65m水深导管架平台结构优化设计
浅水导管架平台下沉式防沉板结构设计
浅水导管架平台下沉式防沉板结构设计摘要：防沉板是导管架平台的一个重要功能组件，主要作用是在导管架初始坐底时提供足够支撑，防止导管架在就位时发生超出设计允许下沉或产生不均匀沉降，保证安全。
防沉板结构设计是导管架平台设计中的重要部分，根据水文地质特征正确采用防沉板设计理念和选取结构形式具有重要工程意义。
关键词：浅水导管架；下沉式；防沉板；结构设计引言随着人类生产、生活对石油天然气能源需求的日益增长，海洋工程对老油田开发潜力的进一步发掘和对边际油田的综合利用提出了更高层次要求。
特别是边际油田多是一些中、小型油田或地层复杂及边远的油田，如渤海海底浅层土质较软，广泛分布粉砂及软黏土，且易出现冲刷和沙坡沙脊移动等不良地质，进而影响导管架平台等海上结构物设计和安装，制约着油气资源的经济性开发利用。
防沉板以结构简单、造价低、性能可靠和安装方便的特点被广泛用于海洋结构物的辅助基础结构。
作为临时性支撑结构，在导管架安装过程中发挥着重要作用。
探索新型防沉板形式能够适应特殊区域、不良地质将在近海导管架平台发展、老油田再次开发和边际油田高效利用中带来更多选择。
一、设计理念常见防沉板一般成矩形或三角形布置在导管架底部，与海床泥面平齐，依靠支撑在具有足够承载力储备的海床上提供坐底稳性。
当遇到软弱土承载力十分有限时，导管架安装时可能会产生过度沉降或不均匀沉降，进而影响坐底稳性。
针对不良地质、特殊需求和经济效益，下沉式防沉板具有更好的适用性。
下沉式防沉板与底层框架分离，采用竖向杆件与导管架主体连接，通过调节竖向杆件长度来更好适应不良地质条件下的下沉和不平整等问题。
二、结构特征下沉式防沉板对不良地质具有更好的适用性，这也体现在其较特别的结构特征上，其相对独立，布置较灵活，设计上受主结构制约较低，建造时可避免与主结构干涉、难度降低、工期较短。
但因为脱离导管架下部框架，需要更复杂的结构形式来抵抗外力，以保证自身强度、刚度和稳定性，否则遭受破坏的风险相对增大。
海洋导管架平台立管设计方法研究
海洋导管架平台立管设计方法研究摘要：本文以在近海某处从现有的2平台到拟定1平台的管道铺设设计为例说明此类设计的过程。
假定1位于2油气生产设备以西大约53km。
1区域的水深是53m。
采用10英寸的全井流管线将1的油气输送到2全套设备进行进一步的加工。
进行管线和立管的基本设计是为1平台到2平台的10英寸全井流管线的详细工程设计提供所有需要的数据和参数。
因此，在管线和立管设计中始终依照本文，用以把握管线立管设计过程中所有设计参数的变化。
关键词：海底管线立管设计平台1 设计准则和标准管线系统的设计优先满足最新的国家标准和ISO/API规范标准。
如果政府或地方当局的法律法规比国家标准更加严格，则优先采用前者。
背离与这些标准的部分应该经客户的同意和批准。
初步的管线和立管系统设计准则应该和国家规范保持一致。
2 系统描述2.1测量参数包括：DGPS卫星数据、地方统计调查数据、基准面移参数2.2平台位置需列出拟定平台的UTM坐标：平台1，东699100.00英尺，北1363600.00英尺；平台2，东867180.83英尺，北1365919.87英尺。
2.3管线和立管工作参数管线和立管工作参数包括公称直径、材料等级、作业状态、管道长度、设计压力、水压试验压力、法兰额定值、最大工作压力、设计温度、最大工作进口温度、流量、设计寿命、最大油气密度、最小油气密度。
2.4生产工具生产工具规定详见参考文献5。
井内流体：井流流体成分和原油属性参照参考文献6。
2.5管线钢属性下面的钢材料属性包括钢的公称直径、钢密度、杨氏模量（E）、泊松比（ν）、膨胀系数、热传导系数、结构阻尼系数。
材料大致包括碳钢、阴极铝合金、混凝土重量涂层、安装接头填充材料（海洋胶泥）、3层聚丙烯、沥青瓷漆，材料密度取值根据不同的材料参照规范选取合适的数值。
2.6环境数据除非另作说明，环境数据都来自于实际工作海域的考察和气象预报数据以及DNV规范中有关的规定。
导管架平台抱桩器设计
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｈｉ ｐ ｒ ｐｕ ｓ ｏｒ ａ ｄ ｔ ｃ ｎｔ ｏ ｌ ｂｌ ｒｃ ｉ ｓ ｒ ｐ ｌ ｉ ｐｅ ｏｒ ｔ — ｓｒ ｃ ： ｓ ｐａ ｅ ｔ ｆ ｗ ｒ ｏ ｏ ｒ ｌａ ｅ ｆ ｉｔｏｎ ｋｉｔ ｉｅ ｇｒｐ ｒ ｆ ｈｅ ｄｅ
结合 计 算 结 果调 整 ． 完成 摩 擦 力可 控 ， 以 显 示 瞬 时 压 力 、 擦 力和 应 力 的抱 桩 器 系列 产 品 方 案 设 计 ， 而 填 补 可 摩 从 国 内 空 白 ， 低 导 管 架平 台建 设 成 本 。 降
关 键 词 ：导 管 架平 台 ； 桩 器 ； 限元 ； 装 套 筒 抱 有 裙
它 起 到 了 限 定 套 简 与 桩 之 间 相 对 位 移 的作 用 。
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海底矿产开采平台的海洋工程建设和浮体结构优化
海底矿产开采平台的海洋工程建设和浮体结构优化海洋资源的开发与利用一直是人类关注的重要课题，而海底矿产的开采更是对于人类经济社会发展具有巨大的潜力和意义。
为了有效地开展海底矿产开采工作，海洋工程建设和浮体结构优化成为关键环节。
海底矿产开采平台的海洋工程建设包括多个方面，如海底工程选址、基础设施建设、技术装备研发等。
首先，选址是海底工程建设的首要任务之一。
在选择开采点的时候需要考虑的因素包括矿产的丰富程度、地质条件、水文环境等。
只有选择了合适的开采点，才能确保开采效果和效率。
其次，基础设施建设是海底工程建设的核心环节。
这包括建设平台、输送通道、动力系统等基础设施建设，为开采活动提供必要的支持和保障。
最后，技术装备的研发和使用也是海洋工程建设的重要一环。
随着科技的不断进步和创新，研发出适用于海底矿产开采的先进技术装备能够提高工作效率，减少环境影响，同时降低开采成本。
浮体结构作为海底矿产开采平台的核心组成部分，其优化设计对于提高平台的稳定性和可持续性具有重要意义。
首先，浮体结构的设计需要考虑到平台在海洋环境中的稳定性。
由于海洋环境的复杂性和多变性，平台的稳定性是设计中必须要解决的难题。
通过合理地选择浮体结构的形状和尺寸，以及优化浮体的浮力分布，可以提高平台的稳定性，并减小受到海洋环境影响的程度。
其次，浮体结构的设计还需要考虑到平台的可持续性。
由于长期处于海洋环境中，平台需要能够承受海水侵蚀、海浪冲击和风暴等自然灾害的影响。
因此，在设计浮体结构时，需要选择耐腐蚀材料、加强结构的强度和刚度，并考虑到维护和保养等方面的因素。
为了实现海底矿产开采平台的海洋工程建设和浮体结构优化，需要充分发挥多个领域的科学技术作用。
首先，地质学、水文学和地球物理学等学科的研究可以提供关于海底地质条件和矿产分布的详细信息，为开展海底工程建设提供科学依据。
同时，海洋工程学和海洋物理学等学科的研究可以提供关于海洋环境对于工程结构的影响以及海洋力学方面的理论基础，为浮体结构的优化设计提供科学支持。
半潜式支持平台的结构设计与优化研究
半潜式支持平台的结构设计与优化研究随着海洋工程的快速发展，半潜式支持平台（Semi-Submersible Support Platform）作为一种重要的海洋装备日益受到关注。
半潜式支持平台具有良好的浮力稳定性和适应水深广泛的特点，广泛应用于海上石油开采、风电设施建设等海洋工程领域。
本文将针对半潜式支持平台的结构设计与优化展开研究，旨在提高其承载能力、安全性和稳定性。
1. 引言半潜式支持平台是一种能够在水中部分沉浸的结构，具备高度的稳定性和可靠性。
其结构设计和优化是确保平台在海上工作安全可靠的重要因素。
2. 结构设计半潜式支持平台的结构设计需要考虑到以下几个方面：2.1 船体结构船体结构是半潜式支持平台的主要承载部分，需要具备足够的强度和刚度来承受各种载荷作用。
钢材是船体常用的材料，船体结构需要合理设计以减轻重量和提高结构强度。
2.2 平台支撑结构半潜式支持平台需由多个支撑结构组成，以保证平台稳定性和承载能力。
支撑结构的数量和位置应根据平台的规模和设计需求进行合理配置，以确保平台在水中具备足够的稳定性。
2.3 环境适应性由于半潜式支持平台主要用于海洋工程，其结构设计需要充分考虑到海洋环境的复杂性。
例如，风、浪、流等外界力会对平台产生较大的影响，结构设计应具备足够的抗风、抗浪能力，以确保平台的稳定性和安全性。
3. 结构优化为了进一步提高半潜式支持平台的性能和效率，结构优化是一个必要的步骤。
3.1 材料选择和加强通过优化半潜式支持平台所使用的材料，可以有效降低平台的重量，提高其承载能力。
同时，在关键位置对结构进行加强，如支撑结构和连接处，可以提高平台的稳定性和可靠性。
3.2 流体动力学分析半潜式支持平台在海洋中运行时，受到风力、浪力和潮流的作用，流体动力学分析可以帮助优化平台的结构设计。
通过数值模拟和实验研究，可以确定最佳的结构参数和外形设计，以减小流体力学效应对平台的影响。
3.3 结构动力学分析半潜式支持平台在海上工作时，可能会受到海浪和风的冲击，结构动力学分析可以评估平台在不同工况下的动态响应。
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。
简易导管架平台结构设计及选型研究
洛* h $OFFSHORE OIL第40卷第4期2020年12月Vol. 40 No. 4Dec. 2020文章编号：1008-2336 (2020) 04-0085-06简易导管架平台结构设计及选型研究刘娟，王亮，李晨光(中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司石油工程技术研究院，上海200120)摘要：简易导管架平台指结构型式简单、重量轻、上部设施较少的海洋油气生产平台.为了更好地进行平台结构设计选型，此文设计了一种单腿三立柱结构型式餉简易导管架平台，方案一采用独立桩腿型式，方案二采用将主立柱兼作桩腿的型式，分别从静力、疲劳和倒塌三方面进行了结构设计、分析比较和选型研究.分析结果表明，方案一独立桩腿结构型式的导管架力学性能更优，为今后设计类似简易导管架平台提供参考依据.关键词：简易导管架平台；结构设计；疲劳分析；倒塌分析中图分类号：TE951文献标识码：A D01:10.3969/j.issn,1008-2336.2020.04.085Research on Structural Design and Selection of Minimal Jacket PlatformLIU Juan, WANG Liang, LI Chenguang(Offshore Petroleum Engineering Institute of S INOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China )Abstract: Minimal jacket platform refers to the offshore oil and gas production platform with simple structure, light weight and lesstopside facilities. In order to design and select platform structure better, a minimal jacket platform with a single-leg three-poststructure type was designed in this paper. Option one uses the independent leg type, and option two uses the main column as the leg type. The structural design, comparison and selection research were carried out from three aspects: static force, fatigue and collapse analysis. The analysis results show that the mechanical performance of the jacket with independent leg type is better, which providesreference for the design of t his kind of minimal platform in the future.Keywords: minimal platform; structural design; fatigue analysis; collapse analysis我国渤海、南海分布着众多小型边际油气田， 若按常规方式和技术开发这些油气田，则不具备开采效益。
深水导管架平台技术研究
深水导管架平台技术研究谭越;李新仲;王春升【摘要】导管架平台是一种适用于300m～500 m水深海域油气田的干式井口开发模式的平台.该文对可用于此水深范围的几种干树平台及对最终选择何种平台的原因进行了初步的分析,总结了国内外深水导管架的现状.以墨西哥湾海域的五座深水导管架平台为例,介绍了深水导管架平台的结构特点、建造、安装、投资和应用情况.讨论了深水导管架平台的重量控制、建造和安装关键技术,特别举例说明了分段安装技术.最后论述了导管架平台在南海的应用受特定水深的限制,主要是由于缺乏建造、运输和安装的经验,且由于自重过大使其失去了经济性.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2016(031)001【总页数】6页(P17-22)【关键词】导管架;中深水;油田开发【作者】谭越;李新仲;王春升【作者单位】中海油研究总院,北京100028;中海油研究总院,北京100028;中海油研究总院,北京100028【正文语种】中文【中图分类】P751中等水深的海上油气田，主要开发方式有六种[1]。
如采用干式井口的方案，导管架平台、顺应塔平台(Compliant Tower)、张力腿平台(Tension Leg Platform，TLP)以及深吃水单柱式平台(Spar)等型式，在以往国外类似水深油田开发过程中，都进行过对比分析，也都有应用的实例[2,3]。
选用何种开发方式，除了与油田自身的特点和经济评价的结果直接相关外，还需要认识到当时的技术水平，以及油公司对某项技术的掌握程度。
深水导管架一般应用于300 m水深以内，但国际上已经有水深超过400 m的导管架工程实例；顺应塔平台工作水深在300 m～600 m，最经济的工作水深在240 m～480 m；关于张力腿平台的应用水深范围，有些文献认为在500 m～2 000 m[1-6]。
中国南海是世界上最有前景而又未大规模开采的油气资源区[1，6]，而其特有的海域环境，在300 m～500 m水深范围内，有很多未开发的油气田。
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65m水深导管架平台结构优化设计刘玉亮;乐京霞【摘要】The jacket structure of a wellhead platform located at the South China sea with water depth of 65 m under the specified marine environment is designed according to the API RP 2A-WSD specification.The safety of the structure is also checked.The pipe diameter and wall thickness of the jacket structure are optimized by using the first-order optimization method, taking the structure weight as the objective function, and taking the requirements in API specification as constraint conditions.%考虑具体的海洋环境条件，依据API RP 2A－WSD规范，初步设计地处南海的65 m水深井口平台的导管架结构，对导管架结构进行安全校核。
确定导管架的结构形式和尺寸，以结构重量为目标函数，API规范要求为约束条件，管径和壁厚为设计变量，采用一阶寻优法对导管架结构进行尺寸优化。
【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P136-140,145)【关键词】导管架平台;API;波浪载荷;优化设计【作者】刘玉亮;乐京霞【作者单位】武汉理工大学交通学院，武汉430063;武汉理工大学交通学院，武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U674.38导管架海洋平台是我国在近海开发海洋资源的重要结构物，导管架平台的工作环境复杂，除承受自身重量和上部设备重量之外，还受到风、浪、流等多种环境载荷，以及各种工况组合的影响［1-2］。
国内导管架平台一般采用依据美国石油协会(API)编写的《海上固定平台规划、设计和建造推荐做法——工作应力设计法》(API RP 2AWSD)［3］进行设计，采用“试算-验证-修改”设计方法进行［4］。
这种设计方法需要不断地进行试算、验证及修改，耗费大量的时间和人力，并且所得方案只是满足规范要求众多方案中的一种，不一定最好。
采用优化设计可以有效减少设计时间和人力资源的使用，有利于减少制造用钢，降低成本。
依据API规范初步设计南海65 m水深的导管架平台的结构形式和尺寸;使用ANSYS软件校核极限工况下，承受风载荷、海浪载荷、海流载荷、设备重量以及自重等载荷时结构的强度。
在设计导管架结构的基础上，参照规范标准以及设计指南，对导管架结构的斜撑以及腿柱的尺寸进行优化。
1．1 环境资料设计导管架地处中国南海，平台类型为井口平台，极限工况时的环境参数见表1。
1．2 结构设计在确定腿柱的数目与尺寸时通常要考虑上部载荷的大小，由于本设计平台为井口平台，上部载荷较小，因此导管架结构采用较简单的四桩腿。
相比八桩腿导管架，在同样满足工作要求的前提下，四桩腿导管架制造工艺较简单。
现有的导管架平台，主要有5种构造形式，见图1。
其中X型平台和宝石型平台的极限承载能力最大，底层受压斜撑失效后，承载能力变化幅度很小，但平台冗余度较大;K型平台和倒K型平台在结构形式上非常接近，但倒K型平台的承载力不如K型平台;对角型平台冗余度小，极限承载力小，在受压撑杆相继破坏后，内力重新分布，承载力可以回升接近极限承载力［5］。
本设计平台上部载荷小，所需极限承载力不大且所处海域环境并非十分恶劣，因此选用制造较为简单经济的对角型平台。
基本结构见图2。
在极限工况下，波高为21.9 m，甲板底层高度需高于最大波高，且需将至少1.5m［6］的安全空间加到波峰高程上(即安全气隙)，以考虑平台的沉降，水深的不确定性和极端波浪的可能性。
选取甲板安全气隙为2.0 m，因此甲板底层的标高为EL(+)13.0 m，见图3。
导管架平台现常用的管节点形式有简单节点和搭接节点，位于同一平面内的管节点，主要的撑杆间不搭接、不用节点板、隔板或加筋板的节点，叫做简单节点;两撑杆相互重叠焊在弦杆上称为搭接节点。
管节点的主要作用是传递撑杆的载荷给弦杆或者其他撑杆，但是交汇于节点的各圆管交接线处，其应力状态极为复杂，应力集中严重。
搭接节点容易产生更高的应力集中，为加强管节点强度，本设计在管节点处避开使用搭接节点，采用简单节点并对弦杆做加厚和提高钢级处理。
考虑钢管的稳定性，钢管的直径厚度比(D/t)都小于60。
对于飞溅区的构件，由于容易受到海浪的拍打，且阴极保护系统不能有效地对其进行保护，对于飞溅区的构件给予加强［7］。
飞溅区划分如下。
1)飞溅区上边界标高Hbs。
2)飞溅区下边界标高Hbx。
式中:hDHWL——操作条件下的设计高水位，m;hDLWL——操作条件下的设计低水位，m;HS——操作条件下的有效波高，m;△——施工和测量误差，水深小于50 m时，取为0.5 m，水深大于50 m取1.0 m。
实际取飞溅区上边界标高为EL+10.0 m，飞溅区下边界标高为EL-5.5 m。
2．1 环境载荷环境载荷是由包括风、浪、流和冰等自然现象作用在平台上的载荷，由于本设计平台地处南海，海面没有结冰现象，故不考虑冰载荷的作用。
称实际流速与来流同向的波浪周期为表观波浪周期(Tapp)［8］，根据图4计算d/(gT2)＞0．01时波浪的表观周期，用于选择合适的波浪理论。
对于表观波浪周期Tapp、波高H和水深d，可以使用合适阶的流函数波浪理论来计算二维规则波浪运动。
在坐标平面内Stokes五阶波和各阶流函数解的适用范围见图5。
根据图5，对导管架进行波浪力计算时选用Stokes 5阶波理论。
近海工程结构建成投产后，海生物会以水下构件为生存场所。
由于海生物的存在，所有结构部件的横截面都会增加。
为考虑海生物厚度，应增大所有结构杆件的横截面面积。
根据海洋环境参数，海生物厚度取2 cm，密度取1.4 t/m3。
在近海工程实际应用中通常采用Morison公式计算小尺度结构物的波浪载荷。
小尺度结构物，通常是指海洋工程结构物被波浪包围的构件横向尺寸D与波长L之比小于0．2时，忽略物体对波浪运动的影响。
导管架的杆，D/L通常很小，所以可以按照小尺寸结构物受波浪力的作用来计算。
Morison认为波浪力是水流经过物体时水平速度引起的拖曳力和水平加速度引起的惯性力的叠加。
式中:F——垂直作用于构件轴线单位长度上的水动力矢量，N/m;FD——垂直作用于构件轴线并在构件轴线和速度U平面内单位长度上拖曳力矢量，N/m;F1——垂直作用于构件轴线并在构件轴线和du/dt平面内的单位长度的惯性力矢量，N/m;Cd——拖曳力系数，取1.05;ω——水的重度，N/m3;g——重力加速度，m/s2;A——垂直于圆杆轴线单位长度上的投影面积(对圆形杆件为D)，m。
V——圆杆单位长度上的体积，对圆形杆件为πD2/4，m2;D——包括海生物在内的圆形杆件的有效直径，m;U——垂直于构件轴线的水流(由波浪和/或海流引起的)速度矢量的分量，m/s;|U|——U的绝对值，m/s;Cm——惯性力系数，取1.2;垂直于构件轴线的水流局部加速度矢量分量。
作用在整个柱体上的总力可由积分得到作用在物体上风的拖曳力应由下式计算式中:F——风力;ρ——空气的密度，取1.29 kg/m3;U——风速;Cs——形状系数;A——物体面积。
2．2 有限元建模及分析导管架结构建模采用PIPE59单元。
PIPE59单元是一种可承受拉、压、弯曲作用，并且能够模拟海洋波浪和水流的单轴单元。
使用PIPE59需要定义外径(DO)、壁厚(TWALL)、拖曳力系数(CD)、惯性力系数(CM)、附着物密度(DENSIN)、附着物厚度(TKIN)。
PIPE59除了需要定义材料本身的尺度外，还需要定义“Water Motion Table”的各项参数，包括波浪理论的选择，水深，海水密度，波浪作用在结构物上的与X轴正向的夹角，海水底部、中部、海平面处的坐标、流速和流向与X轴正向的夹角，波高，波周期和相位角。
风载荷由公式计算得出后施加在导管架结构的顶端，波流载荷，自重以及浮力由程序自动计算并施加。
导管架结构模型见图6。
2．3 强度校核由于海洋环境的不确定性，需计算8种浪流方向上导管架结构的应力，8种方向根据导管架最底层的平面层确定，方向见图7。
利用ANSYS软件计算得出的导管架结构在极限海况下的应力，对比许用应力，判定结构强度是否满足要求。
除了轴向应力，弯曲应力，切应力和环向压力的校核外，还需要进行4种组合应力的校核——同时承受压缩和弯曲，拉伸和弯曲，压缩和静水压力以及拉伸和静水压力。
应力校核和组合应力校核结果均满足规范要求，图8显示在极限工况下轴向应力和许用应力的比值，图9显示极限工况下扭转切应力与许用应力的比值。
从图8分析可得，大部分单元的轴向应力与许用应力的比值低于0.2，仅有极少部分单元应力比值超过0.5，这些应力比值高的单元都处于结构管节点处。
分析图9，切应力比值较分散，0～0.8范围内都有分布，但是大部分比值还是小于0.2，比值较大的地方同样出现在管节点处。
应力与许用应力比值集中于0.2以下，表明结构冗余度较大，存在很大的优化空间。
3．1 导管架平台结构优化模型导管架海洋平台处在恶劣的海底地质条件和复杂的海洋环境中，其优化约束种类多，要考虑结构自身的强度、刚度和稳定性等约束［9］。
建立导管架平台结构优化的数学模型就是寻找一组最优的钢管的外径和壁厚，使导管架结构的质量最小。
将体积作为优化目标，以反映结构质量最小，数学模型为设计变量D为腿柱和斜撑的直径，t为腿柱和斜撑的壁厚。
目标函数为式中:V——导管架结构的体积;Di、ti——第i个构件的直径和壁厚;li——构件长度。
约束条件根据API规范和设计指南选取式中:f——应力;F——许用应力;R——惯性半径。
优化设计方法采用一阶寻优法——采用罚函数将导管架结构的约束问题转换成无约束问题，使用因变量(D/t、ft、fv、fvt和V)对设计变量(D)的偏导数来决定搜索的方向，并获得优化结果，将真实的有限元结果最小化。
在迭代过程中使用最速下降法和共轭方向法，每次迭代都由一系列的子迭代组成，一次优化等价于多次分析循环。
3．2 优化结果及分析对导管架结构优化计算，经过17次优化迭代获得的结果见表2～4。
优化过程结束时，构件壁厚分布逐渐趋于合理，平台重量进行重分配，使得结构总重量下降，并且刚度、强度和稳定性均满足约束要求，迭代过程收敛并结束。