海洋平台设计原理复习

海洋平台设计原理复习

一、思考题

1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。各类型的优缺点有哪些？

1）固定式平台（导管架平台、重力式平台）：

优点——整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。缺点——机动性能差，较难移位重复使用。

2）活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO）：

优点——机动性能好

缺点——整体稳定性较差，对地基及环境有要求。

3）半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）：

优点——适应水深大，优势明显。

缺点——较多的技术问题有待解决。

2.海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？

1）总体布置与优化设计研究

2）环境载荷研究

3）平台极限承载能力研究：

必要性——评价平台的安全性、强度储备、优化

研究方法——试验方法、数值方法

4）平台稳性研究：

必要性——研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力

研究方法——规范校核（CCS、ABS)、软件分析(NAPA、ANSYS)

5）关键结构或节点的疲劳性研究：

必要性——结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。

研究方法——疲劳试验、疲劳仿真

6）平台模块化技术研究：

必要性——便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。

研究方法——疲劳性能试验、计算分析

7）焊接工艺与结头韧性评定技术研究：

必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。

研究方法——CTOD试验、数值仿真

（CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力）

8）振动、噪声预报与控制研究

必要性——振动噪声会使结构疲劳、影响健康

研究方法——振动分析、噪声预报

9）平台碰撞分析和防撞技术研究

必要性——平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计

研究方法——模拟碰撞场景，分析结构响应

以上关键技术问题的研究方法主要都是规范校核、软件分析、数值分析、试验分析这几种。

3.平台设计荷载的种类？并列举各个种类所包括的荷载。

使用荷载：固定荷载、活动荷载

环境荷载：风荷载、波浪荷载、海流荷载、冰荷载、地震荷载

施工荷载：吊装力、装船力、运输力、下水力和扶正力、安装期地基反力

四大荷载组合：

1）设计的工作环境与平台上固定荷载和相应的最大活荷载组合；

2）设计的工作环境与平台上固定荷载和相应的最小活荷载组合；

3）设计的极端环境与平台上固定荷载和相应的最大活荷载组合；

4）设计的极端环境与平台上固定荷载和相应的最小活荷载组合；

4.导管架平台的结构组成？

导管架平台主要由两大部分组成：一是由导管架和钢管桩组成，用来支撑上部设施与设备的基础结构，通常称为支承结构；另一部分是由甲板及其以上的设施和设备组成的，作为钻井或采油及其他用途的场所，统称为上部设施与设备。

即主要由4小部分组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块

5.导管架平台的设计依据有哪些？

1）平台的用途和甲板的尺寸：使用要求、工艺要求和布置；

2）平台的位置和方位：位置决定设计条件和建设方式，方位根据环境和使用要求确定（正北方向）；

3）平台所在位置水深和甲板高程：潮汐资料决定水深，甲板高程保证气隙高度和使用要求；

4）平台总体布置：合理布置、估算重量（载荷）；

5）海洋环境资料和场地调查。

6.导管架平台设计的一般要求？

使用要求、安全要求、环境保护要求、施工条件要求、经济条件要求

7.导管架平台结构设计有哪些原则和特点？

1）特点：

总体布局合理，传力路径短，构件综合利用性能好，材料利用率高，满足其他专业对结构型式的要求。

2）原则：

应尽量使杆件在各种受力状态下都能发挥较大作用，杆件数量和规格力求少，结构尽量对称；

不宜在飞溅区内设置水平构件；

不宜在冰作用区内设置水平构件的斜撑；

一般情况下，管节点设计为简单节点；

导管架的斜撑角度（即与水平面夹角）宜在45度左右；

导管架腿的表观斜度宜在10:1和7:1之间；

如没有指定，对于动力响应较好的平台（三腿或独腿）的水上部分、隔水导管和甲板、导管架的连接要用焊接方式固定，水下部分用楔块固定；

各桩受力要求均匀；

对于滑移装船吊装下水的类型，滑靴的布置与吊点分布置要协调考虑；

装船滑靴的横向间距的确定应考虑预制场地与运输驳船滑道的间距；

应考虑钻井、修井的要求。

8.桩基是如何分类的？

按施工方法分类：打入桩基础、钻孔灌注桩基础、钟型桩基础

按承载性状分类：摩擦型桩、端承型桩

（详见课本92页）

9.受压桩的轴向承载力计算方法有哪些？

静力法：一种半经验方法，也称为静力公式法；

动力法：包括动力打桩公式、波动方程和动力试验三种方法；

静载试桩法：在现场直接对桩顶加载，测试土对桩的阻力；

地区性半经验公式法：地基状况差别，经验总结。

10.什么是群桩效应，何时考虑？

当组成群桩的各个单桩间距较小时，由于相邻桩的相互作用，一般群桩的承载能力变形特性要受到影响，这种影响称为群桩效应。

当桩距小于8倍桩径时，应考虑群桩效应对承载力及变形特性的影响。

11.如何对刚性桩和弹性桩进行划分？

刚性桩：当桩很短、桩顶自由时，由于桩的相对刚度很大，破坏时桩身不产生扰曲变形，而是绕靠近桩端的一点作刚体转动，全桩长范围的土都达到屈服，这种受力和破坏状态的桩称为刚性桩。

半刚性桩：桩顶在横向载荷作用下，桩身发生扰曲变形，但桩身位移曲线只出现一个位移零点。

柔性桩：当桩的长度足够大且桩顶自由时，在横向载荷作用下桩身位移曲线出现2个以上位移零点和弯矩零点，且位移和弯矩随桩身衰减得很快。

半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩。

12.导管架平台的设计步骤？

1）根据平台使用目的和要求对导管架进行总体布置，确定主尺寸，确定使用荷载；

2）根据导管架所处海域位置确定环境条件，确定平台高程和方位；

3）根据土壤地质资料进行桩基初步布置，确定桩径、桩数、桩长，确定导管架尺寸及倾斜度；

4）根据设计规范、长细比等要求，结合经验，确定导管、立表面支撑、水平支撑等；

5）根据以上初步估算结果，输入计算机专用软件，最后确定出详细的结构。13.导管架平台结构总体分析中哪些情况应进行动力分析？

1）地面加速度大于或等于0.05g时，应作地震响应的总体分析；

2）平台收到冰荷载时，应注意冰荷载的动力影响；

3）凡冲击性荷载频率接近于平台固有频率，且使结构产生重大响应时；

4）当平台固有频率接近所在海域内的波浪中具有主要能量的波分量频率时。14.简析影响平台疲劳强度的主要因素？

1）应力幅和应力循环次数：高（低）应力幅低（高）寿命；

2）残余应力：焊接应力高导致塑性变形，产生裂纹，导致结构破坏；