第六章 自升式平台强度分析12-3
自升式平台齿轮齿条升降系统受力分析
2010年第39卷第12期第27页石油矿场机械OIL FIELD EQUIPMENT2010,39(12):27~30文章编号:1001 3482(2010)12 0027 04自升式平台齿轮齿条升降系统受力分析樊敦秋1,崔希君1,曹宇光1,2(1.胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营,257017;2.中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院,山东东营,257061)摘要:齿轮齿条升降机构是自升式平台的重要承载机构,在各种工作状态下起到支撑船体及相关设备的作用,并长时间承受重外载荷作用。
以三桩腿齿轮齿条升降式自升式平台为模型,从桩腿内力分析出发,研究齿轮齿条升降机构受力,从而为升降单元安全评价、寿命评估等提供支持。
关键词:自升式平台;升降单元;受力分析中图分类号:T E951 文献标识码:AForce Analysis of Pinion and Rack Jacking System of Three Legs Jack up PlatformFAN Dun qiu1,CU I Xi jun1,CAO Yu g uang2(1.D r illing T echnology I nstitute,S heng li Petr oleum Bureau,Dongy ing257017,China;2.College ofT rans p or t&Stor ag e and Civ il Engineering,China Univ er sity of Petr oleum,Do ngy ing257061,China)Abstract:The pinion and r ack jacking sy stem is the m ost im por tant bearing apparatus of the jack up platform.It has to suppor t the platfo rm itself,equipm ents o n it and external lo ads.T hus the jacking system bears heavy load for long time.In this paper,the m ost co mmo nly used three legs jack up platfo rm w as selected fo r analyzing the lo ad acted on the jacking system,by m eans of in ternal force of the leg s.Results o f the r esearch can be used fo r the safety evaluation and life pre diction of the jacking units.Key words:jack up platfo rm;jacking unit;fo rce analysis自升式钻井平台在经历半个多世纪的发展后,在工作水深、抗风暴能力、可变载荷、钻井能力和操作性能等方面取得了巨大进步[1 5]。
自升式钻井平台环境载荷及结构强度
自升式钻井平台环境载荷及结构强度吴小平;陆晟【摘要】对自升式钻井平台的环境载荷和结构强度进行了介绍.给出了环境载荷的主要组成部分及计算方法,对水动力载荷所引起的动态放大效应和由于平台水平位移而产生的P-DELTA效应加以了说明.针对拖航状态下桩腿承受很大的动力作用,还论述了油田拖航和远洋拖航状态下桩腿强度的计算方法,最后以谱分析方法为例,给出了结构疲劳强度分析的一般步骤.【期刊名称】《船舶与海洋工程》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】6页(P36-40,51)【关键词】自升式钻井平台;环境载荷;拖航分析;疲劳分析【作者】吴小平;陆晟【作者单位】上海船舶研究设计院,上海200032;上海船舶研究设计院,上海200032【正文语种】中文【中图分类】U664.38+10 引言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。
1 环境载荷海洋环境载荷主要来源于风、浪、流、冰、地震等方面。
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。
自升式钻井平台上层建筑与直升机平台结构强度计算载荷分析
自升式钻 井平 台设 有 供船 员起 居 、 钻机 管 理 、
与 上层建 筑 的第三 层 甲板和 平 台的主 甲板相 连 。
钻井作业等要求的上层建筑以及供直升机起 降以 满 足平 台物资 补 给和 人 员更 换等 要求 的直升 机 平 台结 构 ｕ 。上层建筑 与直升机平 台结构 直接关 系 】 到人身安全及平台能否正常工作等问题 ， 国船级 美 社 与中 国船级 社在规范 。 ４ 中对 上层建筑 和直 升机
上 层建 筑 的结 构 自重 为 ３４ １０ｋ 均 匀分 ０ ． Ｎ，
布在上层建筑节点上 ； 直升机平台结构 的自重为 １ ２ ． Ｎ， 匀 分布在 直 升机 平 台桁架 上 ； 生 ４８ｋ 均 ２ 救
１３ ５
第 ６期
船
海
工
程
第４ Ｏ卷
最小设 计吃水与钻 台中心线 的交点处 ， 横摇和纵 摇
来 的误差 。上 层建 筑和 直升机 平 台结构按 美 国船 级社 海洋 平 台人级 与建造 规 范进行 结构设 计 和强 度有 限元 分析 。
ｌ 平 台 简介
如图 １ 示 ， 所 自升 式 钻 井 平 台在 艏部 布 置 上
层建 筑 和可供 直 升机起 降 的直 升机 平 台结构 。上
平 台结构强度 分 析 做 出了相 关 的要 求 。然而 针 对 上层 建筑和直 升机平 台结构 的分析 ， 规范 目前 只是 给 出了结构强度 分析 的一般 过程 ， 没有对所 施 加 并
图 １ ９ ．４ ｍ（０ ｔ 自升 式 钻 井 平 台 布 置 示 意 １４ ３ ０ｆ）
的载荷以及载荷组合工况进行详细的说明， 文中以 我 国 自行设计 和建造 的某 ９ ．４ｍ（０ ｔ 自升 式 １４ ３０ｆ ）
自升式钻井平台结构强度分析研究
自升式钻井平台结构强度分析研究李红涛;李晔【摘要】阐述了自升式钻井平台结构强度的基本理论,提出了结合移动平台结构特点的结构强度分析,并以一桁架桩腿自升式平台为例,通过有限元分析和求解来说明此类移动平台结构强度分析的过程及方法.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2010(025)002【总页数】6页(P28-33)【关键词】自升式钻井平台;结构强度;有限元分析;桁架式桩腿【作者】李红涛;李晔【作者单位】中国船级社海工审图中心,天津,300457;中国船级社海工审图中心,天津,300457【正文语种】中文【中图分类】P752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。
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]。
本文以自升式钻井平台的结构安全为目的,阐述了结构强度理论,包括屈服强度理论、屈曲强度理论和疲劳强度理论;并结合自升式钻井平台结构特点,提出了总体性能分析、船体强度分析及局部强度分析3个主要的结构强度分析;最后以一桁架式桩腿的自升式钻井平台为例,通过有限元分析和求解,阐述此类移动平台结构强度分析的过程及方法,对工程实践有指导作用,并为工程设计人员提供借鉴。
自升式钻井平台结构强度失效形式主要有3种,即屈服强度失效、屈曲强度失效及疲劳强度失效。
对于桩腿、甲板间支撑等独立构件,其屈服强度应满足下式(1)、(2):承受轴向拉伸和弯曲组合作用时承受轴向压缩和弯曲组合作用时式中符号含义可参见参考文献[2]。
对于平台大部分结构:带扶强材的板结构,其屈服强度应按相当应力σeq校核:式中为材料屈服强度;S为安全系数,静载工况取1.43,组合工况取1.11。
自升式平台桩腿强度对弦管间距敏感性分析
自升式平台桩腿强度对弦管间距敏感性分析朱亚洲;孙承猛;张晓宇;戚欣;秦洪德;姜滨【摘要】以自升式平台桁架式桩腿结构形式优化为目标,进行了桩腿强度对弦管间距敏感性分析,给出了桩腿弦管间距优选值.分析平台所受环境载荷,通过风洞实验获取风暴条件下风载荷数据,通过理论计算得到波浪载荷和海流载荷数据.通过特征值分析得到平台自振周期和一阶偏移值,进而获取计及水动力放大效应的惯性载荷和计及几何非线性效应的惯性矩,分析发现:波流角一定的情况下,计及水动力放大效应的惯性载荷对弦管间距较敏感,随着弦管间距增大基本呈递减趋势;随着弦管间距增大,计及几何非线性效应的惯性矩减小.结合环境载荷计算结果,对不同弦管间距下的桩腿各结构进行了强度校核,对比了各结构强度对弦管间距的敏感性,在此基础上给出了所研究的3种作业水深平台的桩腿弦管间距优选值.【期刊名称】《石油勘探与开发》【年(卷),期】2015(042)005【总页数】6页(P656-661)【关键词】自升式平台;环境载荷;桩腿强度;弦管间距【作者】朱亚洲;孙承猛;张晓宇;戚欣;秦洪德;姜滨【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院;中国石油集团渤海装备辽河重工有限公司;中国石油集团渤海装备辽河重工有限公司;中国石油集团渤海装备辽河重工有限公司;哈尔滨工程大学船舶工程学院;哈尔滨工程大学船舶工程学院【正文语种】中文【中图分类】TE53自升式平台因其作业稳定、造价低等优势成为目前浅海油气开发的主流装备。
自升式平台主要通过桩腿结构支撑于海底实现主船体升降作业，因此，桩腿结构是自升式平台设计和建造过程中的核心部件。
国内外学者针对桩腿结构设计和建造技术展开了深入研究，形成了较为成熟的桩腿结构形式[1-5]。
对于作业水深91.5 m （300 ft）以上的自升式平台，桩腿主要为逆“K”斜撑型，以满足海洋环境条件。
随着作业水深的不断增加，作业水深107.0～152.4 m（350～500 ft）的平台系列日益成为主流，作业水深以15.24 m（50 ft）步长递增的传统平台划分模式被打破，需要具有个性化功能和作业水深划分更细化的平台类型。
13自升式钻井平台
3.2.1 自升式平台 Jack-up
• 插桩及拔桩 • 当平台钻完井欲离开井位时，首先需将主体降至 水面，然后设法提起桩腿。一般将主体降到预定 的浮态吃水，并试拔桩腿，如桩脚箱起不来（因 桩脚箱上面有泥沙，底下受土壤吸附力的作用）， 可继续将主体降到超过预定吃水一定量（如0.3m） 的地方，再行试拔。如仍拔不起，则要动用冲桩 用的冲水系统，直至桩脚箱松动，可以提起为止。
3.2 钻探装置-钻井平台
3.2 钻探装置-钻井平台
3.2 钻探装置-钻井平台
3.2 钻探装置-钻井平台
3.2 钻探装置-钻井平台
3.2 钻探装置-钻井平台
• 请看视频
3.2.1 自升式平台 Jack-up
• 自升式平台的结构 • 1.平台主体 • 2.桩腿 • 3.升降装置
3.2.1 自升式平台 Jack-up
3.2.1 自升式平台 Jack-up
• 插桩及拔桩 • 下放桩腿时，几根桩腿被同时下放到桩端离海 底几米的地方时暂停。平台在拖轮的帮助下定井 位并就位，然后迅速将全部桩腿同步下放触地， 以免平台被流冲离井位而造成过大的定位误差。 这种操作应在风、浪很小的情况下进行。例如， 风速不大于四级，波高不大于1m。特别应避免平 台在涌浪的作用下产生过大的垂荡等运动，使桩 腿和海底发生危险的冲击。
• 桁架式桩腿的截面 形状多为三角形或 方形。三角形的桁 架腿由三根弦杆及 把弦杆联接起来的 水平杆、斜杆、撑 杆等组成，方形的 桁架腿则由四根弦 杆以及水平杆、斜 杆和撑杆组成。
3.2.1 自升式平台 Jack-up
• 一般的说，壳体式桩腿的制造比较简单，结构也 坚固；而桁架式桩腿由于杆件的节点多，故制造 比较复杂，但其结构特点能减小作用在桩腿上的 波浪力。壳体式桩腿的适用水深范围不超过 60~70m，更大的水深都采用桁架式。桁架式桩腿 常与齿轮齿条式的升降装置相配合。
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。