海洋平台钢结构的承重详细设计
海洋平台钢结构的承重详细设计
样是不符合规范的 ， 因为斜撑管 内部是无法喷涂 的， 以管 内部很 所 容易被雨水和海水腐蚀 。遇到这样的问题 ， 我们可以将 Ｈ型钢向外 加 长 １０毫米 以确保 覆 盖斜 撑 。 ５ 接 下 来 我们 还 要 对节 点 强 度进 行 分 析 。在 该项 目的 ３ Ｏ个节 点 中只 有 ２ 个 自由节 点 ， 以我 们 只 计 算 这 ２ 个 节 点 的 强 度 ， 面 １ 所 １ 下 仅 以 Ａ号 节 点 为例 ，论 述节 点分 析 与 局 部 加 强 的方 法 ，计算 利 用 Ａ Ｓ Ｓ０ Ｎ Ｙ １ ． ｓｅ 单元 来 实 现 。 学模 型 的建 立 用 Ａ Ｔ Ｃ Ｄ ０ ８ ０的 ｈｌ ｌ 力 Ｕ Ｏ Ａ ２０
工 业 技 术
２ 第４ ｌ 技创 新与应 用 ０年 期 科 １ ３
海洋平 台钢 结构有限公 司， 天津 ３ ０ ５ ） ０ ４ ２
摘 要 ： 文 主要 论 述 海上 石 油 钻 井平 台钢 结构 在 承 重状 态下 的详 细设 计 ， 本 以实 际项 目为例 ， 绍承 重 设 计 的整 个 过程 以及相 关 介 软 件 的应 用方 法 ， 目的 在于提 高设计 人 员的 工作 效 率 、 少错 误 的发 生 。 减 包括 如 下几 个部 分 ： 、－ 一 ＿￣ 述 和初 步设 计 ； 、 材 选 ｖＬ概 － 二 型 用 和 结构 力学 计算 ； 、 三 节点 分 析和 加 强 。 关 键 词 ： 重 ； 限 元 ； Ｃ值 ； 点 承 有 Ｕ 节 １ 况 概述 和 初 步设 计 海 上 石 油 钻井 平 台是 以钢 结 构 为 主 体 的多 专 业 协 同 Ｔ作 的采 油 平 台 ， 结构 作 为 承受 所 有 荷 载 的 载 体 ， 学 计 算 就 成 为 钢 结 构 钢 力 设 计 的 主要 依 据 。本 文 以平 台改 造 项 目为例 ， 述 承 重 状 态下 的详 论 细 设 计 的 基本 方 法 和＿ 思路 。 Ｔ作 １ ． 况 概 述 ： 台改 造 项 目的 目的是 为 了在 平 台 上 增加 一 台 １工 平 既然 有 了梁 格 接 下来 就 可 以铺 甲板板 了 ， 甲板 板 的设 计 要 以 实 际采 办到 的 规格 为 准 。全 部 采 用纵 向摆 放 甲板 板 以减 小 焊接 变 形 。 根 据 规范 ， 甲板板 需 距 离 平 台最 外 边缘 ２ 毫 米 ， 样 一来 甲板板 的 ０ 这 设 计 就完 成 了 。 在建 立 三维 模 型后 先 检 查 一下 结 构 的合 理 性 ， 们发 现 斜撑 和 我 Ｈ 型钢 的位 置关 系设 计 的并 不 合 理 ， 钢 没有 完 全 覆盖 斜 撑 。这 Ｈ型
海洋工程平台设计方案书
海洋工程平台设计方案书一、项目背景随着人类对海洋资源的需求不断增加，海洋工程的发展已成为一个重要的领域。
海洋工程平台是进行海洋资源开发和海洋科学研究的重要设施，其设计和建设对于海洋资源的合理利用和保护至关重要。
本项目拟设计一座多功能海洋工程平台，用于进行海洋资源开发、海洋科学研究和环境监测。
二、项目概况1. 位置：海洋工程平台将建设在渤海湾西北部，靠近渤海北岸。
2. 设计目标：（1）开展海洋资源开发和研究；（2）进行海洋环境监测，保护海洋生态环境；（3）服务于海洋科学研究和教育。
三、平台设计方案1. 平台结构设计（1）主体结构采用钢混凝土结构，具有较强的抗风浪能力；（2）平台分上下两层结构，上层主要用于科研实验和观测，下层用于设备存放和维护；（3）平台应具备一定的自稳能力，能够在海洋环境下稳定运行。
2. 设备配置（1）海洋资源开发设备：包括深海钻探设备、海底采矿设备等；（2）海洋科学研究设备：包括海洋生物观测设备、海洋地质勘探设备等；（3）环境监测设备：包括海洋水质监测设备、海洋气象监测设备等。
3. 功能划分（1）科研实验区：用于进行科学实验和观测；（2）设备存放区：用于存放各类设备和工具；（3）生活区：员工休息和生活的区域；（4）管理区：用于管理和指挥平台运行和作业。
4. 安全和环保要求（1）平台应具备一定的抗风浪和抗浪涌能力，以确保平台运行的安全性；（2）平台应配备火灾报警和救生设备，保障工作人员的人身安全；（3）平台作业时必须严格遵守环保法规，防止对海洋生态环境的影响。
四、建设方案1. 设计阶段（1）平台设计方案由专业海洋工程设计团队负责；（2）设计方案应符合国家相关规范和标准，确保平台的安全性和稳定性。
2. 施工阶段（1）平台建设应委托具有一定海洋工程施工经验的企业进行；（2）施工过程中应严格遵守相关施工规范和标准，确保施工质量。
3. 运行阶段（1）运行管理应委托专业的海洋工程运营公司进行；（2）平台运行期间需定期进行设备检查和维护，确保平台的运行正常。
海洋平台设计-重量与重心1
2、设计工况
《重量重心计算书》 给出各种设计工况下的平台重量重心
满载作业工况 迁航工况 升降工况
满载、井位预定高度、规定环境条件 和正常作业。 一般、风暴 井位上，桩腿升降、预压及平台主体 提升。
自存工况
在极端环境下，不能继续作业。
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第三章 移动式平台的重量与重心
第一节 概述
重力和浮力相平衡 重量和重心的计算
一、平衡条件
1、重力等于浮力 2、浮力和重力在同一铅垂线上
排水量
Δ = ∑Wi = γ ∑ v i k i
平台各部分重量Leabharlann xG = xByG = yB
二、平台重量分类及典型工况
1、重量分类
空平台重量 排水量△ 可变载荷
钢料、舾装、机电设备和钻井设备等
第一节 空平台重量的分析和估算
一、自升式平台的重量分类与组合 空载重量 可变载荷 预压载 钻井载荷
二、几种有意义的重量组合
1、拖航工况 2、升降工况 3、预压载
满载排水量=空载重量+可变载荷 举升能力=空载主体重量+可变载荷 升降装置支持能力=空载主体重量+可变载荷 +预压载 桩腿箱地基反力=空载重量+可变载荷+预压载
4、钻井工况
升降装置支持能力=空载主体重量+可变载荷+钻井载荷
5、风暴状况
风暴状况平台重量=空载重量+可变载荷
三、平台体钢料重量估算
设计初步阶段
根据母型平台资料，用百分数法估算。
根据初步认可的主要尺度对各分项重量进行估算。
作业二
1、写出移动平台立柱和甲板钢料重量估算的一些公 式。 2、试阐述移动平台舾装部分和钻井设备重量估算的分 析和方法。 3、可变载荷是怎样估算的？
剖析海洋平台钢结构的加工设计
剖析海洋平台钢结构的加工设计摘要：随着经济的发展对于海上平台的要求也日趋严格，在难度不断提高的背景下模块建造技术在海洋钢结构平台建造中得到了广泛的应用。
通过在不同的场地建造模块最终再运到目的地进行组装的方式使得海洋恶劣气候对于施工的影响有所降低，同时还能将安装时间得到很大程度上的缩短，进而使得项目工程的安全性得到保证。
关键词：海洋平台；钢结构；加工设计模块建造过程可以多地点、灵活性开展工作，可缩短现场工作周期，而连续性建造及技术型支持，可以更好地保证施工的质量、进度、安全，提高作业效率。
1海洋工程模块概述模块化设计和制造的研究工作始于20世纪50年代末60年代初，随后得到越来越广泛的关注和研究。
现在，模块化设计方法已经在机械、电工电了、船舶、建筑、电力、武器装备等行业中得到广泛应用，并取得了显著效益。
关于模块化的概念，虽然有众多的学者通过不同的视角对其做出了描述，但目前还没有形成统一的定义。
可以按照以下几个方面进行理解：模块化设计是综合考虑系统对象，把系统按功能分解成不同用途和性能的模块，并使接口标准化。
选择不同的模块（必要时设计部分专用模块）以迅速组成能满足各种要求的系统的一种方法。
模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。
模块是一组同时具有相同功能和相同结合要素，而且具有不同性能或用途甚至不同结构特征，但又能互换的单元。
模块化产品是指其部分或全部由一组特定的模块在一定范围内组合而成的产品。
模块化设计是基于模块的思想，将一般产品设计任务设计成模块化产品方案的设计方法。
随着全球经济一体化进程的全面发展和逐步深入，模块化设计带来的技术价值和经济效益已成为其蓬勃发展的源动力。
越来越多的工程项目准备或已经开始使用海洋工程模块，这就对海洋工程模块的加工设计提出了新的挑战。
海洋平台的结构设计与分析
海洋平台的结构设计与分析在人类探索和利用海洋资源的进程中，海洋平台扮演着至关重要的角色。
从石油和天然气的开采，到海上风力发电，再到海洋科学研究，海洋平台为各种活动提供了稳定的工作场所。
而其结构设计的合理性和科学性，直接关系到平台的安全性、可靠性以及经济性。
海洋平台所处的环境极为恶劣，要承受海浪、海流、海风等多种海洋动力荷载的作用，同时还要面临海水腐蚀、海洋生物附着等问题。
因此，在进行海洋平台的结构设计时，必须充分考虑这些因素。
首先，从平台的类型来看，常见的海洋平台主要包括固定式平台和移动式平台两大类。
固定式平台如导管架平台，通常用于浅海区域的油气开采。
其结构由打入海底的钢质导管架和上部的工作平台组成，具有稳定性高、成本相对较低的优点。
而移动式平台，如半潜式平台和自升式平台，则更适用于深海作业。
半潜式平台通过半潜在海水中，利用水的浮力和自身的结构特点来保持平衡，能够在较深的海域进行作业。
自升式平台则通过桩腿的升降来适应不同的水深，具有灵活性强的特点。
在结构设计中，材料的选择是关键之一。
由于海洋环境的腐蚀性，通常会选用具有良好耐腐蚀性的高强度钢材。
同时，为了提高平台的使用寿命，还会采用各种防腐措施，如涂层防护、阴极保护等。
平台的结构形式也需要精心设计。
例如，导管架平台的导管架结构要能够承受巨大的竖向和水平荷载，其节点的连接方式和强度至关重要。
而对于半潜式平台，其浮体的形状和尺寸、立柱的数量和布置等都会影响平台的稳定性和运动性能。
在进行结构分析时，要综合运用多种方法和技术。
有限元分析是一种常用的手段，通过将平台结构离散为有限个单元，建立数学模型，能够准确地计算出平台在各种荷载作用下的应力、应变和位移情况。
此外，还会进行动力分析，考虑海浪、风等动力荷载的作用，评估平台的振动特性和疲劳寿命。
海洋平台的结构设计还要充分考虑施工的可行性和便利性。
施工过程中的起重能力、运输条件等都会对平台的结构形式和构件尺寸产生限制。
海洋平台结构设计 第一章 绪论
张力腿式平台工作原理
张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩余浮力相 平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力 可依靠锚索向下的拉力来补偿，且此拉力应大于波浪产生的力，使锚索上 经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。
TLP平台的特点
1. 运动性能好 2. 抗恶劣环境能力强 3. 抗震能力较强 4. 便于移位，可重复使用 5. 造价低
泥浆净化系统
海洋平台公司海洋平台公司
泥浆泵
自升式平台的特点
1. 适用于不同海底土壤条件 2. 适用于相对较大的水深范围 3. 移位灵活方便，便于建造 4. 水深愈大，桩腿愈长，结构强度和稳 性愈差 5. 要求自升式钻井平台既要满足拖航移 位时的浮性、稳性方面的要求，又要满 足作业时稳性和强度的要求，以及升降 平台和升降桩腿的要求。
海洋平台结构设计 绪论
第一章 绪 论
Chapter 1 introduction
第三节 我国海洋石油平台发展概况
• 持续发展阶段（2000~2006年）
我国成功设计与建造的渤海友谊号FPSO的贡献在于 首次将FPSO用于有冰的海域
我国先后完成了渤海长青号、渤海世纪号、渤海 奋进号、海洋石油3号等FPSO的自行设计；完成了 宾果9000系列共4艘超深水半潜式平台的船体建造 以及15万吨、17万吨、21万吨级别FPSO的建造； 初步具备30万吨级别FPSO的船体设计和建造能力
FPSO外形类似油船，但其复杂程 度要远远高于油船，涉及的复杂 系统包括二十几个大类，如：单 点锚泊系统、动力定位系统、油 处理系统、废水处理系统、注水 处理系统和直升机起降系统等， 这类系统在运动型船中很少遇到。 其他的惰性气体发生系统、消防 救生系统、监控系统、发电系统 等都高于运输型船舶的建造要求。
海洋平台设施的结构与设计原理
海洋平台设施的结构与设计原理海洋平台设施是为了支撑和保护海洋石油、海底矿产等海洋资源开发和利用活动而建造的一种重要设备。
它承载着海洋作业的各种设备和人员，并提供了必要的生活、办公和储存空间。
本文将探讨海洋平台设施的主要结构和设计原理。
在设计海洋平台设施时，首要考虑因素是其安全性和稳定性。
考虑到海洋环境的复杂性、恶劣的气象和水域条件，海洋平台设施的结构需要具备抵御大风、巨浪、海啸和冰冻等自然灾害的能力。
此外，设施的设计也必须能够适应不同的水深、底质和地形条件。
海洋平台设施的主要结构包括：顶部结构、支撑系统和浮力系统。
顶部结构是海洋平台设施上方的建筑物，包括办公楼、居住区、作业平台和设备等。
支撑系统是将顶部结构固定在海底的重要框架，通常由支腿、桥墩或钢管构成。
浮力系统则通过各种浮力体，如船体、浮筒或弹簧吊架来提供平台的浮力。
为了确保在海洋环境下的安全和稳定，海洋平台设施的主要设计原理包括以下几个方面：1. 抗风稳定性：考虑到海上风力较大的环境，海洋平台设施的顶部结构和支撑系统都需要具备较强的抗风能力。
设计中通常会采用钢结构和一定的空气动力学设计，以减小风力对结构的影响。
2. 抗浪稳定性：巨浪是海洋环境的重要威胁之一。
为了保证海洋平台设施的抗浪能力，通常会考虑采用斜坡或斜板来减小波浪对结构的冲击。
此外，在设计过程中还会结合海浪预测模型进行合理的结构设计。
3. 抗冰稳定性：在极地和寒冷地区，海洋平台设施还需要考虑抗冰稳定性。
设计中通常会采用合适的材料和措施来预防冰冻，例如热水灌注、防冰材料覆盖等。
4. 浮力系统设计：海洋平台设施的浮力系统是保证平台上浮并保持平衡的重要组成部分。
设计中通常会考虑到平台的总重量、浮力体积和浮力中心的位置，以保证平台在水体中的稳定性。
5. 地基设计：由于海洋平台设施需要在海底固定，地基设计也是关键因素之一。
不同的地质条件可能需要采用不同的支撑系统和固定方式，如钻井或地基桩基础。
海洋平台模块的钢结构设计
海洋平台模块的钢结构设计摘要：随着社会的发展海洋工程的施工环境日趋恶劣，对于平台的质量要求在逐渐提高，钢结构所需的工艺更加的复杂，模块的重量也在不断的增加，传统的模式已经无法满足难度日益增加的施工要求。
因此，模块化建造方式在海洋钢结构平台施工中开始得到广泛的应用。
关键词：钢结构；模块；建造引言随着经济的发展对于海上平台的要求也日趋严格，在难度不断提高的背景下模块建造技术在海洋钢结构平台建造中得到了广泛的应用。
通过在不同的场地建造模块最终再运到目的地进行组装的方式使得海洋恶劣气候对于施工的影响有所降低，同时还能将安装时间得到很大程度上的缩短，进而使得项目工程的安全性得到保证。
甲板片预制的方式不仅能够使得工期大大的减少，同时还有利于保证平台的质量问题。
1.模块化建造模块化建造是随着全球经济一体化进程的发展而逐渐演变出来的，海洋平台的建造必须要面对恶劣的环境，其建造的动因大多是由于本地资源无法满足发展的需求需要开采海洋资源，因此造成了海洋平台建造的位置越来越偏远，环境越来越恶劣，传统的方式已经无法满足需求，模块化建造开始应运而生。
采用模块化建造的方式主要有以下几点优势：第一，效率高。
相比于传统的建造方式而言将平台划分为不同的模块就可以在不同的场地进行生产最后进行安装，因此效率能够得到显著的提升，与此同时还能有效缩短施工周期。
第二，质量好。
模块是由钢管、工字钢、钢板以及甲板片和发动机等多种构件组成的，一旦通过焊接等工艺加工成型则不可调整，传统加工模式下一次加工成型，一旦出现问题无法做出有效的调整，模块化建造的方式化整为零能够对整个过程分化，从而更好的控制平台的质量。
第三、节约成本。
海洋平台属于大型或超大型的项目，有的工期甚至需要几年甚至是几十年，时间越长对于资本的控制就越难，然而采用模块化建造的方式可以在不同的场地进行生产，这样整个模块所需的时间将大幅缩短，有利于对费用进行更精准的控制，合理的利用企业资金，节约成本，加快资金的运转。
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海洋平台钢结构的承重详细设计
本文主要论述海上石油钻井平台钢结构在承重状态下的详细设计，以实际项目为例，介绍承重设计的整个过程以及相关软件的应用方法，目的在于提高设计人员的工作效率、减少错误的发生。
包括如下几个部分：一、工况概述和初步设计；二、型材选用和结构力学计算；三、节点分析和加强。
标签：承重；有限元；UC值；节点
1 工况概述和初步设计
海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，钢结构作为承受所有荷载的载体，力学计算就成为钢结构设计的主要依据。
本文以平台改造项目为例，论述承重状态下的详细设计的基本方法和工作思路。
1.1 工况概述：平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备，以更好的进行原油处理，减少资源浪费。
该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米，放置于平台东侧，目前设备就位区没有结构，需要增加结构放置设备。
1.2 初步设计：首先，要进行节点设计，我们初步设计了28个节点，节点的名称和坐标如下：
设备放置于节点6、7、N、M围成的方形区域内。
该设备的重量荷载是以面荷载的形式施加到节点6、7、N、M所连接的梁格上的。
2 型材选用和结构力学计算
接下来可以选择H型钢了，由于该项目承重设备重量较大所以我们尽量选择屈服强度较大的H型钢进行设计，大梁选用H588X300X12X20的H型钢屈服强度355MPa，小梁选用H300X300X10X15的H型钢屈服强度355MPa。
将这两种型钢的数据输入SACS5.2。
梁格的规格确定以后还要选择甲板板的规格，按照规范选择8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B，输入SACS5.2。
选择好材料就可以开始结构力学计算了，我们先根据初步设计的蓝图建立SACS5.2的力学模型，经过计算发现单靠H型钢的悬臂结构无法满足该设备的承重要求，因此考虑增加斜撑，选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。
同时需要增加两个节点作为斜撑的支点，T号节点坐标为（0，0，-4）
U号节点坐标为（0，18，-4）。
将斜撑的数据输入SACS5.2。
接下来根据初步设计的节点坐标建立力学模型，建模时注意梁格与甲板的偏
置。
模型建立以后就可以施加荷载条件了，荷载区域为节点6、7、N、M所围成的长方形区域其面积为Q=2×12=24平方米，设备的荷载大小为70吨相当于70×9.8=686千牛顿，面荷载大小为686/24=28.6千牛顿每平方米，其荷载条件设定为1。
结构自重也需要设定荷载，其荷载条件设定为2。
最后设定一个荷载条件3，其荷载大小为1号荷载乘以1.05再加上2号荷载乘以1.05，1.05为荷载的不确定系数。
将3号荷载条件导入计算，得到所有梁格的应力，根据报告显示所有梁格UC值小于1，整体结构应力符合规范要求。
3 节点分析和加强
通过了结构的整体强度计算，平台的大概轮廓就确定下来了，那么接下来就应该将设计进一步细化。
首先，我们要确定梁格的组对关系。
该项目我们选择大梁断小梁、纵断横不断的原则来确定梁格的组对关系。
既然有了梁格接下来就可以铺甲板板了，甲板板的设计要以实际采办到的规格为准。
全部采用纵向摆放甲板板以减小焊接变形。
根据规范，甲板板需距离平台最外边缘20毫米，这样一来甲板板的设计就完成了。
在建立三维模型后先检查一下结构的合理性，我们发现斜撑和H型钢的位置关系设计的并不合理，H型钢没有完全覆盖斜撑。
这样是不符合规范的，因为斜撑管内部是无法喷涂的，所以管内部很容易被雨水和海水腐蚀。
遇到这样的问题，我们可以将H型钢向外加长150毫米以确保覆盖斜撑。
接下来我们还要对节点强度进行分析。
在该项目的30个节点中只有21个自由节点，所以我们只计算这21个节点的强度，下面仅以A号节点为例，论述节点分析与局部加强的方法，计算利用ANSYS10.0的shell单元来实现。
力学模型的建立用AUTOCAD2008来实现。
将A号节点的CAD模型以SAT格式导出，再导入ANSYS，输入命令如下。
定义模型后分别给不同的截面划分各自的网格，ANSYS模型就做完了，我们将大梁的两边施加全约束，然后就可以施加荷载了。
我们可以利用前面的SACS计算结果找到每根梁施加给A号节点的荷载。
我们将上面A节点的荷载施加到ANSYS模型，得到应力云图，应力的最大值236MPa，可见此处的应力状态虽然符合规范，但是还有点危险，我们为了保守起见还是要加强此处节点，由于应力主要集中在小梁的下翼缘所以我们可以考虑在小梁的下翼缘处加一块筋板，加筋板后计算出结果。
我们发现应力集中已经被转移到别处去了，而且最大应力已经减小到179MPa，工况已经很安全了。
我们将其它的节点逐一分析，最终确定了所有节点的加强形式，这样我们的平台结构就全部确定下来了。
至此我们就完成了全部详细设计任务。
参考文献
[1]曾攀·有限元分析及应用·1版·北京：清华大学出版社，2004。
[2]马爱军，李全祺·海洋石油工程设计指南4海洋石油工程平台结构设计（第四册）：石油工业出版社，2010。