第六章自升式平台强度分析12-3详解
某400ft自升式钻井平台主船体结构强度分析
某400 ft自升式钻井平台主船体结构强度分析杨勇，曾骥，袁洪涛【摘要】考虑到某400 ft自升式钻井平台在水深91.4 m作业工况下固有周期与波浪周期相近，动态放大因子较大，作业工况下悬臂梁-钻台系统具有最大工作载荷，针对该工况分析主船体结构强度，介绍主船体强度分析中模型建立和载荷施加的注意点与细节处理，确定主船体高应力区域，为自升式钻井平台的主船体结构设计和强度校核提供参考。
【期刊名称】船海工程【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4【关键词】自升式钻井平台；主船体；模型建立；载荷施加；结构强度；有限元方法某400 ft(121.92 m)自升式钻井平台在作业水深91.4 m的作业工况下其平台周期会与工作海域的波浪周期遭遇,导致动力放大系数很高。
因此，以该工况为例，利用有限元软件MSC Patran/Nastran，参照ABS MODU规范对主船体进行结构强度分析与校核，重点是主船体结构强度分析方法与关键点的讨论。
1 有限元模型1.1 模型概述总体坐标系以指向船艏为+X方向，指向左舷为+Y方向，垂直向上为+Z方向。
目标平台为独立三桁架桩腿式平台，平台主船体为三角形箱型结构，型长70 m，型宽68 m，型深9.5 m。
主船体结构较为复杂，采用空间板梁组合结构进行建模，板结构采用板壳单元模拟，骨材与加强筋采用梁单元模拟，大的型材采用板壳单元与梁单元共同模拟。
建模中对于大的开孔，需将相应位置处的单元进行删除并模拟开孔形状，忽略小的开孔[1]。
鉴于有限元模型仅仅是针对结构进行建模，与平台实际情况有一定区别，重量与重心位置与实际情况不可能完全一致，因此需要采用加载质量点或是集中质量的方式来调节模型的重量与重心，使其与装载计算书相一致，并且应该注意质量单元的质量设置尽量不要超过500 kg。
主船体结构采用ABS AH36级钢，其屈服强度为355 MPa。
平台整体及主船体有限元模型见图1。
1.2 边界条件及桩腿与主船体的连接边界条件采用海底泥面3 m以下铰支约束，该约束方式偏于保守，因为实际海底对于桩腿具有转动约束作用，这一作用会减少桩腿与主船体连接处的弯矩值。
自升式钻井平台结构强度分析研究
ｌ ｓｒ ｔ ｄ ｕ ｔａ ｅ ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｉ ｏ ａ ｋ ｕ ｎ ｔ ，ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｆｊｃ — ｐ ｕ ｉｓ ｈ ｏ ｔｎ ｓ ｆ ｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｔ ｅ ｇ ｈ Ａｎ ｌ ｓｓ ｆ ｒ Ｓ ｌ－ ｅ ａ ｉ ｉｌｎ ｓ ａ ｃ ｎ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ Ｓ ｒ ｎ ｔ ａ ｙ ｉ ｏ ｅ ｆ Ｅｌ ｖ ｔｎｇ Ｄｒ ｌｉ ｇ Ｕｎｉｓ ｔ
ＬＩ Ｈ ｏ ｇ ｔ ｏ， ｎ —ａ
本文 以 自升式 钻井 平 台的结构 安全 为 目的 ， 阐述 了结 构 强度 理论 ， 括屈 服 强 度理 论 、 曲强 度 理论 和 包 屈
疲劳 强度理 论 ； 结合 自升式 钻井平 台结 构特 点 ， 出 了总体 性 能分 析 、 并 提 船体 强 度分 析及 局 部 强度 分 析 ３个
主要 的结构 强度 分析 ； 最后 以一桁 架式桩 腿 的 自升式 钻井 平 台 为例 ， 过有 限元 分 析 和求 解 ， 通 阐述 此 类移 动 平 台结构强 度分 析 的过 程及方 法 ， 工程 实践有 指 导作用 ， 为工程设 计人 员提 供借 鉴 。 对 并
１ 结 构 强度 失 效 形 式
自升式 钻井 平 台结 构强 度失效 形式 主要有 ３ ， 种 即屈 服强 度失效 、 曲强度 失效 及疲 劳强度 失效 。 屈
１１ 屈服 强度ｌ ． ２
对 于桩 腿 、 甲板 间支撑 等独立 构件 ， 其屈 服强度 应满 足下式 （ ） （ ） １ 、２ ：
承 受轴 向拉 伸 和弯 曲组合 作用 时
一 ａｔ 十 Ｌ
自升式钻井平台环境载荷及结构强度
自升式钻井平台环境载荷及结构强度吴小平;陆晟【摘要】对自升式钻井平台的环境载荷和结构强度进行了介绍.给出了环境载荷的主要组成部分及计算方法,对水动力载荷所引起的动态放大效应和由于平台水平位移而产生的P-DELTA效应加以了说明.针对拖航状态下桩腿承受很大的动力作用,还论述了油田拖航和远洋拖航状态下桩腿强度的计算方法,最后以谱分析方法为例,给出了结构疲劳强度分析的一般步骤.【期刊名称】《船舶与海洋工程》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】6页(P36-40,51)【关键词】自升式钻井平台;环境载荷;拖航分析;疲劳分析【作者】吴小平;陆晟【作者单位】上海船舶研究设计院,上海200032;上海船舶研究设计院,上海200032【正文语种】中文【中图分类】U664.38+10 引言自升式海洋钻井平台在海上油气开发中得到广泛应用。
它由平台主体、升降装置以及若干（通常为3条到4条）桩腿组成。
平台主体与桩腿之间可通过升降装置实现相对移动，桩腿底部设有沉垫或桩靴与海底相接触。
作业时，桩腿降至海底，平台主体提升到海面以上一定高度，以避免波浪冲击。
拖航时，平台主体降至水面，依靠浮力支承，类似于船体。
此时，桩腿升至水面以上，通过拖航方式转移至新的作业地点。
自升式平台除了承受自身重量和可变载荷外，由于其工作环境的特殊性，还要时刻承受环境载荷的作用。
还有由环境载荷引起平台结构的变形和振动，进而导致附加载荷的产生。
例如：在环境载荷作用下，桩腿会发生变形，平台上部会发生很大的侧向位移，从而导致平台主体对桩腿底部产生附加弯矩。
另外，当平台的自然周期与波浪周期接近时，平台会发生强烈振动，引起很大的动载荷。
再者，由于环境载荷的持续作用，平台结构的内部将会发生疲劳损伤，久而久之，导致结构疲劳破坏。
所以，在自升式平台结构设计过程中，要多方面、综合考虑环境载荷的影响。
1 环境载荷海洋环境载荷主要来源于风、浪、流、冰、地震等方面。
300ft自升式平台在升起工况下桩腿强度分析
300ft自升式平台在升起工况下桩腿强度分析作者：周海波来源：《现代经济信息》 2018年第17期摘要：本文以某300ft 自升式平台为研究对象，基于DNV SESAM 对其桩蹆进行有限元强度分析。
本文对桩腿结构进行了详细建模，采用WAJAC 计算波浪和流载荷的水动力，风载荷根据规范计算；采用单自由度方法对桩腿进行强度分析，同时考虑动力放大效应以及二阶P-delta 效应；计算出桩腿在升起工况下的最大应力，并根据规范要求对桩腿进行了强度校核。
关键词：自升式平台；桩腿强度；有限元中图分类号：U656 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2018)025-0338-02一、平台主要参数本文计算选取的300ft 自升式平台(Jackup) 是三角形主体、三条桩腿三角桁架式结构，平台主要参数包括：船体长度、型宽、型深、桩腿横向间距、桩腿纵向间距和设计升起空船重量，分别为62.72m、56.4m、7.75m、37.2m、35.84m、6700MT。
桩腿的主要参数包括：桩腿最大承载、斜撑类型、桩腿截距、弦杆距离、桩腿长度和桩靴底部面积，分别为6000MT、Reversed K、7.5m、10m、135m、175m。
二、平台结构的建模采用SESAM 软件的GeniE 模块建模，桩腿采用二维梁单元模拟，主船体采用板和梁单元模拟，并对桩靴结构进行了简化。
为了模拟船体真实的刚度，只对高腹板的桁架结构建模，分析桩腿强度不必对主船体进行详细建模，以减小网格数量，加快运算时间。
平台的海底约束处理手段是将桩靴下表面上的结点简支。
桩腿和船体的连接采用释放自由度的方法来模拟，泥土采用简支边界条件。
实例计算结果表明这类方法可靠且合理，广泛应用于工程实践。
三、平台升起工况下的载荷设定桩腿在升起工况中必须满足自存和钻井修井工况的强度要求。
平台升起工况的各个工况工作载荷包括环境条件，泥土条件，重量分布等。
其中自存工况假设为50 年一遇环境载荷。
自升式钻井平台上层建筑与直升机平台结构强度计算载荷分析
自升式钻 井平 台设 有 供船 员起 居 、 钻机 管 理 、
与 上层建 筑 的第三 层 甲板和 平 台的主 甲板相 连 。
钻井作业等要求的上层建筑以及供直升机起 降以 满 足平 台物资 补 给和 人 员更 换等 要求 的直升 机 平 台结 构 ｕ 。上层建筑 与直升机平 台结构 直接关 系 】 到人身安全及平台能否正常工作等问题 ， 国船级 美 社 与中 国船级 社在规范 。 ４ 中对 上层建筑 和直 升机
上 层建 筑 的结 构 自重 为 ３４ １０ｋ 均 匀分 ０ ． Ｎ，
布在上层建筑节点上 ； 直升机平台结构 的自重为 １ ２ ． Ｎ， 匀 分布在 直 升机 平 台桁架 上 ； 生 ４８ｋ 均 ２ 救
１３ ５
第 ６期
船
海
工
程
第４ Ｏ卷
最小设 计吃水与钻 台中心线 的交点处 ， 横摇和纵 摇
来 的误差 。上 层建 筑和 直升机 平 台结构按 美 国船 级社 海洋 平 台人级 与建造 规 范进行 结构设 计 和强 度有 限元 分析 。
ｌ 平 台 简介
如图 １ 示 ， 所 自升 式 钻 井 平 台在 艏部 布 置 上
层建 筑 和可供 直 升机起 降 的直 升机 平 台结构 。上
平 台结构强度 分 析 做 出了相 关 的要 求 。然而 针 对 上层 建筑和直 升机平 台结构 的分析 ， 规范 目前 只是 给 出了结构强度 分析 的一般 过程 ， 没有对所 施 加 并
图 １ ９ ．４ ｍ（０ ｔ 自升 式 钻 井 平 台 布 置 示 意 １４ ３ ０ｆ）
的载荷以及载荷组合工况进行详细的说明， 文中以 我 国 自行设计 和建造 的某 ９ ．４ｍ（０ ｔ 自升 式 １４ ３０ｆ ）
风暴状态下自升式平台结构强度分析
风暴状态下自升式平台结构强度分析摘要：自升式平台作为典型的海洋工程结构物，它由船体、桩腿、升降机构以及一系列钻井设备组成，由于恶劣的工作环境、复杂的结构。
如何对其进行风暴状态下的结构强度分析显得尤为重要了。
本文以某油气回收自升式平台为例，采用有限元分析方法，基于ABS自升式平台结构规范，考虑平台工作载荷、风浪流环境载荷、∆P效应等，应用MSC.Patran/Nastran软-件对平台的桩腿及主体结构进行了强度评估。
通过分析表明：平台主船体满足屈服屈曲强度要求，桩腿满足整体及局部屈曲强度要求，而高应力发生在桩腿与平台主体连接处。
由此，连接部位是平台设计、强度评估需重点关注的。
关键词：自升式平台；强度分析；有限元方法；设计载荷1引言自升式平台占海上移动平台数量的2/3以上，极限状态下的强度分析是平台设计阶段很重要的内容，风暴自存是自升式平台作业的危险工况，承受严酷的海洋环境载荷，属于平台设计的强度控制状态。
由此，对于风暴状态平台船体和桩腿的强度分析，受到平台试验部门的高度关注[1]。
在平台强度分析中，如何合理的建立结构的力学模型，使计算模型能够模拟出实际结构的工作状态，精确计算平台所受的载荷，对自升式平台极限工况下的结构安全性进行有限元分析，对研究自升式平台就显得至关重要了。
2平台有限元模型2.1自升式平台参数本平台为插销式液压升降的四桩腿自升式平台，平台主要由平台主体、油气工艺处理系统、桩腿及液压升降系统等组成。
平台主体为空间箱形结构，主要参数见下表1。
表1 平台主要参数序号项目设计参数1 型长×型宽×型深55m×35m×5.5m2 肋距0.5m3 桩腿形式及数量圆形壳体式，4根4 桩腿长L×直径D×板厚t 67m×3.0m×36.0mm5 桩靴（正四边形） 6.8m×6.8m×1.65m6 吊机起重能力10t7 升降系统正常升船能力1400t×48 材料AH36,DH36,EH36图1 某油气回收自升式平台总布置图及桩腿编号2.2有限元模型建立2.2.1建模方法及原则基于自升式平台各构件受力及传力特性，在用有限元软件对其建模分析时，对其有限元模型作一些合理的假定，并最大程度地保证简化后的有限元模型质量，刚度的不变性以及边界条件的合理性，本文主要分析自升式平台风暴状态的强度，重点关注区域是桩腿与平台主体连接处的强度[2]，采取梁单元模拟的桩腿结构。
自升式钻井平台中钻台结构强度分析研究
文 中 以某 典 型 ９ １ ． ４ ４ ｍ（ ３ ０ ０ ｆ ｔ ） 水 深 作 业 的 桁架 式桩 腿 自升式 钻井平 台钻 台结 构部分 为研 究
对象 ， 见图 １ 。根 据 美 国 钢结 构 技 术 （ Ａ Ｉ Ｓ Ｃ ） 规 范 要求 ， 利用 Ｓ Ａ Ｃ Ｓ软件 对钻 台在 正 常 作业 、 拖 航 等 工 况下 的强度 进行 了分 析 ， 并用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软 件 进
第４ ２卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 Ｏ ６月
船 海 工 程
ＳＨＩ Ｐ ＆ ０ＣＥＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖ０ Ｉ ＿ ４２ Ｎｏ ． ３
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ — ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ４ ７
ห้องสมุดไป่ตู้
５ ） 钻 井 工作 载 荷 。钻 井 工 作 载 荷 主要 考 虑 由位 于 钻杆井 心 处 的 ４根 梁结构 承担 。 ６ ） 吊 钩 工 作 载 荷 。 吊钩 处 的工 作 载 荷 就 是
指 其 自身重 量和 上 面 的一些 滑轮 组 的重 量 ， 还要 包 括所 有 ｓ ｅ ｔ ｂ ａ ｃ ｋ的管子 的重 量 。 ７ ） 风 载 。 由于 钻 台 结 构 上 有 较 高 的钻 井 架
计算要求 。 关键词 ： 自升式钻井 平台 ； 钻 台； 强度分 析 ； Ｓ Ａ Ｃ Ｓ软件
中图分类号 ： Ｕ ６ ６ １ ． ４ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ １ ７ ４ － ０ ４
自升式平台主船体结构强度有限元分析
５ 巷 增 ｝ ０ ｌ ＿
２０ ０９ Ｉ ＿ １ Ｊ ｊ
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强度进行有限元分析的过程 、处Ｎ ３ 法及应注意的问题，并对计算工况 、载荷 的施加等问题进行 了相应说明。 ＿－
关 键 词 ： 自升式平台；主船体强度；有限元分析
０ 引 言
白升 式平 台作 为一 种重 要 的移动 式平 台 ，是 开发海洋 石油 的基础 装 备 。 目前 ，自升 式平 台 已经成
点 壳 元 ，少鼍 使刑 ３ 点壳 单元 。部 分小肘 板 和扶强 材没 有考 虑 。人的 丌孔通 过删 除 十 应 位置 的 ｆ ｛ 元 ，体现 力 的传递 作用 ；小的开 孔则 忽略 汁。 ｌ 网格划 分具 体 过程及 问题处 理 ＿ ３ 网格 划分 是有 限元 分析 的关键 性工 作之 一 ，它 直接影 响 问题 的规模 及求 解精度 。 格 划 分包括 两 项重 要 的工作 ，即 ：单元形状 选择 和 单元 大 小的控制 。
拟。 根据 构件 的 面积及 惯性 矩对 其等 效 ， 条等 效 为圆管 结构 ， 齿 桩腿 利 用 软件 的 自定义 功能进 行模 拟 。
板梁 复 合弯 曲时 ，考 虑板 、梁 和轴 不重 合 导致 的偏心 问题 ；建立模 型 时 ，根据 平 台结构 的真 实尺 寸 ，分 别赋 予梁 单 元相应 的偏 心值 ， 从而使 得 计算模 型 和真 实结构 相吻 合 。 １ ． 界 条件 ４边 平 台着 底状 态时 ，桩腿 底 部边 界条 件 的考虑 参照 《 上移 动平 台入 级与 建造 规 范 》的相关 规 定， 海 取 海底 泥面 以下 三 米处铰 支 。本 平 台桩腿 和 主 体的连 接是通 过 齿轮齿 条 啮合 系统 实现 的 ，ｌ 者之 问通 ＿ 二 过 齿轮 齿 条来传 递 竖 向力 ，在上 、下 导 向环 处耦 合水平 位移 ，在锁 紧 区耦 合水 平和 垂直 位移 （ 见图 ７ 、
自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析(1)
σb/MPa
164.909 156.011 37.866 174.737 155.798 40.124 131.496 146.097 35.974
σ/MPa
201.819 199.141 38.165 212.840 200.227 40.423 165.475 183.047 36.273
第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
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自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析
蒙占彬，田海庆，Biblioteka 敦秋（胜利石油管理局 钻井工艺研究院，山东 东营 257061） 摘要：以国内某自升式钻井平台为例，并对利用有限元分析软件 ANSYS 对自升式海洋平台桩腿强度及稳定性分析的方法 进行介绍，提出了一种考虑桩腿齿条等构件作用的改进计算方法。 关键词：桩腿；强度；稳定性分析
表 3 自存工况作用力（90°）
构件 厚度/mm 50 艏桩 45 36 50 左艉桩 45 36 50 右艉桩 45 36 弯矩 My（ / kN· m） 弯矩 M z / (kN· m) 2 324 1 692 373 1 305 950 209 1 143 742 163 60 809 51 789 9 736 64 467 51 737 10 322 56 828 48 518 9 255 轴力 Fx /kN 22 305 23 975 137 23 026 24 697 137 20 653 20 534 137
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第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
3.2.3 计算结果 将表 1、表 2 及表 3 的数据代入式（6）进行计算，得到桩腿不同壁厚最危险单元的计算轴向应力 σa、 计算弯曲应力 σb 及计算组合应力 σ，如表 4 所示。
船舶碰撞下自升式平台结构强度及主要撞击参数分析
Ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｔｅ ｇ ｈ ａ ｄ ｐ ｉ ａ ｙ ｐ ｒ ｍ ｅｅ ｎ ｌｓｓ ｔｕ ｔ ｒ ｌｓｒ ｎ ｔ ｎ ｒｍ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ａ ａ ｙ ｉ
ｏ ａ ｋｕ ｏ ｔ ｏｌ ｉｎ ｆａｊｃ －ｐ ｂ ａ ｌｓ ｃ ｉｏ
ＬＩ Ｙｉ Ｎ ，ＬＩＣｈ ｎ ｅ ｇ ｅ ｆ ｎ ，ＴＩ ＡＮ ｎ ｑ Ｍｉ ｇ ｉ
林一 李陈峰 田明琦 ， ，
（ ．哈 尔滨工程大学 船舶 工程 学院 ， １ 黑龙江 哈 尔滨 １０ ０ ； ．上海 中集海洋工程研 发中心 ， ５０１ ２ 上海 ２ １０ ） ０ ２６
摘
要： 自升式平台在工作状态下存在较高的与船舶 碰撞 的风险 ， 不仅会危及 自身整体安全性 ， 更会导致其工作停 滞 ， 造
Ｃ ｍ ａｅ ｉ ｔｅ ｆ ｏｅｉｓ ｌ ｔ ｎ ， ａｋｕ ｓ ｒ ｍ ｃ ｒ ｅｉｌ ｂ ｔ ａｅａｍ ｃ ｗ ｒ ｅ ｅ ｆ ｅ ｕ － ｏ ｐ ｒｄｗｔ ｏｈｒ ｆ ｈ ｒ ｎｔ ａ ｏ ｓ ｊｃ －ｐ ｅ ｕ ｈｍｏ ｆ ｘｂｅ ｕ ｈｖ ｕ ｈｌ ｅ ｇ ｅｏ ｄ ｎ ｈ ｏｓ ａ ｉ ａ ｅｌ ｏ ｄｒ ｒ
ａ ｎｅａ ｐｅ ｏ ｅａ ｐｏｃ ｆ ｓｅｓ ｇｓ ｕ ｔｒｌ ｔ ｎｔ ｒａｃｌｓ ｎｂ ｔｅｎａｊｃ —ｐａ ｄｖ ｓ ｌ ｏｓ ｅ－ ｓ ｘ ｍ ｌ， ｎ ｐ ｒａｈｏ ａｓｓｉ ｔ ｃ ａ ｓ ｅ ｇ ｆ ｏｌｉ ｅ ｅ ｋｕ ｎ ｅｓ ｎｉ ｒ ａ ｎ ｒ ｕ ｒ ｈ ｏ ｉｏ ｗ ａ ｅｃ ｄ
ｎ ｍ ｃｒｓｏ ｓ ｎ ｔ ｃｕｅｓ ｅｇｈ ａｅ ｎ ｎｎｌ ｅ ｎｔ ｅ ｍ ｎ ａａ ｓ ｔｏ ｓ ａ ｉｇａ３ ０ ｃ —ｐ ａ ｉ ｅｐ ｎｅａｄ ｓｕ ｔｒ ｔ ｎ ｔ．Ｂ ｓｄｏ ｏ —ｎｒ ｉｉ ｌ ｅ ｔ ｎ ｌ ｉ ｍｅ ｄ ，ｔ ｎ ０ ｆｊ ｋｕ ｒ ｒ ｉ ｆ ｅ ｅ ｙｓ ｈ ｋ ｉａ
自升式钻井平台桩靴结构强度分析
１ ． ３ 材 料 与许用 应 力 桩靴 结构 材料 为 高强度 钢和 甚 高强 度钢 ，杨 氏模 量 Ｅ ＝ ２ ０ ６ ８ ０ ０ ＭＰ ａ ；泊 松 比 ｖ ＝ ０ ＿ ３ 。依据 Ａ ＢＳ规
安全 系数 为 １ ． １ １ 。许 用 应力 见表 １ 。
与海 底 接触 的 区域不 再 是均布 载 荷 。 在 工况 分析 中，使用 三角 载荷 模拟 桩靴 底部 承 受 的载 荷 。并在 水平 方 向加载 水平 力 ，弯矩 均 与环境 载 荷 方 向相反 ，大小相 等 。考 察 自升式 钻井 平 台在不 同水 深条 件 下 ，环 境 载荷 方 向为 ０ 。 、６ ０ 。 、９ ０ 。 、１ ２ ０ 。 、
接 触 面 ，根据 平衡 原理 有 ： 胁 ＋Ｐ （
得：
一７ ｃ ｒ ） ｃ ｏ ｓ ａ一１ １ ２ ０ ． ７ ３ ｋ Ｎ ＝０
Ｐ＝１ ７ ２ ５ ４ ６ ７ ． ３ ９ ２Ｐ ａ ≈１ ． ７ ３ ＭＰ ａ
同理 可 以得到 接触 有 效半径 为 Ｒ Ｏ Ｂ、
时 桩靴 底部 的均 布压 力 Ｐ。
２ ）若 考 虑到 海水 冲刷 导致 的偏 心 载荷 ，取 ５ ０ ％计算 ，则 接触 面积 减为 桩靴 底 部面积 的 ｌ ／ ２ ，根 据平 衡 原理 ，垂 向 的矢量 和为 ０ ，得 关于 Ｐ的方 程 ：
０ ． ５ 尸 兀 ｌ ｒ ＋０ ． ５ 尸 （ 兀
得： 尸＝８ ９ ５ ２ １ ０ ． ９ ０ ５ ４ Ｐ ａ ≈０ ． ９ ＭＰ ａ
定桩靴底部与海底的接触范围内受到均布压力 Ｐ ，方向垂直于接触面，而最大升桩力与桩腿重力总共为 １ １ ２ ０ ７ ３ ｋ Ｎ，方 向垂 直 于水 平面 向下 ，根 据平 衡 原理 ，两 者在 垂 向上 的矢 量和 为 ０ 。
自升式起重平台站立状态结构强度
自升式起重平台站立状态结构强度
金晶;韩传杰
【期刊名称】《造船技术》
【年(卷),期】2018(000)002
【摘要】对1 000 t自升式起重平台主船体站立状态结构强度进行有限元计算分析,得到船体各部分详细的应力分布特点.计算结果表明,对于自升式起重平台站立状态平台结构强度主要考虑工作和预压载2种工况.工作工况应力主要集中在主吊机附近,且对应力影响较大的载荷为船体自重及吊机弯矩;预压载工况4个桩井区域船体和舱壁应力均较大,以剪应力为主,应力大小与预压反力大小成线性关系.
【总页数】3页(P12-14)
【作者】金晶;韩传杰
【作者单位】上海振华重工(集团)股份有限公司,上海200125;上海振华重工(集团)股份有限公司,上海200125
【正文语种】中文
【中图分类】P75
【相关文献】
1.自升式风车安装船站立状态总体强度分析 [J], 刘仁昌;赵志坚;王永刚;李连亮;黄金林
2.拖航状态下自升式钻井平台桩腿结构强度分析 [J], 李红涛;汪震宇
3.自升式海洋平台站立状态下的性能分析 [J], 李红涛;徐捷;李晔
4.自升式抛石整平平台站立状态总体性能分析 [J], 吴靓;蒋秋申;李丽红;李卫华
5.自升式钻井平台上层建筑与直升机平台结构强度计算载荷分析 [J], 黄如旭;刘刚;黄一;李勇
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自升式平台介绍
JACK-UP INTRODUCTIONLiu Dahui2010-12-17Content一．自升式钻井平台的型式和设计二．自升式钻井平台建造数量和船型分布统计三．全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述四．主要设计公司船型介绍五．自升式钻井平台的结构及强度分析介绍六．自升式钻井平台的操作工况及关键参数一.自升式钻井平台的型式和设计一.自升式钻井平台的型式和设计1.支撑形式：沉垫式/桩靴式一.自升式钻井平台的型式和设计2.升降装置: 液压缸升降(插桩式)/齿条/齿轮箱一.自升式钻井平台的型式和设计3.桩腿结构型式: 筒型/绗架一.自升式钻井平台的型式和设计4.桩腿结构型式: 三角形/方形一.自升式钻井平台的型式和设计5.桩腿数量: 3腿/4腿一.自升式钻井平台的型式和设计6.槽口: 有槽口/无槽口一.自升式钻井平台的型式和设计7.生活楼的布置: 横向布置/周边布置二.自升式钻井平台建造数量-65~05年二.自升式钻井平台建造数量-70-10年二.自升式钻井平台建造数量-水深（65~05年）二.自升式钻井平台建造数量-设计公司（90~05年）二.自升式钻井平台建造数量-设计公司（by2010）三.全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述三.全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述-F&G三.全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述-Keppel三.全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述-CBD CORALL三.全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述-MSC(bv)三.全球主要自升式钻井平台设计公司情况简述-MSC(bv)四.主要设计公司船型介绍-F&G “JU2000”四.主要设计公司船型介绍-F&G “L-780 Mod V”四.主要设计公司船型介绍-F&G “L-780 Mod VI”四.主要设计公司船型介绍-MSC-”CJ50”四.主要设计公司船型介绍-MSC “CJ62 S120”四.主要设计公司船型介绍-MSC “CJ70 150MC”四.主要设计公司船型介绍-Letourneau “Super Gorilla XL”四.主要设计公司船型介绍-Letourneau “Super Gorilla”四.主要设计公司船型介绍-Keppel “Mod V”四.主要设计公司船型介绍-Keppel “B Class”四.主要设计公司船型介绍-Keppel “Mod V”五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍I.HullII.Legs & FootingsIII.Equipments五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-HULL.I.Watertight-buoyancyII.Supply SpaceIII.Length、Width、Draft五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Legs & Footings .I.Support WeightII.Resist Environmental LoadIII.Length \Support Area五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Legs五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Legs五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Chord &Rack五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Spud Can五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Equipments .I.Marine EquipmentsII.Mission EquipmentsIII.Elevating Equipments五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Elevating Equipments .Jacking System Rack chock System五.自升式钻井平台的结构及强度分析介绍-Elevating Equipments五.自升式钻井平台的设计工况-考虑载荷I.100 knot WindII.Owner Specified Wave/CurrentIII.Pinned Seabed Support ConditionIV.P-DeltaV.Inertial Load五.自升式钻井平台的设计工况-极限参数I.Deepest WD for Drilling is approximately 450ftII.Maximum WH is 100ftIII.Strongest sustained wind speed is109 knotIV.Longest Leg Length is 700 ftV.Maximum total elevated load is approximately 46，000kips（20，909Ton）五.自升式钻井平台的强度分析I.In-placeII.TransitIII.Elevated HullIV.Cantilever/Drill floorV.Jack case and lower guide/Jack bracing foundation VI.Cantilever /Hull InterfaceVII.Spud can五.自升式钻井平台的强度分析-“In-place”五.自升式钻井平台的强度分析-“In-place”I.Leg strength checkII.Stability checkIII.Jacking/Rack chock system checkIV.Preload Capacity check五.自升式钻井平台的强度分析-“Transit”I.Field TransitII.Ocean TransitIII.Leg Strength Analysis五.自升式钻井平台的强度分析-“Elevated Hull”I.PreloadII.Maximum VDLIII.Storm SurvivalIV.Drilling。
自升式平台的结构强度计算
ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｗｉ ｎ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｃ ｅ
ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ． Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｋ ａ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｂ ｉ ｇ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ｓ ｈ ｏ ｕ ｌ ｄ ａ ｌ ｓ ｏ ｂ ｅ
摘 要 ：自升 式 平 台 在海 洋 石 油 开 发 中 被 广 泛 应 用 ， 为保 障平 台在 各 类 海 况 中正 常 工 作 ，其 结 构 强 度 是 安 全 评 估 的
重要依据 。以渤海海 区的自然环境条件为设计背景 ，考虑风载荷 、流载荷 、冰载荷和波浪载荷等环境载荷 ，以及 载荷沿横 向、纵 向和斜 向作用时 ，对平 台的结构 强度进行有 限元分析 ，计算平 台桩腿和主体结构在不 同工况下 的
提供参考 。
关键词 ： 自升式平 台；结构 ：强度 ；应力 ；位移 中图分类号 ：Ｕ６ ７ ４ 文献标 志码 ：Ａ 文章编 号 ：２ ０ ９ ５ ． ４ ０ ６ ９（ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ２ ２ ． ０ ４
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈｅ Ｊ ａ ｃ ｋ— ｕｐ ｐｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍｓ ｈａ ｖｅ ｗｉ ｄ ｅ ａ ｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｉ ｎ ｏｆ ｆ ｓ ｈｏ ｒ ｅ ｏ ｉ ｌ ｅ ｘ ｐｌ ｏｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄｅ ｒ ｔ ｏ ｇ ｕａ ｒ ａ ｎｔ ｅ ｅ ｉ ｔ ｓ ｎｏ ｒ ｍａ ｌ
自升式平台塔形井架结构强度分析
构， 其 构件 四面成 网络 或桁架 结 构 ， 因此 它具 有很
大的组 合截 面 惯性 ， 整体 稳 定 性 好、 承 载 能力
大 Ｊ 。 由于海洋 平 台所 处 的海 洋 环 境 十 分 复 杂 和恶 劣 ， 载荷不 确定 因素 多 ， 因此结构 强度 分析 自 然成 为设计 阶段 的重 要研 究 内容 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ６— ４ ０ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ６— ２ ６
螺栓 摩擦 式连接 。焊 接与法 兰式 对接 均视 为刚性 节点 ， 不仅 承 受轴 向力 而 且也 承受 弯 矩作 用 。对
于 螺栓摩 擦式 连接 ， 承受 轴 向力 ， 只传 递端 板法 向
性 连接 ， Ｖ形大 门下两 层为 焊接 刚性连 接 ， 横梁 既
有刚性 连接 ， 又有 半 刚性 连接 。
１ ３ ４
自升式平 台塔形井架结构强度分析——吴 富生 ， 柏
垠， 谢 蓓莉
１ ． ３ 杆件 的有效 长 度
表 ２ 井 架 风 载 分 类 与 风 速 大 小
有效长度概念 是用 来计 算 结构 整体 与对 某 一
惯性 矩的方 向分 为 ｋ 和 ｋ ： 。根 据每根 杆件受 力形 式， 立柱 ｋ ＝ｋ ： ＝１ ． ０ ； 横梁 ｋ ＝１ ． ０ ， ｋ ： ＝ ２ ． ０ ； Ｖ形 大门 ｋ ＝１ ． ０ ， ｋ ： ＝ ２ ． ０ ； 斜撑 ｋ＝１ ． ０ 。 １ ． ４ 模 型约束
自升式 平 台塔形 井 架 结 构 强度 分 析
吴富生 ， 柏 垠， 谢 蓓莉
（ 上海振 华重工（ 集 团） 股份有限公 司， 上海 ２ ０ ０ １ ２ ５ ） 摘 要： 建立 自升式塔型井架 的有限元模型 ， 阐述 Ａ Ｐ Ｉ 规范 中对井架结构分析的要求 ， 给 出井架受到的工
拖航状态的自升式平台桩腿强度分析
拖航状态的自升式平台桩腿强度分析孙雪荣【摘要】为实现拖航状态的自升式平台桩腿强度分析，借助DNV系列软件包，以频率响应分析的方法对自升式海洋平台拖航状态时的横摇和纵摇固有周期进行了计算；以频响分析中各相应固有周期的RAO值和相关规范规定的6度单幅横摇或纵摇值确定拖航的计算波高，并进行拖航状态时的准静态结构分析；最后采用API-AISC-WSD软件来完成桩腿自身结构的屈服和屈曲强度校核，从而为自升式平台确定恰当的桩腿系固和拖航方案提供依据。
%This paper calculates the roll and pitch natural period of the self-elevating drilling unit legs in towing condition for the structural strength analysis of legs by frequency response analysis method via DNV software package. It also calculates the wave height by the RAO value of the strength analysis of the unit legs and the 6°single amplitude rolling and pitching value in the relevant regulations, and carries out the quasi-static structural analysis in the towing condition. Finally, it checks the yield and buckling structural strength of the unit legs by API-AISC-WSD, which provides the basis for the appropriate leg securing and towing scheme.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P49-52)【关键词】固有周期;结构强度;拖航状态;有限元法【作者】孙雪荣【作者单位】中国船舶及海洋工程研究设计院上海200011【正文语种】中文【中图分类】U662.1自升式海洋平台主要由平台主体结构、桩腿、升降结构、钻井机构等组成。
自升式钻井平台上层建筑与直升机平台结构强度计算载荷分析_黄如旭
黄如旭，刘 刚，黄 一，李 勇
（ 大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024）
摘 要：以某 91． 44 m（ 300 ft） 自升式钻井平台为例，对上层建筑与直升机平台结构有限元强度分析中所
施加的载荷以及载荷组合工况进行分析。考虑的基本载荷包括结构自重、可变载荷、惯性载荷、风载荷和直升
机机轮载荷等。给出了载荷的计算过程和合理的载荷施加方法，并按各种载荷最不利组合的原则，提出了更
2 基本载荷
2． 1 结构自重 上层建筑的结构自重为 3 401． 0 kN，均匀分
布在上层建筑节点上； 直升机平台结构的自重为 1 224． 8 kN，均匀分布在直升机平台桁架上； 救生
153
第6 期
船海工程
第 40 卷
图 2 上层建筑与直升机平台结构总体有限元模型
艇的自重为 608． 22 kN，以线载荷的方式均匀加 载在等效梁上。 2． 2 可变载荷
第 40 卷 第 6 期 2011 年 12 月
船海工程 SHIP ＆ OCEAN ENGINEERING
DOI： 10． 3963 / j． issn． 1671-7953． 2011． 06． 040
Vol． 40 No． 6 Dec． 2011
自升式钻井平台上层建筑与直升机平台 结构强度计算载荷分析
收稿日期：2011-04-18 修回日期：2011-08-09 作者简介：黄如旭（ 1987-） ，男，硕士生。 研究方向：海洋工程与结构安全 E-mail： whateverwhy@ 126． com
与上层建筑的第三层甲板和平台的主甲板相连。
图 1 91． 44 m（300 ft） 自升式钻井平台布置示意
图 3 水平加速度力矩臂 Zp
第六章自升式平台强度12-3案例
(6 8)
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
【实例】计算节矩L=5.486 m的桁架式桩腿的等效直径D与相应的拖曳力系 数CD。 表6-2 桩腿等效D 的计算
构件 弦杆 水平杆 斜撑 内水平撑 总计 数量 3 3 6 3 di(m) 1.040 0.3239 0.2984 0.1143 li(m) 5.486 9.906 6.884 4.960 ∑(di2 li)(m3) 17.80 3.12 3.68 0.19 24.79
4.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，即先由某个对角线方向上 的桩腿升降机构作升船运动，而另两个对角线方向的桩腿升降机构松开，此 时平台主体的全部重量由预压的两桩腿承担，使土壤承受压缩，然后再将另 两个桩腿作升船运动，原先两个桩腿放松；这样轮换对角线预压，直至达到 规定的预压载荷后桩腿不再下沉为止。 这种预压方式，对桩腿而言将承受最大的轴向预压载荷，大约为正常工作 载荷的1.6～2.0倍，对船体而言，就相当于支撑在对角线桩腿上，平台上的 重力载荷使船体产生弯曲和扭曲变形。 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。
7592.4
7592.4 7592.4 7592.4 6473.4 6473.4 6473.4 6473.4 6473.4
421952
421952 421952 421952 459620 459620 459620 459620 459620
17245.9
18721.6 21715.0 17093.4 15868.1 16227.8 17545.2 18849.3 17840.6
自升式平台改造的强度分析
风 暴 自存 工 况 ： 高 小 于 ７ ６ 风 速 小 于 波 ． ２ ｍ，
４ ｓ 表面 流速 ０ ７ ｓ 海底 流速 ０ ２ ｓ １ｍ／ ， ． ７ｍ／ ， ． ６ｍ／ 。 拖 航工 况 ： 风速 小于 １ ． ｓ 沿 海拖 航稳 性满 ３ ８ｍ／ ，
（ 主要 是指 风载 荷 、 波浪 、 流载 荷 ） 。在不 同工 况下 钻 井 平 台的 载荷 分布 也不 尽相 同 ， 参 阅Ｃ Ｓ＜ 可 Ｃ＜ 海上 移
２ ２ 环 境条 件 ．
平 台 用 于 无 冰 期 作 业 ， 低 日 平 均 气 温 最
一
１ Ｏ℃ 。最 大作 业 水深 ３ 含 潮 高 ） ０ｍ（ 。作 业 间隙 正 常 作 业 工 况 ： 高 小 于 ４ ｍ， 速 小 于 波 风
１ 平 台底 至基准 水平 面 ） ０ｍ（ 。
处 ， 台桩腿 围井 下 部局部 加厚 ， 平 以保 证平 台与桩 腿
之 间的位 移 一致 。
了有 限元 计算 模型 ， 校核 了平 台的 总强度 ， 括平 台 包 板架 强度 和 稳定性 以及 桩腿 强度 和 稳定 性 。本 文 着 重 阐述 了本 平 台强 度分 析过 程 与方 法 。
２ 概 述
２ １ 平 台简述 ．
２ ． ｓ 表 面 流 速 ０ ７ ｓ 海 底 流 速 ０ ２ ｓ Ｏ ７ｍ／ ， ． ７ｍ／ ， ． ６ｍ／ 。
升 降 工况 ： 波高 小 于 １ｍ，Hale Waihona Puke 速小 于 ８ｍ／ ， 面 风 ｓ表
流 速 ０ ７ ｓ 海 底 流 速 ０ ２ ｓ ． ７ｍ／ ， ． ６ｍ／ 。
维普资讯
２０ ０ ６年 ４月
船
舶
Ａ ｐ ｉ，２ ０ ｒｌ ０ ６ ＮＯ． ２
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6.1
自升式平台的主要工作状态
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。 例如在着底状态中有满载风暴工况和满载作业工况。前者为平台遭到 百年一遇的风暴，甲板载荷为满载情况，这时已不进行钻井作业；后者的 环境条件通常为36m/s风速下的海浪，甲板载荷为满载情况，平台正常钻 井。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，前一种是在油田范围内拖航，环 境条件不严重(6～7级风），后一种是远距离大洋拖航，要估计可能遇到 大风暴情况（例如100 kn风速）。对于需要远距离大洋拖航的自升式平台 ，就要按照这种工况进行计算。因此在设计工况的选取中对甲板变动载荷 （包括大钩载荷）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。
4.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，即先由某个对角线方向上 的桩腿升降机构作升船运动，而另两个对角线方向的桩腿升降机构松开，此 时平台主体的全部重量由预压的两桩腿承担，使土壤承受压缩，然后再将另 两个桩腿作升船运动，原先两个桩腿放松；这样轮换对角线预压，直至达到 规定的预压载荷后桩腿不再下沉为止。 这种预压方式，对桩腿而言将承受最大的轴向预压载荷，大约为正常工作 载荷的1.6～2.0倍，对船体而言，就相当于支撑在对角线桩腿上，平台上的 重力载荷使船体产生弯曲和扭曲变形。 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。
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
波浪力 风力 水平力 （kn） 7592.4 7592.4 7592.4 7592.4 7592.4 6473.4 6473.4 6473.4 倾覆力矩 （kN∙m） 421952 421952 421952 421952 421952 459620 459620 459620 水平力 （kn） 16179.1 17245.9 18721.6 21715.0 17093.4 15868.1 16227.8 17545.2 合力 倾覆力矩 （kN∙m） 673224 707682 727558 811271 644734 856758 868899 915290
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
图6-3所示为海底基础约束程度时桩腿弯矩分布的影响。
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
海底基础对桩腿的转动约束可用一个转动弹簧来表示，此转动弹簧的刚 度系数的确定取决于海底土坡的特性，插桩深度和桩脚箱的形状等，是一个 颇为复杂的间题，作为近似计算，转动弹簧的刚度系数可用下式表示。
11-14
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
一、平台的结构理想化问题
将整个平台理想化为空间刚架，其中船体作为板架处理，桁架式桩腿 则简化为相当杆件，桩体上端与船体刚性连接，下端为铰支或弹性支承， 如图6-2所示。
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
根据移动平台规范的规定，桩腿的下端可按海底泥面以下3米处铰支 处理。这种处理方法计算比较简单，但略去了海底基础对桩腿下端的转动 约束，此时桩腿的弯矩全部集中于桩腿与船体的连接处，而且此弯矩值相 当大，因此这种处理方法对结构设计来说是偏于保守的。事实上海底基础 对桩腿是有转动约束作用的，这种约束将使桩腿下端承受弯矩，从而使桩 腿与船体连接处的弯矩减少。
§6.1
自升式平台的主要工作状态05-4-12
5.着底状态
着底状态包括满载风暴不作业和满载作业两种状态。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。 平台主体被桩腿支撑在海面之上时，平台主体上的甲板载荷和风力将 通过桩腿传递到海底，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。 根据上述各种工作状态的受力分析，平台结构通常需要进行下列的强 度计算： （1）平台总体强度的计算（着底状态）； （2）单桩腿局部强度计算（着底状态，拖航状态，放桩与提桩状态）； （3）船体强度计算（拖航状态，桩腿预压状态）； （4）固桩区结构强度计算（着底状态，拖航状态）。
表6-1 “南海一号”自升式平台风和波浪引起的水平力和倾覆力矩
工作水深 波向（度） 0 60 30m 90 120 180 0 60 50m 90 水平力 （kn） 8586.7 9853.5 11129.2 14122.6 9501.0 9394.7 9754.4 11071.8 倾覆力矩 （kN∙m） 251272 285730 305606 389319 222782 397133 400279 455870
8Gr03 Ks 3 1
(6 1)
式中：G为土壤的剪切模数；ν为土壤的泊桑比；r0为桩脚箱的半径或接触 面积的半径。假如桩脚箱是边长分别为B 和L 的矩形，且L 垂直于转动轴， 则等效的半径向可用下式表示。
3 BL r0 4 3
(6 2)
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
§6.1
自升式平台的主要工作状态
3.插桩和拔桩状态
插桩式平台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。
§6.1
自升式平台的主要工作状态
1.拖航状态
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，这时平台主体漂浮在海面上，桩腿升到平台主体之上，由于受 到风浪的作用，平台主体也将如船舶一样产生摇摆运动。这时平台主体受到 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，当平台主体的纵摇或横摇的角度较大时桩腿因倾斜又对 根部产生很大的桩腿重力力矩。
2.放桩和提桩状态
放桩是指桩腿向海底下放，提桩是指桩腿拔出海底之后向上提升，这时 船体仍浮在海面上，在放桩和提桩的过程中，当桩腿未与海底接触但船体在 风浪作用下发生摇摆时，桩腿也随着摇摆使桩腿上部（接近船体底部）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，桩腿根部也将产生很大的动应力。
于是等效直径D的拖曳力系数CD可由下式计算出： (CDi di li ) CD (6 6) DL 根据式(6-4)，一个节距的波浪力可写成： 1 D2 F CD DLU U CM LU 2 4 式中：L为节距长度；D为 等效直径，按式(6-5)求 得；CD为对应于等效直径 的拖曳力系数，按式(6-6) 求得；CM为圆管的惯性力 系数，通常取为2。
平台着底状态的总体强度计算
(6 4)
式中：CDi，CMi分别为i构件的拖曳力系数与惯性力系数；di，li分别为i构 件的直径与长度；li’为i构件的投影长度；U、 分别为水质点的速度与加 速度。
U
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
D di2li L (6 5)
圆管惯性力系数CMi取为2，故“等效直径”D 由下式求得：
(6 8)
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
【实例】计算节矩L=5.486 m的桁架式桩腿的等效直径D与相应的拖曳力系 数CD。 表6-2 桩腿等效D 的计算
构件 弦杆 水平杆 斜撑 内水平撑 总计 数量 3 3 6 3 di(m) 1.040 0.3239 0.2984 0.1143 li(m) 5.486 9.906 6.884 4.960 ∑(di2 li)(m3) 17.80 3.12 3.68 0.19 24.79
二、环境载荷计算
在平台着底状态的总体强度计算中，一般是以满载风暴工况（不钻井） 作为设计工况。但由于不同的风向、波浪入射角、波峰位置和不同的海流方 向对平台产生的环境载荷有较大的差异，所以需要进行环境载荷的搜索，以 确定最大的环境载荷，并以此环境载荷与甲板载荷叠加，进行总强度计算。 对风载荷，可以先将受风构件在 不同风向的投影面积、形状系数、高 度系致、风压值、风力作用高度等计 算出来，然后求得不同风向的风力和 它对桩腿下端的力矩。对于有对称性 的平台，一般在0°到180°之间取6至 7个风向角进行计算，如图6-4所示。
120
180
12375.9
11367.2
507802
447492
6473.4
6473.4
459620
459620
18849.3
17840.6
967422
907112
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
在波浪力的计算中，浸没于水中的各桁架构件被简化为一个流体动力 等效梁。其方法如下： 前已述及单位长度圆柱体的波浪力是用莫里桑公式计算的：
CD
21.13 1.811 2.126 5.486
§6.2
平台着底状态的总体强度计算
本例中弦杆直径d=1.040m是考虑到弦杆上的齿条中心线间的距高，但 就是一根桩腿上的三根弦杆其齿条相对于波向的方向也是不同的（见图66），这里为简单起见近似取波向垂直于齿条的条的情况作为代表。
§6.2
D
24.79 2.126(m) 5.486
di2 li’ (m2) 17.12 6.42 10.73 1.13 CDi 0.7 0.5 0.5 0.5 ∑(Ci di li’)(m3) 11.98 3.21 5.37 0.57 21.13