ： １ ０ ０ ６ — ９ ３ ４ ８ （ ２ ０ １ ７ ） １ １ — ０ ２ ８ ０ — ０ ５
计
算
机
仿
真
２ ０ １ ７ 年１ １ 月
自升 式 海 洋 平 台 齿 轮 齿 条 接 触 强 度 分 析
叶福 民， 孟 淼
（ 江 苏科 技 大学 机 械 工 程 学 院 ， 江苏 镇 江 ２ １ ２ ０ ０ ０ ）
裂纹 对 齿 轮 齿 条 最 大 接 触 应 力 影 响 不 大
关键词 ： 自升式平 台； 齿轮齿条 ： 裂纹 ： 有限元分析 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献标 识码 ： Ｂ
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｃｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ Ｇｅ ａ ｒ ａ ｎ ｄ Ｒａ ｃ ｋ ｉ ｎ
Ａ Ｂ Ｓ Ｔ Ｒ ＡＣ Ｔ： Ｇ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｐ ｉ ｎ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｔ ｆ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ｉ ｍ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｔ ｈ ａ ｔ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｆ ａ ｅ ｔ ｙ ｏ ｆ ｊ ａ ｃ ｋ ｕ ｐ ｐ ｌ ａ ｆ ｔ ｏ ｒ ｍ， Ｓ Ｏ ｉ ｔ
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船舶与海洋工程结构物强度-思考题(海洋平台强度部分)
船舶与海洋工程结构物强度 思考题海洋平台强度部分54．海洋环境载荷主要包括哪些载荷？它们各有何特点？55．在海洋平台的强度计算中，选用不同波浪理论的主要依据是什么？56．根据什么原则将海洋工程结构物划分为大尺度构件和小尺度构件，它们所受的波浪载荷成分有何不同？57．说明下列计及结构物运动的Morison 公式中各字母的含义：f C Au u V u C V D r r N n m R r =++12ρρρu r r && 又若结构物为固定立柱，则该公式如何简化？58．Morison 公式中的拖曳系数C 的物理意义是什么，其数值主要与哪些因素有关？D 59．如何应用“F-K 法”计算作用于大尺度构件上的波浪力？60．试依据功能关系导出流冰对直立桩柱撞击力的计算公式。
61．解释链端刚度系数的含义。
若已知锚链链态的任意两个独立参数（此外，锚链的为k xx w 已知量），能否确定出的数值？k xx 62．结合计算框图说明，如何应用牛顿迭代法来确定系泊平台在已知外力作用下的平衡位置。
63．在自升式平台的强度校核计算中，如何对环境载荷(风、浪、流)进行搜索？其主要目的是什么？64．自升式平台的结构主要由哪几部分组成，该类平台结构的薄弱环节是什么？65．对于具有桁架式桩腿的自升式平台，在总体强度分析和桩腿局部强度分析中，桩腿的模型化有何不同？66．分析自升式钻井平台在正常作业和拖航等不同工况下，所受环境载荷的差异。
67．对半潜式平台进行总体强度校核时，通常需考虑哪些主要工况？为什么要选择多种计算工况来进行强度校核？68．半潜式平台的结构可分为哪几部分，其中哪一部分是平台结构的薄弱环节。
69．圆柱壳构件的整体稳定性与局部稳定性问题有何不同？70．海洋平台总体强度分析中通常采用“设计波法”或“设计谱法”，二者的主要区别是什么？71．简要说明“设计谱法”中，如何对结构物的响应进行短期和长期统计预报。
自升式钻井平台结构强度分析与总体设计(佚名抄袭论文)
自升式钻井平台结构强度分析与总体设计摘要：自升式钻井平台是指具有活动桩腿，且其主船体能沿支撑于海底的桩腿升至海面以上预定高度进行钻井作业的平台，此种平台在海洋石油开发中被广泛应用。
本文以自升式钻井平台的结构安全为目的，对工程实践有指导作用，并为工程设计人员提供借鉴。
关键词：自升式；钻井平台；结构强度自升式海洋平台与导管架固定平台相比，结构整体柔性较大，振动响应较为强烈，且随着海洋工程向深海发展，环境越来越恶劣，载荷不确定因素增多，因此，自升式钻井平台的结构安全越来越受到重视，而结构强度分析自然就成为设计阶段的重要研究内容[1]。
一、自升式平台的结构强度分析自升式海洋钻井平台在海上油气开发中得到广泛应用。
它由平台主体、升降装置以及若干（通常为3条到4条）桩腿组成。
平台主体与桩腿之间可通过升降装置实现相对移动，桩腿底部设有沉垫或桩靴与海底相接触。
作业时，桩腿降至海底，平台主体提升到海面以上一定高度，以避免波浪冲击。
拖航时，平台主体降至水面，依靠浮力支承，类似于船体。
此时，桩腿升至水面以上，通过拖航方式转移至新的作业地点。
自升式平台除了承受自身重量和可变载荷外，由于其工作环境的特殊性，还要时刻承受环境载荷的作用。
还有由环境载荷引起平台结构的变形和振动，进而导致附加载荷的产生。
例如：在环境载荷作用下，桩腿会发生变形，平台上部会发生很大的侧向位移，从而导致平台主体对桩腿底部产生附加弯矩。
另外，当平台的自然周期与波浪周期接近时，平台会发生强烈振动，引起很大的动载荷。
再者，由于环境载荷的持续作用，平台结构的内部将会发生疲劳损伤，久而久之，导致结构疲劳破坏。
所以，在自升式平台结构设计过程中，要多方面、综合考虑环境载荷的影响。
根据自升式钻井平台的工作特性和结构特点，其结构强度分析可分为总体性能、船体强度及局部强度分析[2]。
（1）总体性能分析自升式钻井平台的总体性能分析主要是考核其站立工作状态下的整体安全情况，包括桩腿强度、锁紧系统（升降系统）承载性能、预压载性能、桩靴承载性能及抗倾稳性。
自升式平台主船体结构强度有限元分析
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强度进行有限元分析的过程 、处Ｎ ３ 法及应注意的问题，并对计算工况 、载荷 的施加等问题进行 了相应说明。 ＿－
关 键 词 ： 自升式平台；主船体强度；有限元分析
０ 引 言
白升 式平 台作 为一 种重 要 的移动 式平 台 ，是 开发海洋 石油 的基础 装 备 。 目前 ，自升 式平 台 已经成
点 壳 元 ，少鼍 使刑 ３ 点壳 单元 。部 分小肘 板 和扶强 材没 有考 虑 。人的 丌孔通 过删 除 十 应 位置 的 ｆ ｛ 元 ，体现 力 的传递 作用 ；小的开 孔则 忽略 汁。 ｌ 网格划 分具 体 过程及 问题处 理 ＿ ３ 网格 划分 是有 限元 分析 的关键 性工 作之 一 ，它 直接影 响 问题 的规模 及求 解精度 。 格 划 分包括 两 项重 要 的工作 ，即 ：单元形状 选择 和 单元 大 小的控制 。
拟。 根据 构件 的 面积及 惯性 矩对 其等 效 ， 条等 效 为圆管 结构 ， 齿 桩腿 利 用 软件 的 自定义 功能进 行模 拟 。
板梁 复 合弯 曲时 ，考 虑板 、梁 和轴 不重 合 导致 的偏心 问题 ；建立模 型 时 ，根据 平 台结构 的真 实尺 寸 ，分 别赋 予梁 单 元相应 的偏 心值 ， 从而使 得 计算模 型 和真 实结构 相吻 合 。 １ ． 界 条件 ４边 平 台着 底状 态时 ，桩腿 底 部边 界条 件 的考虑 参照 《 上移 动平 台入 级与 建造 规 范 》的相关 规 定， 海 取 海底 泥面 以下 三 米处铰 支 。本 平 台桩腿 和 主 体的连 接是通 过 齿轮齿 条 啮合 系统 实现 的 ，ｌ 者之 问通 ＿ 二 过 齿轮 齿 条来传 递 竖 向力 ，在上 、下 导 向环 处耦 合水平 位移 ，在锁 紧 区耦 合水 平和 垂直 位移 （ 见图 ７ 、
自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析(1)
σb/MPa
164.909 156.011 37.866 174.737 155.798 40.124 131.496 146.097 35.974
σ/MPa
201.819 199.141 38.165 212.840 200.227 40.423 165.475 183.047 36.273
第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
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自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析
蒙占彬，田海庆，Biblioteka 敦秋（胜利石油管理局 钻井工艺研究院，山东 东营 257061） 摘要：以国内某自升式钻井平台为例，并对利用有限元分析软件 ANSYS 对自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析的方法 进行介绍，提出了一种考虑桩腿齿条等构件作用的改进计算方法。 关键词：桩腿；强度；稳定性分析
表 3 自存工况作用力（90°）
构件 厚度/mm 50 艏桩 45 36 50 左艉桩 45 36 50 右艉桩 45 36 弯矩 My（ / kN· m） 弯矩 M z / (kN· m) 2 324 1 692 373 1 305 950 209 1 143 742 163 60 809 51 789 9 736 64 467 51 737 10 322 56 828 48 518 9 255 轴力 Fx /kN 22 305 23 975 137 23 026 24 697 137 20 653 20 534 137
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第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
3.2.3 计算结果 将表 1、表 2 及表 3 的数据代入式（6）进行计算，得到桩腿不同壁厚最危险单元的计算轴向应力 σa、 计算弯曲应力 σb 及计算组合应力 σ，如表 4 所示。
300ft自升式平台在升起工况下桩腿强度分析
现代经济信息３００ｆｔ自升式平台在升起工况下桩腿强度分析周海波 南通航运职业技术学船舶与海洋工程系摘要：本文以某300ft自升式平台为研究对象，基于DNV SESAM对其桩蹆进行有限元强度分析。
本文对桩腿结构进行了详细建模，采用WAJAC计算波浪和流载荷的水动力，风载荷根据规范计算；采用单自由度方法对桩腿进行强度分析，同时考虑动力放大效应以及二阶P-delta效应；计算出桩腿在升起工况下的最大应力，并根据规范要求对桩腿进行了强度校核。
关键词：自升式平台；桩腿强度；有限元中图分类号：U656 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2018)025-0338-02一、平台主要参数本文计算选取的300ft自升式平台(Jackup)是三角形主体、三条桩腿三角桁架式结构，平台主要参数包括：船体长度、型宽、型深、桩腿横向间距、桩腿纵向间距和设计升起空船重量，分别为62.72m、56.4m、7.75m、37.2m、35.84m、6700MT。
桩腿的主要参数包括：桩腿最大承载、斜撑类型、桩腿截距、弦杆距离、桩腿长度和桩靴底部面积，分别为6000MT、Reversed K、7.5m、10m、135m、175m。
二、平台结构的建模采用SESAM软件的GeniE模块建模，桩腿采用二维梁单元模拟，主船体采用板和梁单元模拟，并对桩靴结构进行了简化。
为了模拟船体真实的刚度，只对高腹板的桁架结构建模，分析桩腿强度不必对主船体进行详细建模，以减小网格数量，加快运算时间。
平台的海底约束处理手段是将桩靴下表面上的结点简支。
桩腿和船体的连接采用释放自由度的方法来模拟，泥土采用简支边界条件。
实例计算结果表明这类方法可靠且合理，广泛应用于工程实践。
三、平台升起工况下的载荷设定桩腿在升起工况中必须满足自存和钻井修井工况的强度要求。
平台升起工况的各个工况工作载荷包括环境条件，泥土条件，重量分布等。
其中自存工况假设为50年一遇环境载荷。
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平台的工作状态有下列五种
1.拖航状态 2.放桩和提桩状态 3.插桩和拔桩状态 4.桩腿预压状态 5.着底状态
升降工况 迁移工况
正常作业工况 自存工况
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第四章 自升式平台强度分析
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拖航状态
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【CCS】 海上移动平台入级与建造规范(2005) 4.2.2 设计载荷 4.2.2 设计载荷 4.2.2.1 每种设计工况均应考虑静载工况和 静载荷与环境载荷相组合的工况。
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插桩和拔桩状态
• 在插桩时桩腿将承受升降机构的下降力、 桩腿土壤支反力和桩周摩擦力的作用。 • 拔桩时桩腿承受升降机构提升力、桩端粘 结力以及桩周摩擦力的作用，若在淤泥中 还有桩端淤泥吸附力的作用。在拔桩过程 中，当桩腿拔出海底的速度过快或海面风 浪较大时也可能出现桩腿端部与海底碰撞 的现象。
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3பைடு நூலகம்
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本章主要内容
4.1自升式平台的典型工况 4.2 着底工况下的平台总体强度 4.3 桩腿局部强度计算 4.4 拖航状态下桩腿的动力分析 4.5 实例分析
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【CCS】 海上移动平台入级与建造规范(2005) 4.2.1 设计工况
4.2.1.1 自升式平台的强度分析应至少考虑以下设计工况： 正常作业工况、迁移工况、升降工况和自存工况。必要时， 还应对事故工况予以特殊考虑。设计时，应对迁移工况、 升降工况和自存工况予以特别关注。 4.2.1.2 正常作业工况系指在规定的环境条件下，自升式 平台满载并升到预定标高进行正常作业时的状态。 4.2.1.3 迁移工况系指自升式平台进行迁移过程中的状态， 可分为油田内迁移工况和远洋迁移工况。 4.2.1.4 升降工况系指自升式平台升降桩腿，预压及升、 降平台主体时的状态。 4.2.1.5 自存工况系指极端环境条件下，自升式平台不能 继续作业，但可通过调整可变载荷或放弃部分载荷以及其 他措施以达到某种较为安全的状态。
• 拖航是指整个平台从一个地点(或井位)转移到另 一个地点(或井位)的航行状态，这时船体漂浮在 海面上，桩腿升到船体之上，由于受到风浪的作 用，船体也将如船舶一样产生摇摆运动。 • 这时船体受到重力，浮力，波浪力和惯性力的作 用，同时在桩腿根部的固桩处有很大的动弯矩作 用着，对于深水自升式平台，由于桩腿很长，桩 腿根部的固桩处就将受到很大的作用力，当船体 的纵摇或横摇的角度较大时桩腿因倾斜又对根部 产生根大的桩腿重力力矩。
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桩腿预压状态
• 桩腿预压是将桩腿下面地基的承载力预先压 到暴风状态时所要求的地基承载力，以防止 桩腿出现不均匀下沉，造成平台倾斜和倾覆 事故发生。 • 对于矩形的自升式平台采用对角线预压方式 • 对于三角形的自升式平台一般是用压载舱加 载方法预压，使三个桩腿同时承受船体的全 部重量和压载重量，这时船体相当于三点支 撑，没有扭曲变形的问题
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自升式平台强度校核内容
• 原则：根据不同工况下平台的受力特点， 选取总体和局部结构（船体、桩腿及固桩 区）在最不利的工况下进行强度校核
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• 在自升式平台的强度计算中除了考虑上述 不同的工作状态外，同时还要考虑环境条 件和甲板载荷的不同情况 • 如在着底状态中有满载风暴工况和满载作 业工况。由于前者条件更为严重，一般就 以这个工况作为设计工况 • 拖航状态也有满载拖航和轻载拖航 • 在设计工况的选取中对甲板变动载荷和环 境条件要考虑可能出现的最不利的情况组 合，以保证结构的安全性。
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4.1 自升式平台的典型工况
• 自升式平台是由一个船体(平台)和若干起 支撑作用的桩腿所组成 • 平台在工作的全部过程中有多种不同的工 作状态 • 各种状态下结构的受力情况都不完全相同， 所以在计算平台结构强度时就必须考虑各 种不同的工作状态，才能保证安全
自升式海洋平台强度分析
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平台型式：自升式钻井平台 设 计：中船总上海708研究所 建 造：大连造船新厂 建造时间：1998年 船 级：CCS 5/5 Self-elevating Drilling Unit
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着底状态
• 着底状态包括满载风暴不作业（自存）和满载作 业（ 正常作业工况）两种状态。 • 一般情况下，满载风暴不作业时桩腿所受的外力 要比满载作业状态时大，所以通常平台就以满载 风暴不作业状态进行设计。 • 这时的桩腿将受到风力，波浪力，潮流力，平台 重力和地基反力的作用。由于桩腿比较长，平台 结构在载荷的作用下产生的侧向位移还将使桩腿 受到不可忽视的重量偏心力矩。
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放桩和提桩状态
• 放桩是指桩腿伸向海底下方，提桩是指桩 腿拔出海底之后向上提升，这时船体仍飘 浮在海面上 • 在放桩和提桩的过程中，当桩腿未与海底 接触但船体在风浪作用下摇摆时，桩腿也 随着摇摆使桩腿上部（接近船底底部）受 到较大的动弯矩；当船体在风浪作用下产 生升沉运动而使桩腿和海底发生碰撞时， 桩腿根部也将产生较大的动应力。