海洋平台结构设计 平台甲板结构及附属设施设计
海洋工程平台设计方案书
海洋工程平台设计方案书一、项目背景随着人类对海洋资源的需求不断增加，海洋工程的发展已成为一个重要的领域。
海洋工程平台是进行海洋资源开发和海洋科学研究的重要设施，其设计和建设对于海洋资源的合理利用和保护至关重要。
本项目拟设计一座多功能海洋工程平台，用于进行海洋资源开发、海洋科学研究和环境监测。
二、项目概况1. 位置：海洋工程平台将建设在渤海湾西北部，靠近渤海北岸。
2. 设计目标：（1）开展海洋资源开发和研究；（2）进行海洋环境监测，保护海洋生态环境；（3）服务于海洋科学研究和教育。
三、平台设计方案1. 平台结构设计（1）主体结构采用钢混凝土结构，具有较强的抗风浪能力；（2）平台分上下两层结构，上层主要用于科研实验和观测，下层用于设备存放和维护；（3）平台应具备一定的自稳能力，能够在海洋环境下稳定运行。
2. 设备配置（1）海洋资源开发设备：包括深海钻探设备、海底采矿设备等；（2）海洋科学研究设备：包括海洋生物观测设备、海洋地质勘探设备等；（3）环境监测设备：包括海洋水质监测设备、海洋气象监测设备等。
3. 功能划分（1）科研实验区：用于进行科学实验和观测；（2）设备存放区：用于存放各类设备和工具；（3）生活区：员工休息和生活的区域；（4）管理区：用于管理和指挥平台运行和作业。
4. 安全和环保要求（1）平台应具备一定的抗风浪和抗浪涌能力，以确保平台运行的安全性；（2）平台应配备火灾报警和救生设备，保障工作人员的人身安全；（3）平台作业时必须严格遵守环保法规，防止对海洋生态环境的影响。
四、建设方案1. 设计阶段（1）平台设计方案由专业海洋工程设计团队负责；（2）设计方案应符合国家相关规范和标准，确保平台的安全性和稳定性。
2. 施工阶段（1）平台建设应委托具有一定海洋工程施工经验的企业进行；（2）施工过程中应严格遵守相关施工规范和标准，确保施工质量。
3. 运行阶段（1）运行管理应委托专业的海洋工程运营公司进行；（2）平台运行期间需定期进行设备检查和维护，确保平台的运行正常。
巨型海洋平台的设计及优化设计
1前言随着中国经济的发展 ,特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展 ,石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。
石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础 ,探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据 ,剩余可采储量的多少决定了石油工业发展潜力所在。
目前我国陆上石油后备资源严重不足 ,原油产量增长缓慢。
由于长期的强化开采 ,大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段 ,开采条件恶化 ,开发难度增大。
鉴于陆上资源的日渐枯竭 ,资源开发向海洋、尤其是深海进军已成必然趋势。
因此，如何控制海上石油平台的震动，保护平台的安全可靠成为一个亟待解决的问题。
1.1海洋平台简介在陆地上钻井时，钻机等都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。
海上钻井平台分类[2]如下：按运移性分为：固定式钻井平台，移动式钻井平台。
移动式钻井平台又分为坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井平台。
按钻井方式分为：浮动式钻井平台和稳定式钻井平台。
浮动式钻井平台分又为，半潜式钻井平台、浮式钻井船和张力腿式平台；稳定式钻井平台又分为，固定式钻井平台、自升式钻井平台和坐底式钻井平台。
固定式海洋平台是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设甲板作为平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。
海洋平台的安装包括：导管架的安装和工作平台的安装。
其中导管架的安装方法有：提升法、滑入法和浮运法。
工作平台的安装方法有：吊装和浮装。
海洋平台的组成部分有：导管架和桩基、栈桥、上部模块、生活楼直升机甲板和火炬臂。
图1.1 海洋平台1.2固定式海洋平台的特点固定平台包括导管架式平台、混凝土重力式平台、深水顺应塔式平台等。
钢质导管架式平台使用水深一般小于300米，通过打桩的方法固定于海底，它是目前海上油田使用广泛的一种平台。
海上石油平台结构设计浅议
等。为了具体实施平台结构设计 的原则 ， 设计人 员需要不断地 总 的软件 。它被遍及世 界的上 百个 与海洋 工程有关 的设计 公 司或 结经验 ， 有所发现 ， 有所发明 ， 有所创造 ， 有所前进。 石 油 公 司使 用 ， 得 到 世界 各个 权 威 检验 机构 的认 可 。２ ＭＯＳ Ｓ 并 ） Ｅ
中 图 分 类 号 ： Ｕ３ ８ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ
海 上 平 台 结 构 设 计 是 海 上 平 台设 计 的 一 个 非 常 重 要 的 组 成 根桩支持 ， 桩穿过导管打下后 ， 桩顶部 约高出泥线某 一高度 ， 套管
部分。特别 是对于海 上平 台 的安 全性 和可靠 性至关 重要 。海 上 固后便组 桩 凝
生恢复力 ， 浮筒 也 可 给 平 台 提 供 向 上 的 浮 力 ， 而 可 减 少 结 构 的 从
１ 平 台结构设 计 的原则
） 平 台 结 构 设 计 总 的 原 则 是 ： 进 、 理 、 全 、 济 、 足 规 范 轴 向压力 。５ 其他海上新型 固定设施及简易平 台。 先 合 安 经 满 要求 ， 且方便采 办 、 制造 、 安装 、 验和维 护等 。结构 总体 布置 的 ３ 结构 分析 工具 软件 检
荷载方法 ， 取适用 的荷载 系数 ， 定荷 载组合方 式 ， 行强度 、 的长度可得 到系统适 应不 同环境 的结 构参数 。有 的顺 应型平 台 选 确 进 刚度和稳定性计算 ， 编制材料表 以及 有关设计 文件 等。 或 ／Ⅱ 助牵索（ 币借 如绷绳塔平 台） 用一些 浮筒 （ 如浮塔式平 台） 产 来
第四章 平台甲板结构及附属设施的设计-PPT精品文档
实际设计中，采用何种计算简图要根据实际结 构具体分析，合理选取。 当荷载沿纵向分布不均匀，且相差较大时，应 选取若干平面结构作为计算单元。通常在实际 工程中，沿纵向取2~3种控制区段的计算简图 进行计算。源自第二节 甲板结构的设计
甲板结构典型计算单元包括简支梁、多跨连续 梁、钢架结构、排架结构、桁架结构。这些计 算单元通过力学计算可求得内力（轴力、剪力 和弯矩）。 单个构件的设计荷载应按最不利荷载组合来计 算截面内力，以此选择截面。
三、梁与立柱的内力计算和截面选择
1、次梁的内力计算与截面选择
内力计算：把次梁简化为两端固定的梁、简支梁、 多跨连续梁，进行内力计算。 截面选择：先根据计算简图计算次梁的最大弯矩 和最大剪力，再根据初步选定的截面对该次梁进 行强度、挠度和整体稳定性验算。
（1）强度验算
（2）挠度验算
2、次梁的组合截面
二、梁格的布置与连接型式 1、简式梁格 2、普通式梁格
3、复式梁格
梁格布置的目的是合理决定板、次梁、主梁的尺 度、跨度和间距，在满足使用要求的前提下，使 总用钢量最少。
梁格的连接型式，即主梁与次梁的连接：
层叠连接：次梁直接支承在主梁顶面上 。整 体稳定性差，应用较少 。 等高连接：横次梁连接到主梁腹板上，但其上 翼缘低于主梁上翼缘，以便纵次梁支承在横次 梁顶面，使纵次梁和主梁顶面齐平 降低连接：把次梁连接到主梁腹板上，主梁、 次梁的上翼缘位于同一水平面上。建筑高度小， 整体稳定性好，应用广泛。 实际计算中，层叠连接通常做成铰结，等高连 接和降低连接可做成铰结或刚结。
主梁计算简图
三、上部结构计算简图的选取
海洋平台的结构设计与分析
海洋平台的结构设计与分析在人类探索和利用海洋资源的进程中，海洋平台扮演着至关重要的角色。
从石油和天然气的开采，到海上风力发电，再到海洋科学研究，海洋平台为各种活动提供了稳定的工作场所。
而其结构设计的合理性和科学性，直接关系到平台的安全性、可靠性以及经济性。
海洋平台所处的环境极为恶劣，要承受海浪、海流、海风等多种海洋动力荷载的作用，同时还要面临海水腐蚀、海洋生物附着等问题。
因此，在进行海洋平台的结构设计时，必须充分考虑这些因素。
首先，从平台的类型来看，常见的海洋平台主要包括固定式平台和移动式平台两大类。
固定式平台如导管架平台，通常用于浅海区域的油气开采。
其结构由打入海底的钢质导管架和上部的工作平台组成，具有稳定性高、成本相对较低的优点。
而移动式平台，如半潜式平台和自升式平台，则更适用于深海作业。
半潜式平台通过半潜在海水中，利用水的浮力和自身的结构特点来保持平衡，能够在较深的海域进行作业。
自升式平台则通过桩腿的升降来适应不同的水深，具有灵活性强的特点。
在结构设计中，材料的选择是关键之一。
由于海洋环境的腐蚀性，通常会选用具有良好耐腐蚀性的高强度钢材。
同时，为了提高平台的使用寿命，还会采用各种防腐措施，如涂层防护、阴极保护等。
平台的结构形式也需要精心设计。
例如，导管架平台的导管架结构要能够承受巨大的竖向和水平荷载，其节点的连接方式和强度至关重要。
而对于半潜式平台，其浮体的形状和尺寸、立柱的数量和布置等都会影响平台的稳定性和运动性能。
在进行结构分析时，要综合运用多种方法和技术。
有限元分析是一种常用的手段，通过将平台结构离散为有限个单元，建立数学模型，能够准确地计算出平台在各种荷载作用下的应力、应变和位移情况。
此外，还会进行动力分析，考虑海浪、风等动力荷载的作用，评估平台的振动特性和疲劳寿命。
海洋平台的结构设计还要充分考虑施工的可行性和便利性。
施工过程中的起重能力、运输条件等都会对平台的结构形式和构件尺寸产生限制。
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。
海洋平台结构设计-第章--平台甲板结构及附属设施设计课件 (一)
海洋平台结构设计-第章--平台甲板结构及附
属设施设计课件 (一)
海洋平台是用于在海洋上进行能源开发和科学研究的重要工程，平台
甲板结构及附属设施设计是平台结构设计的重要组成部分。
关于海洋
平台结构设计-第章--平台甲板结构及附属设施设计课件，本文进行了
一些总结和归纳。
首先，平台甲板结构应该具备一定的牢固性和承载能力，才能够稳定
的维持平台的使用效率。
对于这一点，要考虑到平台使用环境的不同，如海面的波动大小、海浪的冲击力等等因素。
因此，在平台甲板结构
的设计上，需要充分考虑材料的选择以及各组件的连接方式，确保平
台甲板的刚性和稳定性。
其次，附属设施包括了供应设施、监控设施、消防设施以及生活设施等。
这些设施不仅可以方便平台操作与使用，还能够应对突发事件，
保证员工和环境的安全。
其中，监控设施和消防设施尤为重要，监控
设施可以对平台所在区域进行实时监测，发现危险情况及时处理，而
消防设施则可以有效的防范平台火灾风险，降低平台安全事故发生的
风险。
最后，平台甲板结构和附属设施设计都需要考虑到舒适性，特别是生
活设施的设计，比如宿舍，餐厅，卫生间等。
这些设施的设计需要符
合人性化的标准，不仅要让员工感到舒适便捷，同时还需要符合相关
的安全标准。
综上所述，平台甲板结构及附属设施设计课程为海洋平台设计提供了
有益的指导。
在平台设计中，需要充分考虑到海洋环境的特殊性，同
时为员工提供优秀的工作和生活条件，保证平台在安全、健康和舒适的条件下稳定的发挥出其使用效率。
海洋平台的设计及建造施工
第四章海洋平台的设计及建造施工第一节平台结构设计的一般步骤海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选择平台的结构型式方案。
由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业，它不像一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境条件显得非常重要.海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等.这些海洋环境因素对平台的安全和作业效率有极大的影响。
为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选择多种方案进行分析比较,最后选定最佳的方案.因此平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯（AKER）集团设计的“阿柯—H3”号半潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯—H3”。
一般初步选定一种结构型式,确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和有关范围的规定，那么这种结构型式就要被淘汰。
为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。
外载荷计算包括确定平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境载荷等,这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计优劣的重要因素.对于固定式平台，还需进行桩基计算以及桩—土—结构相互作用的分析。
平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸和材料品种，直到满足要求为止.在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与实际的是否一致，若相差较大还需要进行调整.结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计，平台节点是重要的结构部位,它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命.图4—1为平台结构设计的一般流程。
海洋平台设施的结构与设计原理
海洋平台设施的结构与设计原理海洋平台设施是为了支撑和保护海洋石油、海底矿产等海洋资源开发和利用活动而建造的一种重要设备。
它承载着海洋作业的各种设备和人员，并提供了必要的生活、办公和储存空间。
本文将探讨海洋平台设施的主要结构和设计原理。
在设计海洋平台设施时，首要考虑因素是其安全性和稳定性。
考虑到海洋环境的复杂性、恶劣的气象和水域条件，海洋平台设施的结构需要具备抵御大风、巨浪、海啸和冰冻等自然灾害的能力。
此外，设施的设计也必须能够适应不同的水深、底质和地形条件。
海洋平台设施的主要结构包括：顶部结构、支撑系统和浮力系统。
顶部结构是海洋平台设施上方的建筑物，包括办公楼、居住区、作业平台和设备等。
支撑系统是将顶部结构固定在海底的重要框架，通常由支腿、桥墩或钢管构成。
浮力系统则通过各种浮力体，如船体、浮筒或弹簧吊架来提供平台的浮力。
为了确保在海洋环境下的安全和稳定，海洋平台设施的主要设计原理包括以下几个方面：1. 抗风稳定性：考虑到海上风力较大的环境，海洋平台设施的顶部结构和支撑系统都需要具备较强的抗风能力。
设计中通常会采用钢结构和一定的空气动力学设计，以减小风力对结构的影响。
2. 抗浪稳定性：巨浪是海洋环境的重要威胁之一。
为了保证海洋平台设施的抗浪能力，通常会考虑采用斜坡或斜板来减小波浪对结构的冲击。
此外，在设计过程中还会结合海浪预测模型进行合理的结构设计。
3. 抗冰稳定性：在极地和寒冷地区，海洋平台设施还需要考虑抗冰稳定性。
设计中通常会采用合适的材料和措施来预防冰冻，例如热水灌注、防冰材料覆盖等。
4. 浮力系统设计：海洋平台设施的浮力系统是保证平台上浮并保持平衡的重要组成部分。
设计中通常会考虑到平台的总重量、浮力体积和浮力中心的位置，以保证平台在水体中的稳定性。
5. 地基设计：由于海洋平台设施需要在海底固定，地基设计也是关键因素之一。
不同的地质条件可能需要采用不同的支撑系统和固定方式，如钻井或地基桩基础。
海洋平台结构设计课件第四章 平台甲板结构及附属设施设计
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
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：
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
第四章 平台甲板结构及附属设施设计
1
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
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
• 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
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
海洋平台的设计与施工方案
海洋平台的设计与施工方案1. 引言海洋平台是指建设在海洋中的一种工程结构物，用于开发海洋资源、进行海洋科学研究以及支持海洋工程等活动。
本文旨在介绍海洋平台的设计与施工方案，包括设计考虑因素、平台类型选择、平台结构设计、施工过程等。
2. 设计考虑因素在进行海洋平台的设计时，需要充分考虑以下因素：2.1 海洋环境条件海洋环境条件是影响海洋平台设计的关键因素之一，包括海洋水深、波浪、洋流、风速等。
根据不同环境条件的特点，选择合适的平台类型和相应的结构设计。
2.2 使用目的海洋平台的使用目的也是设计考虑的重要因素，可能包括油气开采、风力发电、海洋科学研究等。
根据使用目的确定平台的功能和配置，以及相应的工程设施。
2.3 结构稳定性海洋平台需要具备良好的结构稳定性，能够抵御海洋环境的冲击和风险。
设计时需考虑结构材料的强度和抗风、抗浪能力，以及平台的布局和重心控制。
2.4 施工和维护成本施工和维护成本是海洋平台设计的重要考虑因素之一。
平台设计需要合理控制材料和施工工艺，以降低成本，并提供便于维护和维修的设计方案。
3. 平台类型选择根据使用目的、海洋环境条件和结构稳定性要求，可以选择以下常见的海洋平台类型：3.1 固定式平台固定式平台是指通过桩基或者地锚将平台固定在海床上的一种平台类型。
固定式平台适用于水深较浅、波动较小的海域，并且具备较高的稳定性。
不过，固定式平台不适用于海洋环境变化较大的区域。
浮式平台是指平台通过浮力保持在海面上的一种平台类型。
浮式平台适用于较深水域，并且对海洋环境的变化具备一定的适应性。
然而，浮式平台需要稳定的浮力装置和足够的抗风、抗浪能力。
3.3 半潜式平台半潜式平台是指平台的一部分在海面上，而另一部分则浸没在水下的一种平台类型。
半潜式平台适用于中等水深的海域，并且对海洋环境变化的适应性较好。
半潜式平台的设计需要考虑平台上下浮动的稳定性。
4. 平台结构设计在确定平台类型后，需要进行相应的平台结构设计。
第四章 平台上部结构及附属设施设计
当实际铺板简化为双向板（四边支承板，长短边之比小于2），必须进 行两个方向的内力计算，当板上承受最不利均布荷载为q时，它的弯矩 计算可以采用查表法。若在板的两个支承方向分别取单位宽度板条来 计算〔图4-6 (a)〕，则其跨中最大弯矩分别为：
M1 1ql12
平行于短边方向
M 2 2 ql12
集中载荷
P j ( 2hy ) R j ( hy )
支座反力
支座处：
集中载荷或支座反力 沿梁跨度方向作用的实际长度
自梁承载的边缘 到腹板园角根部的距离
② 挠度验算：
梁承受的 载荷总值
梁的挠度验算：
Pl3 f max f EI
计算简图选取的原则：
（1）必须反映实际结构的受力状态； （2）便于计算
（一）节点构造、支座及杆件简化
1、上部节点构造与简化 节点：主梁与立柱的连接接头，刚节点和铰节点。 主梁与立柱的连接有：刚部结构的支座，就是支承结构 的桩顶、支座的连接构造主要有插 入式连接（图示）、螺栓连接及连 接板连接三种型式。
梁最大刚度平面内 的最大弯距
M max W W
梁的整体 稳定系数 梁受压最大的 毛截面抵抗矩
插入式连接可以传递弯距，可简
化为刚性连接 3、上部结构杆件的简化
杆件的截面尺寸（宽度、厚度）通 常比杆件的长度小得多，截面上的应 力一般是根据截面的内力（轴力、剪 力和弯矩）来计算。 计算简图中，杆件用其轴线表示， 各杆件之间的连接构造用节点表示， 杆长用结点间轴线距离长度表示，而 荷载作用点也转移到轴线上。
M max Wj
抗弯容许 应力
如最大弯距处有螺栓孔：W值应增大10～15％。 弯曲正应力：
海洋平台结构设计课件第三章 导管架平台总体设计
3. 甲板结构
板
梁
桁架（立柱）
甲板结构：为海上油气田开发和其它海洋开发提供足够的使用空间，
用来布置各种设施和设备。
4. 设施和设备模块
陆地制作模块
海上
甲板结构
按工艺流程组装模块
现代平台设计通常按照起重机的允许最大吊装能力和工艺流程要求， 将上部设施与设备分成很多模块。
导管架平台
井 口 平 台
生 产 处 理 平 台
反复进行工艺布置与结构选型的过程平台使用参数施工参数海洋环境参数海底地质参数第一节设计参数平台的用途工艺要求施工手段满足施工要求的自然环境条件工作环境参数极端环境参数工程地质参数适宜的持力层1使用年限2平台设置的位置及该位置的水深3是否有人居住若有人居住居住人数人员上下平台方法及紧急状态的撤离方法4平台工艺布置要求及处理方法5供应船的尺度停靠方式直升飞机的型号及直升飞机停泊场的布置起重设备能力及数量6油气井的数目间距7保证工作人员和设备的安全防止污染减少振动及防火的措施一平台使用参数1要求预制场地有足够的工作面积2供水供电方便充足能正常进行构件制造3要求路上交通有铁路公路相通水路有码头通航能够保证大量材料运进和大型构件运出4要求有足够的工作船和起重机具进行运输安装5平台制造厂技术水平能满足平台制造要求6要求从制造场地到平台服役海域的航线有足够的航行水深二施工参数1海洋环境
• 三、海洋环境参数
（1）海洋环境：
a. 风、波浪、潮汐、海流、海冰、地震、海啸 b. 风、雨、雪、雾、霜、温度、湿度 c. 地基土壤、腐蚀性海水、海生物附着、盐度 （2）环境参数包括工作环境参数、极端环境参数 （3）工作环境参数：平台在施工和使用期间经常出现的环境参数，以保 证平台能正常施工和生产作业为标准 （4）极端环境参数：平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，作 为保证平台生存标准。所选用的荷载重现期均不小于50年
海洋平台结构设计 第四章 平台甲板结构及附属设施设计
• 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
面 板
次
梁 主
梁
支 撑
柱
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
4.环境条件
直升飞机甲板一般布置：
1.直升飞机甲板一般布置在生活区建筑物的屋顶上，面积不够时设计成悬臂 式结构型式 2.直升飞机甲板包括圆形的、方形的、六角形的平面型式
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 结点构造与简化
1 2 1 3
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
结构简化
支座构造与简化 杆件的简化
海上平台结构设计总则1
第五篇 海上平台结构第一章 海上平台结构设计总则第一节 平台结构设计的范围海上平台结构设计是海上平台设计的一个非常重要的组成部分。
特别是对于海上平台的安全性和可靠性至关重要。
海上平台结构设计包括设计导管架结构及甲板结构和附属结构等各个方面内容。
例如确定结构布置原则，正确地选用材料和计算荷载方法，选取适用的荷载系数，确定荷载组合方式，进行强度﹑刚度和稳定性计算，编制材料表以及有关设计文件等。
本章的内容和要求主要适合于导管架固定平台，部分内容也适合于浮式系统的模块设计。
为了设计一座既能可靠运行而又经济安全的海上平台，首先要进行平台总体规划。
所谓总体规划通常是指按照一般的设计准则、法规和标准确定平台上部的工艺﹑机电﹑仪表等设施的布置与支承结构选型的总体问题。
根据使用要求决定的上部设施与设备的总体布置是支承结构规划布置的依据，反过来支承结构的选型也必须满足工艺﹑机电﹑仪表等设施布置的要求。
两者之间有着极为密切的关系。
平台总体布置的目的就是要寻求平台总体的，而不是各个独立部分的最优设计方案。
实际上，平台设计过程就是反复进行工艺﹑机电﹑仪表等设施布置与结构选型相互配合的过程。
海上平台结构设计范围的分类，可以有不同的方法。
总体而言，平台结构设计的最终成果包含下述内容。
一、图纸文件目录二、规格书1．结构设计规格书2． 结构材料规格书3． 制造规格书（包括焊接检验要求）4． 安装规格书三、设计报告1．在位分析（包括计算机的输入输出结果）2．施工分析（1） 吊装分析（包括吊点分析）（2） 拖航分析（3） 打桩分析（4） 装船分析（5） 下水分析3． 局部分析4． 附属构件分析（1） 防沉板计算（2）靠船件计算5． 重量控制报告6． 其他分析计算和报告四、材料表另外，平台结构又分为许多部分。
从大的方面来分，可以分为上部结构和下部结构，不过为了叙述的方便，我们分为如下几个方面。
一、导管架结构设计二、甲板结构设计三、浮式系统模块及火炬塔结构设计四、栈桥设计五、桩结构设计六、生活楼和工作间设计七、其他结构设计对于以上各部分的具体内容，将在后面论述。
船舶概论第五章：海洋平台设计(海洋平台介绍)
各种平台的特点（续9）
3、张力腿式平台
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。一般来说，半潜式平台的锚泊定位 系统，都是利用锚索的悬垂曲线的位能变化来吸收平台在波浪中动能的 变化。悬垂曲线链的特征之一是链的下端必须与水底相切，以保证锚柄 不会从水底抬起，这样就可保证锚的抓力。张力腿式平台也是采用锚泊 定位的，但与一般半潜式平台不同，其所用锚索是绷紧成直线的，不是 且悬垂曲线的，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的 锚是桩锚（即打入水底的桩作为锚用），或重力式锚（重块）等，不是 一般容易起放的转爪锚。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。
群柱式 桩基式 腿柱式
顺应式
张力腿式
海洋平台的分类（续2）
海上固定平台：一种借助于桩腿扩展基础或用其它 方法支撑于海底，而上部露出水面，为了预定目的 能在较长时间内保持不动的平台。 海上移动平台：指可根据需要从一个作业地点转移 到另一个作业地点的海上平台。它是海洋油气勘探、 开发的主要手段。除了钻井平台以外，生活动力平 台、作业平台、生产储油平台等也可以采用移动平 台的形式。
牵索塔平台
牵索塔平台由甲板、塔体、牵索系统三部分组 成。 塔体是一个类似导管架的空间钢架结构，用对 称布置的缆索将塔保持正浮状态。 遇到大幅值长周期的风暴波时，系统变软，较 大顺应性出现，因此，牵索塔平台比导管架平 台和重力式平台更适合于深水海域作业。
FPSO
浮式生产储油装置（Floating Production Storage and Offloading system，FPSO）， 是海洋石油工业集油气生产、储存、外输、生 活、动力于一体的海上油气处理大型设施，目 前已成为海上油气田开发的主流生产方式。 FPSO本身就是一艘大型的船舶，可以有舵，能 自航，也可以无舵，靠拖航就位。该装置通过 固定式单点或悬链式单点系泊系统固定在海上， 可随风浪和水流的作用360°全方位地自由旋 转。
海洋平台
海洋平台简介1: 海洋平台的类型：（1）移动式平台：坐底式平台自升式平台钻井船半潜式平台张海洋平台：力腿式平台牵索塔式平台（2）固定式平台：导管架式平台重力式平台固定平台又可以分为桩式海上固定平台、重力式海上固定平台、自升式海上固定平台导管架型平台：在软土地基上应用较多的一种桩基平台。
由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。
上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。
甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。
平台甲板的尺寸由使用工艺确定。
基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。
桩支承全部荷载并固定平台位置。
桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。
导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。
在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。
对深海平台，还需进行结构动力分析。
结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。
并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。
导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。
管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。
混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。
现在已有大约20座混凝土重力式平台用于北海钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。
平台是靠锚泊或动力定位系统定位。
按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。
浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。
海洋平台
《海岸工程学》课程结业论文——海洋平台结构型式发展过程及导管架平台设计需要计算的内容一、海洋平台结构的分类海洋平台是一种海洋工程结构物, 它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。
随着海洋开发事业的迅速发展, 海洋平台得到了广泛的应用, 如海底石油和天然气的勘探与开发、海底管线铺设、海洋波浪能的利用、建造海上机场及海上工厂等。
目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。
用于海上油气资源勘探与开发的海洋平台按功能划分主要分为钻井平台和生产平台两大类, 在钻井平台上设有钻井设备, 在生产平台上则设有采油设备。
若按结构型式及其特点来划分, 海洋平台大致可分为三大类固定式平台、移动式平台和顺应式平台。
1．固定式平台固定式平台靠打桩或自身重量固定于海底, 目前用于海上石油生产阶段的大多数是固定式平台, 它又可分为桩式平台和重力式平台两个类别。
桩式平台通过打桩的方法固定于海底, 其中的钢质导管架平台是目前海上使用最广泛的一种平台；而重力式平台则是依靠自身重量直接置于海底, 这种平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础沉箱, 由三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构。
2．移动式平台移动式平台是一种装备有钻井设备, 并能从一个井位移到另一个井位的平台, 它可用于海上石油的钻探或生产。
移动式平台可分为坐底式平台、自升或平台、钻井船和半潜式平台四个类别。
坐底式平台一般用于水深较浅的海域, 工作水深通常在60米以内；自升式平台具有能垂直升降的桩腿, 钻井时桩腿着底, 平台则沿桩腿升离海面一定高度, 移位时平台降至水面, 桩腿升起, 平台就像驳船可由拖轮把它拖移到新的井位。
自升式平台的优点主要是所需钢材少, 造价低, 在各种情况下都能平稳地进行钻井作业, 缺点是桩腿长度有限, 使它的工作水深受到限制, 最大的工作水深约在120米左右；钻井船是在船中央设有井孔和井架, 它靠锚泊系统或动力定位装置定位于井位上。
海洋平台的设计、建造和安装
一、海洋油气工程发展回顾 二、海洋油气开发工程模式 三、海洋平台设计、建造和安装 海洋平台设计、 四、国内海洋油气工业展望 五、中国海洋工程面临的技术挑战
海洋石油工程股份有限公司
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三、海洋平台设计、建造和安装 海洋平台设计、
1.海洋平台设计 1.海洋平台设计 2.海洋平台建造 2.海洋平台建造 3.海洋平台安装 3.海洋平台安装
设计基础决定平台的 选型和结构设计
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海洋石油工程股份有限公司
1、海洋平台设计
总体布置
平 台 方 位 甲 板 尺 度 设 备 位 置 井 口 数 量 井 口 布 置 甲 板 标 高 附 属 设 施 安 全 通 道 钻 修 井 布 置
海洋石油工程股份有限公司
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6
1、海洋平台设计
设备设施
设 备 清 单 重 量 重 心 设 备 尺 度
9
9
曲 线 土 层 液 化
曲 线 地 基 冲 刷
曲 线
1、海洋平台设计
作业要求
靠 船 要 求 维 护 要 求 潜 力 要 求 登 平 台 要 求
钻 井 要 求
修 井 要 求
海洋石油工程股份有限公司
10
10
1、海洋平台设计
设计标准 美国石油协会标准美国石油协会标准-API 美国钢结构协会标准美国钢结构协会标准-AISC 美国焊接协会标准美国焊接协会标准-AWS 美国船级社标准美国船级社标准-ABS 挪威船级社标准挪威船级社标准-DNV 中国船级社标准中国船级社标准-CCS
海洋石油工程股份有限公司
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1、海洋平台设计
防沉板 吊点 火矩臂 立管 泵护管 电缆护管 井口导向 灌浆管线…等等 灌浆管线 等等
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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
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
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。
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
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
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
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
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
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
• 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
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