自升式海洋平台强度计算
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海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第四章 自升式平台强度分析
12
放桩和提桩状态
• 放桩是指桩腿伸向海底下方，提桩是指桩 腿拔出海底之后向上提升，这时船体仍飘 浮在海面上 • 在放桩和提桩的过程中，当桩腿未与海底 接触但船体在风浪作用下摇摆时，桩腿也 随着摇摆使桩腿上部（接近船底底部）受 到较大的动弯矩；当船体在风浪作用下产 生升沉运动而使桩腿和海底发生碰撞时， 桩腿根部也将产生较大的动应力。
• 拖航是指整个平台从一个地点(或井位)转移到另 一个地点(或井位)的航行状态，这时船体漂浮在 海面上，桩腿升到船体之上，由于受到风浪的作 用，船体也将如船舶一样产生摇摆运动。 • 这时船体受到重力，浮力，波浪力和惯性力的作 用，同时在桩腿根部的固桩处有很大的动弯矩作 用着，对于深水自升式平台，由于桩腿很长，桩 腿根部的固桩处就将受到很大的作用力，当船体 的纵摇或横摇的角度较大时桩腿因倾斜又对根部 产生根大的桩腿重力力矩。
第四章 自升式平台强度分析
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海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第四章 自升式平台强度分析
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海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第四章 自升式平台强度分析
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本章主要内容
4.1自升式平台的典型工况 4.2 着底工况下的平台总体强度 4.3 桩腿局部强度计算 4.4 拖航状态下桩腿的动力分析 4.5 实例分析
自升式海洋平台强度分析
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第四章 自升式平台强度分析
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平台型式：自升式钻井平台 设 计：中船总上海708研究所 建 造：大连造船新厂 建造时间：1998年 船 级：CCS 5/5 Self-elevating Drilling Unit
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桩腿预压状态
• 桩腿预压是将桩腿下面地基的承载力预先压 到暴风状态时所要求的地基承载力，以防止 桩腿出现不均匀下沉，造成平台倾斜和倾覆 事故发生。 • 对于矩形的自升式平台采用对角线预压方式 • 对于三角形的自升式平台一般是用压载舱加 载方法预压，使三个桩腿同时承受船体的全 部重量和压载重量，这时船体相当于三点支 撑，没有扭曲变形的问题
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第四章 自升式平台强度分析
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【CCS】 海上移动平台入级与建造规范(2005) 4.2.1 设计工况
4.2.1.1 自升式平台的强度分析应至少考虑以下设计工况： 正常作业工况、迁移工况、升降工况和自存工况。必要时， 还应对事故工况予以特殊考虑。设计时，应对迁移工况、 升降工况和自存工况予以特别关注。 4.2.1.2 正常作业工况系指在规定的环境条件下，自升式 平台满载并升到预定标高进行正常作业时的状态。 4.2.1.3 迁移工况系指自升式平台进行迁移过程中的状态， 可分为油田内迁移工况和远洋迁移工况。 4.2.1.4 升降工况系指自升式平台升降桩腿，预压及升、 降平台主体时的状态。 4.2.1.5 自存工况系指极端环境条件下，自升式平台不能 继续作业，但可通过调整可变载荷或放弃部分载荷以及其 他措施以达到某种较为安全的状态。
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第四章 自升式平台强度分析
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自升式平台强度校核内容
• 原则：根据不同工况下平台的受力特点， 选取总体和局部结构（船体、桩腿及固桩 区）在最不利的工况下进行强度校核
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• 在自升式平台的强度计算中除了考虑上述 不同的工作状态外，同时还要考虑环境条 件和甲板载荷的不同情况 • 如在着底状态中有满载风暴工况和满载作 业工况。由于前者条件更为严重，一般就 以这个工况作为设计工况 • 拖航状态也有满载拖航和轻载拖航 • 在设计工况的选取中对甲板变动载荷和环 境条件要考虑可能出现的最不利的情况组 合，以保证结构的安全性。
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着底状态
• 着底状态包括满载风暴不作业（自存）和满载作 业（ 正常作业工况）两种状态。 • 一般情况下，满载风暴不作业时桩腿所受的外力 要比满载作业状态时大，所以通常平台就以满载 风暴不作业状态进行设计。 • 这时的桩腿将受到风力，波浪力，潮流力，平台 重力和地基反力的作用。由于桩腿比较长，平台 结构在载荷的作用下产生的侧向位移还将使桩腿 受到不可忽视的重量偏心力矩。
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【CCS】 海上移动平台入级与建造规范(2005) 4.2.2 设计载荷 4.2.2 设计载荷 4.2.2.1 每种设计工况均应考虑静载工况和 静载荷与环境载荷相组合的工况。
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插桩和拔桩状态
• 在插桩时桩腿将承受升降机构的下降力、 桩腿土壤支反力和桩周摩擦力的作用。 • 拔桩时桩腿承受升降机构提升力、桩端粘 结力以及桩周摩擦力的作用，若在淤泥中 还有桩端淤泥吸附力的作用。在拔桩过程 中，当桩腿拔出海底的速度过快或海面风 浪较大时也可能出现桩腿端部与海底碰撞 的现象。
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4.1 自升式平台的典型工况
• 自升式平台是由一个船体(平台)和若干起 支撑作用的桩腿所组成 • 平台在工作的全部过程中有多种不同的工 作状态 • 各种状态下结构的受力情况都不完全相同， 所以在计算平台结构强度时就必须考虑各 种不同的工作状态，才能保证安全
9Байду номын сангаас
平台的工作状态有下列五种
1.拖航状态 2.放桩和提桩状态 3.插桩和拔桩状态 4.桩腿预压状态 5.着底状态
升降工况 迁移工况
正常作业工况 自存工况
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拖航状态
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放桩和提桩状态
• 放桩是指桩腿伸向海底下方，提桩是指桩 腿拔出海底之后向上提升，这时船体仍飘 浮在海面上 • 在放桩和提桩的过程中，当桩腿未与海底 接触但船体在风浪作用下摇摆时，桩腿也 随着摇摆使桩腿上部（接近船底底部）受 到较大的动弯矩；当船体在风浪作用下产 生升沉运动而使桩腿和海底发生碰撞时， 桩腿根部也将产生较大的动应力。
• 拖航是指整个平台从一个地点(或井位)转移到另 一个地点(或井位)的航行状态，这时船体漂浮在 海面上，桩腿升到船体之上，由于受到风浪的作 用，船体也将如船舶一样产生摇摆运动。 • 这时船体受到重力，浮力，波浪力和惯性力的作 用，同时在桩腿根部的固桩处有很大的动弯矩作 用着，对于深水自升式平台，由于桩腿很长，桩 腿根部的固桩处就将受到很大的作用力，当船体 的纵摇或横摇的角度较大时桩腿因倾斜又对根部 产生根大的桩腿重力力矩。
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本章主要内容
4.1自升式平台的典型工况 4.2 着底工况下的平台总体强度 4.3 桩腿局部强度计算 4.4 拖航状态下桩腿的动力分析 4.5 实例分析
自升式海洋平台强度分析
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平台型式：自升式钻井平台 设 计：中船总上海708研究所 建 造：大连造船新厂 建造时间：1998年 船 级：CCS 5/5 Self-elevating Drilling Unit
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桩腿预压状态
• 桩腿预压是将桩腿下面地基的承载力预先压 到暴风状态时所要求的地基承载力，以防止 桩腿出现不均匀下沉，造成平台倾斜和倾覆 事故发生。 • 对于矩形的自升式平台采用对角线预压方式 • 对于三角形的自升式平台一般是用压载舱加 载方法预压，使三个桩腿同时承受船体的全 部重量和压载重量，这时船体相当于三点支 撑，没有扭曲变形的问题
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【CCS】 海上移动平台入级与建造规范(2005) 4.2.1 设计工况
4.2.1.1 自升式平台的强度分析应至少考虑以下设计工况： 正常作业工况、迁移工况、升降工况和自存工况。必要时， 还应对事故工况予以特殊考虑。设计时，应对迁移工况、 升降工况和自存工况予以特别关注。 4.2.1.2 正常作业工况系指在规定的环境条件下，自升式 平台满载并升到预定标高进行正常作业时的状态。 4.2.1.3 迁移工况系指自升式平台进行迁移过程中的状态， 可分为油田内迁移工况和远洋迁移工况。 4.2.1.4 升降工况系指自升式平台升降桩腿，预压及升、 降平台主体时的状态。 4.2.1.5 自存工况系指极端环境条件下，自升式平台不能 继续作业，但可通过调整可变载荷或放弃部分载荷以及其 他措施以达到某种较为安全的状态。
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自升式平台强度校核内容
• 原则：根据不同工况下平台的受力特点， 选取总体和局部结构（船体、桩腿及固桩 区）在最不利的工况下进行强度校核
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• 在自升式平台的强度计算中除了考虑上述 不同的工作状态外，同时还要考虑环境条 件和甲板载荷的不同情况 • 如在着底状态中有满载风暴工况和满载作 业工况。由于前者条件更为严重，一般就 以这个工况作为设计工况 • 拖航状态也有满载拖航和轻载拖航 • 在设计工况的选取中对甲板变动载荷和环 境条件要考虑可能出现的最不利的情况组 合，以保证结构的安全性。
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着底状态
• 着底状态包括满载风暴不作业（自存）和满载作 业（ 正常作业工况）两种状态。 • 一般情况下，满载风暴不作业时桩腿所受的外力 要比满载作业状态时大，所以通常平台就以满载 风暴不作业状态进行设计。 • 这时的桩腿将受到风力，波浪力，潮流力，平台 重力和地基反力的作用。由于桩腿比较长，平台 结构在载荷的作用下产生的侧向位移还将使桩腿 受到不可忽视的重量偏心力矩。
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【CCS】 海上移动平台入级与建造规范(2005) 4.2.2 设计载荷 4.2.2 设计载荷 4.2.2.1 每种设计工况均应考虑静载工况和 静载荷与环境载荷相组合的工况。
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插桩和拔桩状态
• 在插桩时桩腿将承受升降机构的下降力、 桩腿土壤支反力和桩周摩擦力的作用。 • 拔桩时桩腿承受升降机构提升力、桩端粘 结力以及桩周摩擦力的作用，若在淤泥中 还有桩端淤泥吸附力的作用。在拔桩过程 中，当桩腿拔出海底的速度过快或海面风 浪较大时也可能出现桩腿端部与海底碰撞 的现象。
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第四章 自升式平台强度分析
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4.1 自升式平台的典型工况
• 自升式平台是由一个船体(平台)和若干起 支撑作用的桩腿所组成 • 平台在工作的全部过程中有多种不同的工 作状态 • 各种状态下结构的受力情况都不完全相同， 所以在计算平台结构强度时就必须考虑各 种不同的工作状态，才能保证安全
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平台的工作状态有下列五种
1.拖航状态 2.放桩和提桩状态 3.插桩和拔桩状态 4.桩腿预压状态 5.着底状态
升降工况 迁移工况
正常作业工况 自存工况
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拖航状态