海洋平台T型管节点应力集中系数研究
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析
摘要
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析 摘要
管节点是海洋平台结构关键的部位，同时也是最薄弱的构件。节点处应力高度集 中，极易发生疲劳破坏、冲剪破坏以及其它形式的破坏。一旦节点发生破坏，可能会 导致整个结构失效。因此，管节点强度设计和可靠性分析是当前海洋结构基本性能研 究的主要方向，也是保证平台结构安全的重要问题。 本文主要通过对渤西 QK18-2 导管架平台进行节点和体系可靠性计算分析，寻找 平台最不利的节点和荷载工况组合，为合理设计海洋平台结构和现役平台的科学评估 提供分析方法和理论依据。本论文主要包括以下内容： 运用大型结构有限元分析软件 MSC.Patran / Nastran ，选用四边形壳单元对 T、Y 型圆管节点进行了弹塑性大挠度分析。通过观察节点应力和塑性区分布扩展规 律，揭示节点受力性能，并选择影响圆管相贯节点的承载力的主要因素，对其承 载力性能进行研究，从而找到极限承载力随其几何参数的变化规律，获得一些有 益的结论，为节点的强度设计和可靠性分析打下基础。 运用 MSC.Patran 建立了渤西 QK18-2 导管架平台整体结构有限元模型，计算了平 台的环境载荷，并按照规范进行了荷载组合，确定了结构计算分析的主要工况。 在建立的平台整体有限元模型的基础上，运用 MSC.Nastran 计算了各种荷载组合 工况下平台的整体结构应力。通过对平台整体结构的应力分析，并结合节点极限 承载力随其主要参数变化的规律，完成了平台应力幅较大的典型管节点的选取。 根据 API 有关规范，对典型管节点进行了强度校核。这是进行节点强度可靠度计 算分析的前提。 对渤西 QK18-2 固定式平台进行节点和体系可靠性分析。首先依据 QK18-2 平台 附近海域长期统计分布资料，应用 Monte − Carlo 模拟方法确定了平台可靠性分析 中诸多随机变量的统计参数和概率分布函数，然后基于可靠度理论，选用中国海 洋石油天然气行业标准《海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法—荷载和抗 力系数设计法》 （SY/T 10009-2002）中关于管节点强度校核的极限状态函数，运 用 JC 法计算了 QK18-2 平台结构典型管节点的强度可靠度指标和相应的失效概 率。最后根据 Sigurdsson 等人提出的可靠度计算公式，采用等效荷载法对平台结 构体系可靠度进行了近似分析，提出了平台系统的失效评判准则。
K节点应力集中系数的试验和数值研究方法
图１显示了一个典型的Ｋ节点，并表明了沿着 焊缝处的几个关键部位（跟点、鞍点和冠点）以及经
常使用的几个无量纲化几何参数（届弦而鲫回。
在工程实践中使用的Ｋ型节点，通常两个支管的直 径和厚度是相同的，但两个支管和主管之间的夹角 可以不相同。
焊缝尺寸乃和乃的大小应遵循一定的焊接规 范。在本文中，按照美国焊接协会（Ａｗｓ）规范ｎ１】进
行焊缝尺寸的模拟。疋的大小可以有下面的公式进
行计算：
五２也×气
ｎ１
妒斟＿（箍］ｍ］㈤
在式（１）和式（２）中，岛为支管厚度，岛ｓ。是一个比例
因子，最为支管与主管之间的最小夹角，ｍ是一个
常数。
同样，乃也可以通过下列公式得到：
Ｓ－Ｎ ｃｕｒｖｅ，血ｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｙｃｌｅｓ血ａｔ ｍｅ ｊｏｉｎｔ ｃａＩｌ ｓｕｓｔａｉｎ ｂｅｆｏｒｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃａＩｌ ｂｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ血ｅ ＨＳＳ ｒａｎｇｅ．Ｔｈｅ ＨＳＳ ｒａｎｇｅ ｉｓ ｆｒ钿ｕｅｎⅡｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｒｏｍ ａ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃａｌｌｅｄ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｆａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ （ｓｃＦ）．Ｉｎ ｔｔｌｉｓ ｓｔｕｄｙ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ血ｅ ｓｃＦｓ ｏｆ“ｌｂｕｌａｒ Ｋ００ｉｎｔｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｂａｓｉｃ １０ａｄｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓ仃ｃｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｎｏｎｓ ａｌｏ“ｇ ｍｅ ｗｅ】ｄ ｔｏｅ ａｎｄ ｍｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅａｋ ＳｃＦ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｋ００ｉｍｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ｄｉｆ艳ｒｃｎｔ ｂａｓｉｃ ｌｏａｄｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｕｂｕｌａｒ ｊｏｉｎｔｓ：ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ（ｓｃＦ）；ｎｕｍ甜ｃａｌ ａｎｄ ｅｘｐ甜ｍｅｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｅｓ；ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ；
导管架平台T型节点疲劳分析及试验研究
导管架平台T型节点疲劳分析及试验研究戴伟顺;张充霖;张伯莹;叶谦;白勇【摘要】对典型导管架平台的关键节点的疲劳性能进行试验研究,建立某导管架平台整体结构的整体有限元模型,分析了结构整体性能并确定了其中的关键疲劳节点.对关键的疲劳节点建立子模型进行分析,在此基础上,进行试验研究.分析结果表明,有限元的分析结果对试验研究起到指导作用,通过对裂纹破坏的研究,对认识导管架平台的关键部位节点的疲劳破坏过程具有重要的参考意义,文中的研究可为进一步的海洋现场试验工作提供理论依据.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】4页(P38-40,49)【关键词】导管架平台;关键节点;疲劳分析;试验研究【作者】戴伟顺;张充霖;张伯莹;叶谦;白勇【作者单位】浙江大学建工学院,杭州310058;中海石油技术检测有限公司,天津300452;中海石油技术检测有限公司,天津300452;浙江大学建工学院,杭州310058;浙江大学建工学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TU311.20 引言随着大陆油气资源的日益枯竭，开采海洋石油的需求越来越旺盛，开采油气资源离不开海洋平台。
作为海上生产和生活的工具，平台的结构安全性至关重要。
在开采历史上，曾发生过惨痛的平台事故，比如因为平台疲劳失效导致事故的亚特兰大基兰号。
处于海洋环境中的导管架平台，长期承受随机波流载荷的作用，在交变载荷的作用下，平台的构件极易产生疲劳裂纹、发生疲劳破坏，从而威胁整个平台的安全，并使得疲劳破坏成为船舶与海洋工程结构主要的失效形式之一。
疲劳问题成为国内外学者关注的问题,国外的T.M.Madhavan Pillai和A.Meher Prasad通过断裂力学理论对固定的导管架平台结构疲劳可靠性进行了研究[1]；Fathi.A和AghakouchakA.A利用试验结果和神经网络数值模型预测节点裂纹开展的方向和估算疲劳寿命[2]；N.Diaye.A,Hariri S等通过有限元分析方法对海洋结构焊接节点的热点部位强度变化规律进行了研究[3]。
海工钢管结构环向焊缝应力集中系数研究综述
海工钢管结构环向焊缝应力集中系数研究综述佚名【摘要】本文基于国内外大量文献,主要从理论推导、数值模拟如下两方面对其进行综述,并提出下一阶段有待解决的重点问题,为后续钢管桩焊接设计提供参考.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2018(055)006【总页数】5页(P33-37)【关键词】高桩码头;焊接;数值模拟;理论推导;应力集中系数【正文语种】中文【中图分类】TU392.3引言在深海工程中，桩基的接长，通常是在两相邻管段间施加一道或多道焊缝（图1）。
为了更好的保证焊接的质量，一般是以管段的方式对其进行预制、拼装、焊接，整套流程在加工厂或预制场中进行，焊接完成后以吊装的形式运用于实际工程中。
焊缝的形式多种多样，概括起来，主要分为单边焊缝、双边焊缝、V型-焊缝，其中V型-环向焊缝因其焊接强度高而得到设计者的关注[1-3]。
在多数情况下，由于两相邻管段的同心度、圆度、及管节偏位的差异将导致几何失调的现象产生，这一原因将会使得焊缝处产生较大的附加弯矩，导致焊缝处的热点应力显著增大，特别是在焊根位置处（即OMTP点处），如图2所示，从而影响了结构的疲劳寿命。
因此，热点应力对焊缝的影响应在结构的疲劳设计中进行重点的考虑，从而提高结构的可靠性，使结构的寿命得到进一步保障。
目前，推求焊缝处热点应力常采用的方法是，将其名义应力乘上应力集中系数（SCF）[5-10]，但由于几何失调的复杂性和钢管在加工中一些不可控制的因数，去寻求SCF的精确解仍是非常困难。
平板理论解一种较为保守的求解方法，大量的在工程中使用，尤其是针对轴向荷载作用下的等壁以及非等壁厚的钢管，但对弯矩的研究还相当有限，近期李怡[11]等人基于平板理论对等壁厚的钢管在弯矩的作用下给出了相应的求解方法，为焊缝在复杂工况下的研究做出了贡献。
但从平板理论解中不难看出，钢管的厚度、半径、以及中心偏位、过渡段长度等因数对焊缝处的热点应力有十分显著的影响。
虽然现有的研究已取得了一些成果，但其内在响应还需深入的研究。
海洋平台TT型管节点的极限强度分析
3 基金项目 : 国家自然科学基金 (10142001) ,山东省自然科学基金 ( TM05SJ 04) 来稿日期 :2005210225 修回日期 :2006207222 第一作者简介 : 曲淑英 ,女 ,1963 年生 ,烟台大学土木工程学院 ,教授 ; 研究方向 — — — 结构工程数值分析 。E2mail : qsy_qu @163. co m
2 2
其中 : T2 是焊缝外部厚度 ; k2 是外部交线修正因子 ; θ FOS outer 是比例因子 ; m 是一个常数 ; s 是最小交线夹角。 经过修正以后 , 焊趾部分的外部交线方程可以 写为 β ZW 0 = ZA 0 + T2 co s 0 β Y W 0 = Y A 0 + T2 sin 0
表1
R/ mm r/ mm
图7
节点应力变形图
承载能力 P 达到最大值为 926kN , 之后随位移 U 的 增大节点的承载能力有所下降 。 所以该 T T 节点在 轴向力作用下的极限承载能力为 926kN 。
Байду номын сангаас
4 参数影响
) 和两个材料参数 五个几何参数 ( T ,φ,γ,β,τ ( σ σ y , u /σ y ) 对 T T 节点极限强度的影响 , 分别计算了 64 组模型 , 得出了各参数对 T T 节点极限强度的影 响规律 。 其中各参数对应的数值区间如下所示 。 T : 10mm ～ 20mm ;τ: 01 5 ～ 11 0 ;γ: 6 ～ 24 ;β: 01 5 ～ 01 8 ;θ: 60° ～ 120° ;σ y : 200M Pa ～ 345M Pa ; σ 1 2 ～ 11 5 。 y : 1
图1
T T 节点有限元网格图
海洋平台井口管道应力及其影响因素分析
海洋平台井口管道应力及其影响因素分析摘要：海洋平台是指海上采集油气平台，安装在海洋之上，用于处理从海下开采出来的石油或天然气，由于在海洋之中，不确定因素太多，会受到很多方面的影响，远比在陆地上的环境要复杂得多，而井口又是输出石油或天然气的地方，对安全度的要求非常高，因此对于井口的管道要求更高。
本文阐述了海洋平台及管道应力的概念，对影响海洋平台井口管道应力的关键因素进行了论述，并对应力分析过程进行了探讨。
关键词：海洋平台；井口管道；应力；影响因素前言管道应力的分析不够全面准确会影响到管道的使用，导致可能造成管道的弯曲与扭转，甚至破裂，因而出现安全事故，造成人员的伤亡或经济损失，或者是石油或天然气渗入到海洋中，污染到海洋环境。
因此，海洋平台井口管道在建设前的数据分析非常重要，直接影响到管道工作时的安全。
为确保海洋平台井口管道的可靠性和安全性，使用的应力应小于最大应力的80%，并对每次的布局进行设计，同时，合理的管道是减少额外压力的关键，减小位移，即确保管线的应力值，包括管道是否足够的灵活性，使横向力减小。
为确保安全，连接好管道之间的布置，考虑附加位移，管道的设计必须在应力的分析指导下完成。
一、海洋平台及管道应力的概念1、海洋平台是一种海上建筑设施，主要为方便进行在海上的油气开采及运输、观测等活动，海上平台由钢结构构成，一般情况下可分为固定式和浮动式两种。
海洋平台井口是海洋平台上对油气进行初步处理的平台，井口是石油和天然气从深海输入到采油树的地方，这个地方的管道要承受的压力非常大，所以管道的设计就必须科学合理，管道的承受压力范围必须在安全的范围内，所以就需要对井口管道的应力进行分析。
2、管道的应力是指管道在单位面积上所受的力，应力可分为一次应力和二次应力，一次应力和二次应力都需要计算出来，其中一次应力的计算是为了防止铺设管道后管道的坍塌，而二次应力的计算则是为了防止管道在使用过程中出现的扭曲、变形等问题。
轴力作用下KT型管节点的应力集中系数分析
轴力作用下KT型管节点的应力集中系数分析王文华;张淑华;端传捷【摘要】为研究平衡的轴向载荷作用下几何参数对KT型管节点应力集中的影响,通过ABAQUS软件建立81个不同几何参数的KT型管节点模型进行数值分析,获得不同参数对应力集中系数大小和分布的影响规律.结果与规范公式进行对比,验证了数模结果的准确性.对KT型管节点,参数γ、τ、θ对SCF数值大小的影响十分显著,参数β对SCF分布的影响最为显著;热点应力的位置并不是固定不变的,几何参数改变其位置有可能会转移.%In order to study the effect of geometric parameters on the stress concentration of tubular KT joints under balanced axial load,81 finite element model with different geometric parameters was established by ABAQUS to get the influence law of geo-metric parameters upon the value and distribution of stress concentration factor.The results was compared with the published equa-tions from DNV and LR,it proved that the numerical analysis is reliable.For KT joints,the most effective parameters in changing the values of the SCF along the weld toe areγ,τ,and θ,while the most effective parameter in changing the shape of the SCF distri-bution curve along the weld toe is β;the position of the hot spot stress shifts when some geometrical parameters are changed.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)006【总页数】5页(P164-168)【关键词】KT型管节点;几何参数;应力集中系数;热点应力;数值分析【作者】王文华;张淑华;端传捷【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】U661.4管节点是海洋平台连接的薄弱环节[1]。
海洋平台T型管节点应力分布研究
烟台大学硕士学位论文海洋平台T型管节点应力分布研究姓名：张国栋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曲淑英;邵永波20080315摘要海洋平台管节点长期承受海洋环境中循环荷载的作用，疲劳破坏是其主要破坏形式之一。
管节点的疲劳寿命通常由S-N曲线方法确定，该方法的使用依赖于对节点应力集中系数和应力分布的准确计算。
本文对T节点在承受轴向荷载，平面内弯曲荷载和平面外弯曲荷载下的应力集中系数进行了数值模拟，并且考虑了焊缝对管节点应力集中系数的影响。
使用三维20结点固体单元对结构进行模拟，因为三维20结点固体单元可以精确的模拟焊缝尺寸的变化，从而能够准确的考虑到焊缝对结构的影响。
在进行数值模拟时，结构的有限元网格采用分区划分的方法。
整个结构根据计算需要划分为不同区域，对每个区域单独地进行网格划分，进而控制网格的质量和精度。
每个区域的网格独立产生后，通过合并形成整个结构的有限元网格。
在此基础上，使用通用的有限元软件ABAQUS分析了典型的T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载下的应力集中系数的大小和分布，总共对816组T节点模型进行了有限元分析，并研究了各几何参数对节点应力集中系数的大小和分布的影响。
在对T节点有限元分析的基础上，分别提出了T节点在轴向、平面内和平面外荷载作用下主管和支管上应力集中系数最大值的参数公式，并对所提参数公式进行误差分析。
在对节点应力集中系数最大值参数公式准确推导的基础上，利用这些公式分布推导出了T节点在轴向、平面内和平面外弯曲荷载作用下主管和支管应力集中系数分布的参数公式，并且进行了误差分析。
将本文提出的应力分布参数公式的计算结果与试验结果及已有公式的计算结果进行了比较分析。
通过分析发现本文所提的应力分布参数公式可以对T节点在不同荷载下的应力集中系数分布进行准确的估算。
关键词：T型管节点焊缝模拟几何参数应力集中系数分布公式AbstractFatigue failure is one of the most common failure types for welded tubular joints under cyclic loads in their severe service environment of offshore engineering. Generally, the fatigue life of tubular joints can be estimated by referring to S-N curve method which depends on the accurate prediction of stress concentration factor (SCF) and stress distribution for tubular joints under general load conditions. The parametric equations for the stress distribution are deficient, and all of them were derived from the shell elements so the precision is suspected.In this study ,numerical modeling will be carried out for the analysis of the stress concentration factors of tubular T-joint subjected to axial, in-plane and out-of plan loading, and the effect of the weld on the stress concentration factor of T-joint will be considered. 20-node quadratic solid elements will be used to model the whole structure. Such elements can be used to model the weld accurately. Then the effect of the weld can be considered accordingly. Sub-zone mesh generation method is used in the numerical modeling. The whole structure is divided into several zones. After that, the mesh of each zone is generated separately. This method can control the mesh quality easily. After the mesh of each zone is generated, the mesh of the whole structure can be obtained by merging the mesh of all the zones. Thereafter, the magnitude and the distribution of the stress concentration factors along the weld toe for tubular T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings are analyzed using ABAQUS software. Finally, through the FE analysis of 816 models, the effects of geometrical parameters on the stress concentration factor values and their distribution are investigated.Based on the results of the FE analysis of T-joints, the parametric equations of the maximal SCF of the chord and brace for T-joints subjected to axial, in-plane and out-of plan loadings have been presented. Error analysis of these parametric equations has also been conducted. Then the results of parametric equations of the maximal SCF are used to derive parametric equations of the stress distributions around the weld intersection for T-joints. Comparisons have also been made of the results for the stressdistribution equations with the tested data as well as other previously published equations. Throughout the analysis, it has been found that the proposed parametric equations can provide accurate estimation for the SCF distribution of T-joints in a validity range.Key words:tubular T-joint, weld modeling, geometric parameters,stress concentration factor, SCF distribution equation烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
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１ 管 节 点 应 力 集 中原 因分析
１ １ 管节 点 的分类 ．
承受着复杂的疲劳损伤循环负荷 。其管节点承担 了海 洋平 台结 构 之 间的载荷 传递 ， 因此 ， 海洋平 台
的服 役 寿命 又常 常取决 于其 管 节点保 持 完整性 的 能力 。为 了对这 些 管 节 头 进行 经 济 有 效 的监 测 、 维护 和修 复 ， 需要 精 确 的断 裂 力 学模 型 以预 测 疲 劳裂 纹 扩 展 行 为 。在设 计 阶段 ， 过 一 曲线 逼 通 Ⅳ 近 的方法 峰值 应力 通 常被用 来对 估算 管 节点 的疲 劳 寿命 … 。但是 在 断 裂 力 学 中考 虑 海 洋 管 结 构 的剩余 使 用 寿命 ， 需 要 知 道 在 预期 的裂 纹 路 径 还 下应 力 的分 布 状 态 。作 为第 一 步 ， 究 其 焊 接 点 研
实 际使 用 中的上述 管节 点量 纲一 的量几何 参
数应当满足一定的取值范围。
１ ２ 管 节点 产 生应 力集 中现 象 的原 因 ．
作者简介 ： 宋
杨 （ ９６ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士生 。
研 究方向 ： 船舶与海洋结构物设计 制造
Ｅ ｍａ ： ｃｓｎ ＠ｇ ｉ ｃｍ － ｉ ｊ ｙｏｇ ｍａ ．ｏ ｌｅ ｌ
在各种 管 节点 中 ， 径 较 小 的称 为 撑 管 （ 直 或
者叫支管 、 撑杆 ） 直径较大 的称弦管 （ ， 或者叫主
管， 弦杆 ） 。被 截 断 的 撑 管 直 接 焊 到 完 整 的 弦 管 上 ， 管 与 弦 管 相 交 线 处 的 弦管 部分 叫做 塞 板 。 撑
简单 管节 点按 受 力可 以分为 Ｔ形 、 Ｙ形 、 Ｋ形 、 Ｋ Ｔ 形 及 交叉 形 等 。交 叉 形 又可 以分为 双 Ｋ形 、 Ｔ 双
关键词 ： 管节点 ； 应力 集中系数 ； 限元法 有
中 图分 类 号 ：６ ３ ３ Ｕ ６ ． 文 献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ７ —９ ３ ２ １ ）６０ ２ － １ １７５ （ ０ １ ０ －１ １ ４ ６ ０
海 洋平 台 ， 别是 近海 固定 式平 台 ， 特 大都 由钢 管构 件焊 接 而成 。海 洋平 台导 管架结 构 位于危 险 水域 ， 风 、 、 、 、 震 、 蚀 等 工 作 环 境 下 ， 在 浪 流 冰 地 腐
海 洋 平 台 Ｔ型 管节 点 应 力 集 中系数研 究
宋 杨， 刘 微， 程 哲， 解 德
（ 华中科技 大学 船 舶与海洋工程 学院 ， 武汉 ４０ ７ ） ３ ０４ 摘 要： 以具有代表性 的海洋平 台形管接 头为例 ， 采用有 限元方法 ， 研究接头处的应 力集中系数分 布。分
析支管 ６个 自由度 的约束条件 和受 载方式 ， 于 Ａ Ａ Ｕ 基 Ｂ Ｑ Ｓ计算管节点在各种 载荷下 的应 力分布 ， 尤其关注几 何学上 的最危 险地带—— 管筒十字交叉点处 的应力集 中系数 ， 并根据 ６种基本情况下 Ｔ形管节点 的有 限元计 算结果 ， 得到管节点所受到 的应力最 大、 结构强度最薄弱环上个点 的应力集 中系数 ， 并且进一步绘制出应力集 中系数 曲线 ， 直观地得到 Ｔ形 管节点的应力分布趋势 。
ห้องสมุดไป่ตู้
形 （ 者 叫 十字 形 ）和双 Ｔ 或 Ｋ形 ＿ 。其 受 力 情 况 ２ Ｊ 分 别是 ： Ｔ形和 Ｙ形 管节点 ， 撑管 的 冲剪力不 能 自
相平衡 ， 需传给弦管承受 ； Ｋ形节点， 弦管一侧 的 撑 管 的 冲剪 力基 本上 自相 平衡 ； 交叉形 管节 点 ， 一
侧 的冲剪力 通过 弦管 传递 给另一 侧 的撑管 ；Ｋ形 Ｔ
的局部应力集 中系数 ｓ （ｔ ｓ ｃｎｅｔ ｔｎ ａ— ｃ ｓｅｓ ｏｃｎ ａｏ ｃ Ｆ ｒ ｒｉ ｆ
ｔ ，Ｃ ） ｏ Ｓ Ｆ 是非 常重 要 的 。海 洋 平 台管 节 点接 头 有 ｒ 很 多种形 式 （ Ｔ形 、 如 ｘ形 、 Ｙ形 、 Ｋ形 ， Ｋ形 ， 双 等 等 ） 目前 为 止 ， 对 这 些 管 接 头 形 式 的应 力 计 到 针 算 ， 没有 形成 规 范 ， 然在 探讨 中。 还 仍 本 文 通过 对 Ｔ形 管 节 点 采 用 基 于 有 限 元 的
２Ｌ
Ｏ ｄ ；
直接计算法 ， 分析其受力 ， 绘制其应力集中系数分
布 曲线 ， 以期对 这 管 节 点 应力 集 中 系数 参 数 方 程
的研究以及以后其它复杂节点
起 参 考作 用 。
和管节点设计
ｄ
；
Ｄ
；
ｔ
收 稿 日期 ：０ １ ４１ ２ １ － —８ ０
修 回 日期 ：０ １ ８３ ２ １ － —１ ０
管节点各撑管间的冲剪力可以部分 自相平衡 ， 另
一
部 分会传 递 给弦管 作 为剪力 承受 。本文将 最 为 图 １给 出了一个 典 型 Ｔ形 管 节 点 的示 意 图。
典 型 的 Ｔ形 管节点 作 为研究对 象 。 主要 的几何 尺 寸有 弦 管 的长 度 （ 、 径 （ 、 ） 外 Ｄ） 壁 厚 （ ） 撑管 的长 度 （） 外 径 （ ） 壁 厚 （） 以及 Ｔ； Ｚ、 ｄ、 ｔ； 弦管 和撑 管 的 交 汇 角 （ ＝９ 。 。通 常 采 用 下 列 ０） 量 纲 一 的量 参数 对其 作 出几 何 描述 Ｊ ：
当轴 向拉力加载于撑管时 ， 轴向刚度大 ， 可近 似地认为沿 撑管与弦管交接线上 弦管的位移相
１ ２１
第 ６期
船
海
工
程
第４ ０卷
第４ ０卷 第 ６期 ２１ ０ １年 １ ２月
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣ ＨＩ ＥＡＮ ＥＮＧ Ｎ ＲＩ Ｉ ＥＥ ＮＧ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ６ １４ ．
Ｄｅ ． ０１ ｃ２ １
Ｄ Ｉ１ ．９ ３ｊｉ ｎ １７ －９ ３２ １ ．６０ ２ Ｏ ：０３ ６ ／． ｓ．６ １ ５ ．０ １０ ．３ ｓ ７