海洋平台结构设计 平台甲板结构及附属设施设计

• 第二节 甲板结构的设计
上部结构典型计算单元：简支梁、多跨连续梁、刚架结构、排架结构、桁架结构 单个构件应按最不利组合取设计荷载来计算截面内力，由此选择构件的经济截面
平台甲板铺板厚度确定
甲板结构的设计
梁格的布置与连接型式 梁与立柱的内力计算和截面选择
一、平台甲板铺板厚度确定
目前海上平台甲板铺板普遍采用钢板
ɑ1,ɑ2 —弯矩系数，取决于板的长短边之比
l2
q —铺板上的均布线荷载
2）梁上荷载分配与计算简图
梁上的荷载分配与计算简图取决于梁格布置的形式和板的支承情况
次梁计算简图：
a.当梁格布置采用层叠连接或等高连接，且 l2 l1 2时，板两边支承于次梁，板
上均布荷载按铺板区格的中线来划分，分别传给两边的次梁，则次梁上的均布
e.实际工程中，作用在主梁和次梁上的集中荷载、三角形荷载、梯形荷载、 均布荷载均可按公式简化为等量均布荷载
3.上部结构计算简图的选取
对于导管架平台，根据吊装和构造的实际特点，进行受力分析时，通常 将上部结构与下部结构分开考虑 初步设计阶段，常把平台上部结构简化为若干平面结构进行受力分析
右图中，上下层甲板主梁和层间 立柱组成一个多跨封闭的横向框架
甲板铺板的厚度取决于甲板预计要放置的设备重量、尺度、梁格布置、铺板挠曲 许可量、打算采用的梁的尺寸。通常要兼顾选择铺板厚度、梁的尺度、梁的间距
荷载为：
q q1 q2 l1 q3
q1,q2 —作用在铺板上的恒载和活载 q3 —次梁的自重 l1 —次梁的间距
b.当梁格为层叠连接时，次梁的计算简图为多跨连续梁 c.当梁格为等高连接或降低连接时，次梁的计算简图为单跨连续梁
l1
l1
l3
l1
l1
l1
l3
l1
l2
l2
l2
l2
l2
次梁计算简图
主梁计算简图： a.当主梁为连续梁、中间搁置在柱（桩顶）上时，视其为多跨连续梁 b.当主梁在柱（桩）顶处断开，视其为简支梁 c.主梁上所受的荷载为各次梁的支座反力p加主梁自重荷载q。中间次梁施加 的支反力为ql,两边次梁施加的支反力为ql/2 d.当梁格采用等高连接，且 l2 l1 2 时，板四边支承于主梁和次梁上。板上的 均布荷载安等分角线分配给次梁和主梁。故主梁、次梁分别为承受集中荷载、 三角形荷载、梯形荷载，以及结构自重产生的均布荷载的连续梁和简支梁。
本章主要内容
第一节 甲板结构的计算模型 第二节 甲板结构的设计 第三节 附属设施设计
平台甲板结构及附属设施设计
第一章 绪 论
Chapter 1 introduction
平台上部结构
甲板结构
定义：桩顶以上，包括上部设施与设备的支撑结构在内的所有建筑结构
平台上部结构设计目的：选择组成上部结构各个构件的截面
面 板
次梁 主梁
柱
支撑
1.作用于梁板结构上的荷载
作用于梁板结构上的荷载包括恒载、活载 恒载：作用在结构上的不变荷载 活载：作用在结构上的可变荷载，应考虑活载的最不利布置方式 作用时间较长的活载，可视为恒载 有动力荷载作用时，可视为静荷载，再乘以动力放大系数
2.荷载分配与计算简图
1）甲板铺板的荷载分配与计算简图
型
式
混合式结构
由梁、立柱、桁架构成。此结构综合了 前两种结构的特点；对受力较大、振动 大的部位采用桁架结构；对受力较小、无
振动大的部位采用空腹式结构
• 第一节 甲板结构的计算模型
确定甲板结构计算模型需先对上部结构进行简化，包括结构简化和荷载简化 结构简化是否正确会直接影响结构内力计算的可靠性
结构简化
简支连接既能承受轴力、剪力，不能承受弯矩，所对应的结点为铰结点 刚性连接只能承受轴力、剪力，又能承受弯矩，所对应的结点为刚结点 确定结点简图时，既要考虑结点的实际构造，又要考虑结构的几何组成
上部结构结点连接型式
刚性连接
简支连接
支承结构的桩顶
2.上部结构支座构造与简化
支座的连接构造方式：螺栓连接、连接板连接、插入式连接（较常用）
结点构造与简化 支座构造与简化
杆件的简化
荷载简化
作用于梁板结构上荷载的选取 荷载分配与计算简图 上部结构计算简图的选取
• 一、结点构造、支座及杆件简化
结点构造、支座和杆件的简化属于结构局部构造的简化 1.上部结构结点构造与简化
上部结构的结点：主梁与立柱的连接接头；包括刚结点和铰结点 主梁与立柱有简支连接和刚性连接两种连接方式
次梁与主梁将铺板分为许多区格，各区格板按受力分为两边支承板和四边支承
板 当 l2 l1 2 时，假定板两边固定在次梁上，简化为两边支承板
当 l2 l1 2 时，简化为四边支承板，两个方向的内力必须都要计算
取单位宽度板计算板上的内力，最大弯矩为：
M1 1ql12 （平行于短边方向）
l1
M 2 2ql22 （平行于长边方向）
选取各个构件的截面要先对实际结构进行力学简化，而且计算简图必须反映 实际结构的受力状态和计算简便
平台甲板结构及附属设施设计
模块设计：为减少昂贵的海上安装费用，把设施与设备按工艺流程、安全区和 危险区进行分组，在陆上完成组块构造、预装和预试运转，最后在海上进行安 装的设计方法
平台按模块与设备在支撑结构上的安装方法，对平台上部结构的型式进行分类
模块结构
设施设备以模块的形式在陆上完成组装、 试运转，在海上直接吊装在支撑框架上
上
部
结 构
半组合结构
在海上完成模块与支撑结构的连接，较常
用的上部结构型式
的
型
式
全组合结构
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不采用模块形式，把设备直接安放在支 撑框架内
板梁结构
单层梁板结构，可设计成自撑式平板梁 或桁架，用于支承上部设备，适用于设 备重量较轻、数量较少的情况
插入式连接支座可传递弯矩， 故支座可简化为刚性连接
3.上部结构杆件的简化 在计算简图中，杆件用它的轴线表示
各杆件之间的连接构造用结点表示 杆长用结点间轴线距离长度表示 荷载作用点在杆件轴线上
• 二、荷载简化
甲板结构：由板、次梁、主梁三种构件组成的梁板系统结构
结构竖向荷载传递路线： 荷载 →甲板铺板→次梁→ 主梁→ 柱（桩顶）→ 基础
按承载方式（柱或桁架）与上下层甲板的连接形式，对支撑结构的结构型式分类
空腹式框架结构
包括梁和立柱等构件。甲板间通过立柱 相连。此结构层间开阔，设备维修和安 装方便，用钢量省；结构整体稳定性差
支
撑
结
由梁、撑杆构成的平行桁架构成。此结
构
桁架式结构
构整体稳定性好；但由于撑杆过多，设
的
备移动、安装、维修不方便，用钢量大