船舶與海洋工程畢業(yè)設(shè)計(jì)30m水深固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　30m水深固定平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 船舶與海洋工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></

3、p><p>　　隨著人類對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)的需求日益增長(zhǎng)，近年來(lái)海洋工程在世界各國(guó)得到迅速發(fā)展，特別是海洋平臺(tái)。海洋平臺(tái)是一種海洋工程結(jié)構(gòu)物，它為開(kāi)發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場(chǎng)所。目前應(yīng)用海洋平臺(tái)最為廣泛的領(lǐng)域當(dāng)屬海上油氣資源的勘探與開(kāi)發(fā)。因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境條件十分惡劣，所以對(duì)固定式海洋平臺(tái)的計(jì)算，不僅能夠檢驗(yàn)規(guī)范設(shè)計(jì)是否符合強(qiáng)度要求，也可以對(duì)平臺(tái)整體構(gòu)件進(jìn)行更加直觀的計(jì)算，觀察哪些構(gòu)件還需要加強(qiáng)，哪些可以減少。所

4、以對(duì)平臺(tái)的強(qiáng)度之間計(jì)算有著重要的意義。</p><p>　　本文以渤海海區(qū)的自然環(huán)境條件為設(shè)計(jì)依據(jù)，運(yùn)用MSC-Patran有限元軟件，建立平臺(tái)有限元模型。在考慮了海風(fēng)、海冰和波浪等環(huán)境荷載的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了直接計(jì)算，從而進(jìn)一步優(yōu)化平臺(tái)的材料以及結(jié)構(gòu)。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；固定式平臺(tái)； MSC-Patran；應(yīng)力；位移 </p><p&

5、gt;　　Designing of Jacket Platform at 30m Depth Sea</p><p>　　[Abstract] With the growing demand of humanity on the marine resources development, marine engineering in the world have developed rapidly in recen

6、t years, particularly offshore platforms. Offshore is a marine engineering structure, it is for the development and utilization of marine resources, marine operations and provide a place of life.Currently the most widely

7、 used areas of offshore platform was undoubtedly the offshore oil and gas resources exploration and development. Very poor condition </p><p>　　In this paper, the natural environment of the Bohai Sea for the

8、design basis conditions, the use of MSC-Patran finite element software, finite element model to create a platform. In considering the wind, sea ice and waves and other environmental loads, based on the strength of its di

9、rect calculation of the structure to further optimize the platform for materials and structures.</p><p>　　[Key Words] structural strength; fixed platform; MSC-Patran &Nastran; stress; displacement</p&

10、gt;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 緒論1</b></p><p>　　1.1海洋平臺(tái)介紹1</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)背景1</b></p><p>　　1.3本設(shè)計(jì)研究的目的與意義3</p>

11、<p>　　2. 環(huán)境條件和設(shè)計(jì)依據(jù)4</p><p><b>　　2.1環(huán)境條件4</b></p><p>　　2.2平臺(tái)設(shè)計(jì)依據(jù)4</p><p><b>　　2.3計(jì)算工況5</b></p><p>　　3.平臺(tái)選型和主尺度6</p><p>　

12、　3.1 平臺(tái)簡(jiǎn)圖6</p><p><b>　　3.2甲板高程7</b></p><p><b>　　4. 載荷計(jì)算8</b></p><p>　　4.1風(fēng)荷載計(jì)算8</p><p>　　4.2冰載荷計(jì)算10</p><p>　　4.3波浪載荷10</p&

13、gt;<p>　　4.4平臺(tái)甲板設(shè)備載荷14</p><p>　　5.平臺(tái)模型的建立和計(jì)算15</p><p>　　5.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化15</p><p>　　5.2邊界條件15</p><p>　　5.3計(jì)算程序15</p><p><b>　　5.4建模15</b><

14、;/p><p>　　5.5第一種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖20</p><p>　　5.6第二種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖26</p><p>　　5.7第三種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖33</p><p>　　5.8 第四種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖39</p><p&

15、gt;　　5.9 最大組合應(yīng)力圖46</p><p><b>　　6.平臺(tái)防腐49</b></p><p>　　6. 1海洋平臺(tái)的腐蝕規(guī)律49</p><p>　　6. 2海洋平臺(tái)的防腐措施49</p><p><b>　　7.設(shè)計(jì)總結(jié)51</b></p><p>

16、　　7.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)51</p><p>　　7.2 存在不足51</p><p>　　7.3設(shè)計(jì)感想52</p><p>　　7.4總結(jié)和體會(huì)52</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></p><p><b>　　致謝55</b></p>

17、<p><b>　　外文翻譯56</b></p><p><b>　　外文資料56</b></p><p><b>　　譯文60</b></p><p><b>　　1. 緒論</b></p><p><b>　　1.1海洋平

18、臺(tái)介紹</b></p><p>　　海洋平臺(tái)是一種海洋工程結(jié)構(gòu)物，它為開(kāi)發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場(chǎng)所。隨著海洋開(kāi)發(fā)事業(yè)的迅速發(fā)展，海洋平臺(tái)得到了廣泛的應(yīng)用，如海底石油和天然氣的勘探與開(kāi)發(fā)、海底管線鋪設(shè)、海洋波浪能的利用、建造海上機(jī)場(chǎng)及海上工廠等。海洋平臺(tái)大致可分為三類：固定式平臺(tái)、移動(dòng)式平臺(tái)、順應(yīng)式平臺(tái)。而本文研究的固定式平臺(tái)按支承情況分為樁基式和重力式兩種。其特點(diǎn)是整體穩(wěn)定性好，剛度較

19、大，受季節(jié)和氣候的影響較小,抗風(fēng)暴的能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性能差,一經(jīng)下沉定位固定，則較難移位重復(fù)使用。樁基平臺(tái)屬鉆井、采油平臺(tái),工作水深一般在十余米到200米的范圍內(nèi)（個(gè)別平臺(tái)超過(guò)300米）,是目前世界上使用最多的一種平臺(tái)。從設(shè)計(jì)理論和建造技術(shù)來(lái)衡量，它都是一種最成熟和最通用的平臺(tái)型式。鋼筋混凝土重力式平臺(tái)是70年代初開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一種新型平臺(tái)結(jié)構(gòu)，目前主要用于歐洲的北海油田。這種平臺(tái)具有鉆井、采油、儲(chǔ)油等多種功能，水深在200米以內(nèi)均可

20、采用，最佳水深為100～150米。由于固定式平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝方便，造價(jià)低整體穩(wěn)定性好，剛度較大，受季節(jié)和氣候的影響較小,抗風(fēng)暴的能力強(qiáng)，等特點(diǎn)，所以固定式海洋平臺(tái)的發(fā)展是大勢(shì)所趨，</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　1.2.1MSC-Patran&Nastran介紹</p><p>　　

21、MSC-Patran&Nastran是功能齊全的高級(jí)非線性有限元軟件，具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力。可以處理各種線性和非線性結(jié)構(gòu)分析包括：線性或非線性靜力分析、模態(tài)分析、簡(jiǎn)諧響應(yīng)分析、頻譜分析、隨機(jī)振動(dòng)分析、動(dòng)力響應(yīng)分析、自動(dòng)的靜/動(dòng)力接觸、屈曲/失穩(wěn)、失效和破壞分析等。為滿足工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的各種需求，提供了層次豐富、適應(yīng)性強(qiáng)、能夠在多種硬件平臺(tái)上運(yùn)行的系列產(chǎn)品。Patran提供了豐富的工具，能夠簡(jiǎn)化線性，非線性，顯式動(dòng)態(tài)方法，熱求解

22、器，以及其他有限元求解器的分析。Patran提供的幾何清理工具能夠使工程師可以輕松處理CAD中的縫隙和裂片，實(shí)體建模工具能夠從頭創(chuàng)建模型，從而Patran使得任何人都可以創(chuàng)建有限元模型。使用全自動(dòng)網(wǎng)格劃分系統(tǒng)可以很容易在平面和立體上創(chuàng)建網(wǎng)格劃分（包括十六網(wǎng)格網(wǎng)格劃分），手工方法能夠提供更多的控制權(quán)，或者兩者的組合。最后，最流行的有限元求解器的荷載，邊界條件和分析設(shè)置是內(nèi)置的，能夠最大限度地減少輸入文件的編輯。Patran的綜合性和行業(yè)測(cè)

23、試功能可以確保您的仿真原型創(chuàng)造可以快速提供結(jié)果，以便可以根據(jù)需求進(jìn)行產(chǎn)品性能評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)。</p><p>　　綜上所述，MSC-Patran&Nastran具有以下特點(diǎn)：鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)的Motif標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面；命令過(guò)程自動(dòng)文件記錄，記錄文件可編輯修改并用于模型參數(shù)化研究；交互的超文本在線幫助系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)不同平臺(tái)相互兼容；強(qiáng)大的Patran命令語(yǔ)言(PCL)可使用戶開(kāi)發(fā)自己的分析模塊和完全集成已有的分析程

24、序 ；CAD模型直接讀入；Unigraphics幾何特征讀寫(xiě)和編輯功能；獨(dú)立的幾何模型的創(chuàng)建和編輯工具；完全集成MSC的各種分析求解器及外部、第三方的分析求解器；豐富、高質(zhì)量的1D, 2D 和 3D網(wǎng)格劃分器；任意的梁截面庫(kù)定義；載荷、邊界條件、材料和單元特性可直接施加在幾何模型上；可視化的與時(shí)間或溫度相關(guān)的載荷和材料特性的定義及顯示；豐富的結(jié)果后處理功能；豐富可調(diào)的色彩顯示方案。</p><p><b&g

25、t;　　1.2.2海洋工程</b></p><p>　　海洋工程是指以開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)、恢復(fù)海洋資源為目的，并且工程主體位于海岸線向海一側(cè)的新建、改建、擴(kuò)建工程。具體包括：圍填海、海上堤壩工程，人工島、海上和海底物資儲(chǔ)藏設(shè)施、跨海橋梁、海底隧道工程，海底管道、海底電(光)纜工程，海洋礦產(chǎn)資源勘探開(kāi)發(fā)及其附屬工程，海上潮汐電站、波浪電站、溫差電站等海洋能源開(kāi)發(fā)利用工程，大型海水養(yǎng)殖場(chǎng)、人工魚(yú)礁工程，鹽田

26、、海水淡化等海水綜合利用工程，海上娛樂(lè)及運(yùn)動(dòng)、景觀開(kāi)發(fā)工程，以及國(guó)家海洋主管部門(mén)會(huì)同國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)主管部門(mén)規(guī)定的其他海洋工程。</p><p>　　海洋工程分類：可分為海岸工程、近海工程和深海工程等3類。 </p><p>　　海岸工程:古來(lái)就很受重視。主要包括海岸防護(hù)工程、圍海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海漁業(yè)設(shè)施工程、環(huán)境保護(hù)設(shè)施工程等。 </p>&l

27、t;p>　　近海工程:又稱離岸工程。20世紀(jì)中葉以來(lái)發(fā)展很快。主要是在大陸架較淺水域的海上平臺(tái)、人工島等的建設(shè)工程，和在大陸架較深水域的建設(shè)工程，如浮船式平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、自升式平臺(tái)、石油和天然氣勘探開(kāi)采平臺(tái)、浮式貯油庫(kù)、浮式煉油廠、浮式飛機(jī)場(chǎng)等項(xiàng)建設(shè)工程。</p><p>　　深海工程:包括無(wú)人深潛的潛水器和遙控的海底采礦設(shè)施等建設(shè)工程。由于海洋環(huán)境變化復(fù)雜，海洋工程除考慮海水條件的腐蝕、海洋生物的污著等

28、作用外，還必須能承受臺(tái)風(fēng)、海浪、潮汐、海流和冰凌等的強(qiáng)烈作用，在淺海區(qū)還要經(jīng)受得了岸灘演變和泥沙運(yùn)移等的影響。</p><p>　　1.2.3海洋工程裝備范疇</p><p>　　海洋工程裝備是指用于海洋資源勘探、開(kāi)采、加工、儲(chǔ)運(yùn)、管理及后勤服務(wù)等方面的大型工程裝備和輔助性裝備。國(guó)際上通常將海洋工程技術(shù)裝備分為三大類：海洋油氣資源開(kāi)發(fā)裝備；其他海洋資源開(kāi)發(fā)裝備；海洋浮體結(jié)構(gòu)物。海洋油氣資源

29、開(kāi)發(fā)裝備是目前海洋工程裝備的主體，包括各類鉆井平臺(tái)、生產(chǎn)平臺(tái)、浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船、卸油船、起重船、鋪管船、海底挖溝埋管船、潛水作業(yè)船等。</p><p>　　1.3本設(shè)計(jì)研究的目的與意義</p><p>　　發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有重大戰(zhàn)略意義，因?yàn)槲覈?guó)不僅是一個(gè)陸地大國(guó)，也是一個(gè)海洋大國(guó)。可管轄海域面積300萬(wàn)平方公里，是我國(guó)的“藍(lán)色國(guó)土”；大陸海岸線達(dá)18000公里，面積較大的海島

30、有7000多個(gè)；在國(guó)際海底區(qū)域還擁有數(shù)萬(wàn)平方公里的多金屬結(jié)核礦區(qū)。海洋資源在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著日益重要的作用。合理開(kāi)發(fā)利用海洋資源是世界可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。針對(duì)當(dāng)前我國(guó)資源緊缺的突出矛盾，也需要加大海洋油氣資源、海洋生物資源和海水資源等多種海洋資源的開(kāi)發(fā)利用的力獨(dú)，為緩解國(guó)家能源安全、糧食安全和水資源安全問(wèn)題分憂解難。</p><p>　　我國(guó)油氣資源儲(chǔ)量豐富，按第三次石油資源評(píng)價(jià)初步結(jié)果，目前全國(guó)石油資源

31、量為1072.7億噸，已探明儲(chǔ)量225.6億噸，探明率在39%左右。其中海洋石油資源量為246億噸，占總量的22.9%。天然氣資源量為54.54萬(wàn)億立方米，其中海洋為15.79萬(wàn)億立方米，占29.0%。從有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，我國(guó)石油資源的平均探明率為38.9%，海洋僅為12.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均探明率73%和美國(guó)的探明率75%。我國(guó)天然氣的平均探明率為23.0%，海洋為10.9%，而世界平均探明率在60.5%左右.因此我國(guó)油氣資源的探明

32、率(尤其是海洋)很低，整體上處于勘探的早中期階段。而海洋石油與天然氣已成為我國(guó)能源生產(chǎn)重要的組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)家安全戰(zhàn)略有著重要的意義。因此海洋平臺(tái)的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)是未來(lái)幾年海洋工程研究的主流。</p><p>　　固定式平臺(tái)適用于幾米到幾十米水深，而我國(guó)渤海、黃海、東海水深一般都在幾十米水深，固定式平臺(tái)有著廣闊適用范圍。如本文選取的30米水深固定式海洋平臺(tái)通過(guò)對(duì)其強(qiáng)度計(jì)算，能夠了解所選的平臺(tái)是否滿足規(guī)范，

33、對(duì)平臺(tái)的安全性具有重要的參考價(jià)值。</p><p>　　2. 環(huán)境條件和設(shè)計(jì)依據(jù)</p><p><b>　　2.1環(huán)境條件</b></p><p>　　開(kāi)發(fā)三號(hào)工作環(huán)境是在渤海，所以選擇的環(huán)境載荷應(yīng)該是渤海灣的自然情況下的情況。</p><p>　　2.1.1設(shè)計(jì)水深 </p><p>　　

34、設(shè)計(jì)水深 30m</p><p><b>　　2.1.2潮位</b></p><p>　　校核高水位（50年重現(xiàn)期） 3.08m</p><p>　　設(shè)計(jì)高水位 1.48m</p><p>　　平均海平面 0.0

35、0m</p><p>　　設(shè)計(jì)低水位 -0.69m</p><p>　　校核低水位 -2.32m</p><p><b>　　2.1.3波浪</b></p><p>　　自存工況 100年一遇</p>&l

36、t;p>　　最大波高 H=6m</p><p>　　最大波浪周期 T=8.65s</p><p><b>　　2.1.4海流</b></p><p>　　本海區(qū)潮流的運(yùn)動(dòng)形式為往復(fù)流，主流的方向大致與等深線平行，漲潮流的方向約為ESE向，落潮流為WNW。海流最大速度1.0

37、29m/s。</p><p><b>　　2.1.5風(fēng)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)風(fēng)速</b></p><p>　　工況設(shè)計(jì)風(fēng)速下 36.0m/s</p><p>　　自存狀態(tài)設(shè)計(jì)風(fēng)速下 51.5m/s</p><p><b>　　

38、2.1.6海冰</b></p><p>　　設(shè)計(jì)冰厚（50年一遇） 0.45m</p><p>　　抗壓強(qiáng)度 1717kPa</p><p><b>　　2.2平臺(tái)設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p>　　單一應(yīng)力分量，以及適當(dāng)時(shí)這類應(yīng)力的直接合成，均不應(yīng)超過(guò)由下列公式求得的

39、許用應(yīng)力值:</p><p>　　式中 ——許用應(yīng)力，MP a ;</p><p>　　—— 規(guī)定的最低屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，MPa ;</p><p><b>　　S——安全系數(shù)；</b></p><p>　　對(duì)軸向拉應(yīng)力及彎曲應(yīng)力 S=1.67，；</p><p>　　材料的屈服極限=240M

40、Pa；</p><p>　　所以平臺(tái)的彎曲和軸向許可應(yīng)力=240×0.6=144MPa；</p><p><b>　　2.3計(jì)算工況</b></p><p>　　我們考慮平臺(tái)最危險(xiǎn)情況就可以了，在自存情況下平臺(tái)具有最危險(xiǎn)工況，我們只要檢驗(yàn)自存狀態(tài)平臺(tái)的強(qiáng)度即可。</p><p>　　平臺(tái)在自存狀態(tài)下受到風(fēng)冰載荷

41、作用：</p><p>　　風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:0°</p><p>　　風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:45°</p><p>　　平臺(tái)在自存狀態(tài)下受到風(fēng)浪流作用：</p><p>　　風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:0°</p><p>　　風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:45

42、6;</p><p>　　3.平臺(tái)選型和主尺度</p><p><b>　　3.1 平臺(tái)簡(jiǎn)圖</b></p><p><b>　　圖3.1平臺(tái)正面圖</b></p><p>　　圖3.2平臺(tái)各層尺寸</p><p><b>　　3.2甲板高程 </b>&

43、lt;/p><p>　　底甲板下緣高程公式: （3.1） </p><p>　　其中: Ht一設(shè)計(jì)高潮位;</p><p><b>　　H一設(shè)計(jì)波高;</b></p><p>　　△一底甲板下緣與波峰之間的間隙，至少1.5m。</p><

44、;p>　　由公式3. 1算得CH=8.87m，</p><p>　　所以平臺(tái)最高層甲板離水平面距離為9m。</p><p><b>　　4. 載荷計(jì)算</b></p><p><b>　　4.1風(fēng)荷載計(jì)算</b></p><p>　　4.1.1平臺(tái)的環(huán)境載荷</p><p&

45、gt;　　平臺(tái)在工作情況下：36.0m/s</p><p>　　平臺(tái)在自存情況下：51.5m/s</p><p>　　4.1.2作用在平臺(tái)上的風(fēng)載荷</p><p><b>　　應(yīng)按下式計(jì)算：</b></p><p>　　N （4.1）</p><p>　　式中

46、：——風(fēng)荷載形狀系數(shù)。梁及建筑物側(cè)壁取1.5,對(duì)圓柱體側(cè)壁取0.5，對(duì)平臺(tái)總投影面積取1.0；</p><p>　　——海上風(fēng)壓高度變化系數(shù)，見(jiàn)表4.1。表中值可用內(nèi)插法確定；</p><p><b>　　——基本風(fēng)壓；</b></p><p>　　——受壓面積，即垂直于風(fēng)向的輪廓投影面積，m2 。</p><p>　　

47、表4.1海上風(fēng)壓高度變化系數(shù) </p><p>　　4.1.3 基本風(fēng)壓應(yīng)按下式計(jì)算：</p><p>　　Pa （4.2）</p><p>　　式中：——風(fēng)壓系數(shù)，取0.613，N.s2/m4；</p><p>　　——時(shí)距為t分鐘的設(shè)計(jì)風(fēng)速

48、，m/s。</p><p>　　所以根據(jù)上述資料可以列出下表</p><p>　　表4.2 0°風(fēng)載荷計(jì)算</p><p>　　等效風(fēng)力為16047.925N</p><p>　　等效作用位置為海面以上距海面4.988m</p><p>　　表4.3 45°風(fēng)載荷計(jì)算</p>&l

49、t;p>　　等效風(fēng)力為23446.8N</p><p>　　等效作用位置為海面以上距離海面3.91m</p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算，平臺(tái)的風(fēng)載荷在自存狀況下比較大，平臺(tái)在這個(gè)時(shí)候比較危險(xiǎn)。所以有限元計(jì)算時(shí)只要計(jì)算自存狀況下的強(qiáng)度。</p><p>　　各種工況下風(fēng)載荷總結(jié)：在自存狀況下的載荷大于工作情況下，計(jì)算時(shí)只要計(jì)算最惡劣的情況即可，所以只要計(jì)算自存狀

50、態(tài)下平臺(tái)的強(qiáng)度。</p><p><b>　　4.2冰載荷計(jì)算</b></p><p>　　結(jié)冰海域內(nèi)，在風(fēng)和流作用下，大面積冰原擠壓垂直孤立樁柱所產(chǎn)生的冰載荷可按下式計(jì)算：</p><p>　　kN (4.3)</p><p>　　式中：——樁柱形狀系數(shù)，對(duì)圓截面柱采用0.9；<

51、;/p><p><b>　　——局部擠壓系數(shù)；</b></p><p>　　——樁柱與冰層的接觸系數(shù)；</p><p>　　——樁柱寬度（或直徑），m；</p><p>　　——冰層計(jì)算厚度，m,應(yīng)按國(guó)家主管部門(mén)提供的實(shí)測(cè)資料取值。</p><p><b>　　4.2.1計(jì)算結(jié)果</b

52、></p><p>　　根據(jù)CCS規(guī)范擠壓系數(shù) K1=2.5；</p><p>　　接觸系數(shù) K2=0.45；</p><p>　　由環(huán)境條件 Rc＝1717kPa；</p><p>　　由設(shè)計(jì)資料

53、 b=1.2m h=0.45m;</p><p><b>　　則冰載荷為：</b></p><p>　　=0.9×2.5×0.45×1717×1.2×0.45</p><p>　　=938.76975kN</p><p>　　因?yàn)楸暮穸葹?

54、.45米，所以冰的作用點(diǎn)為海面以下距離海面0.225米。選取模型的最近節(jié)點(diǎn)加載，即加載點(diǎn)為水面。</p><p><b>　　4.3波浪載荷</b></p><p>　　對(duì)小尺度圓形構(gòu)件，垂直于其軸線方向單位長(zhǎng)度上的波浪力，當(dāng)D/L≦0.2（D為圓形構(gòu)件直徑，m；L為設(shè)計(jì)波長(zhǎng)，m）時(shí)，可按下列公式計(jì)算：</p><p>　　N/m

55、 (4.4)</p><p>　　式中： ——海水密度，kg/m3 ；</p><p>　　——垂直于構(gòu)件軸線的阻力系數(shù)。必要時(shí)，應(yīng)盡量由試驗(yàn)確定。在實(shí)驗(yàn)資料不足時(shí)，對(duì)圓形構(gòu)件可取=0.6~1.0；</p><p>　　——慣性力系數(shù)，應(yīng)盡量由試驗(yàn)確定，在實(shí)驗(yàn)資料不足時(shí)，對(duì)圓形構(gòu)件可取2.0；</p><p>　　——水質(zhì)點(diǎn)

56、相對(duì)于構(gòu)件的垂直于構(gòu)件軸線的速度分量，m/s, 為其絕對(duì)值，當(dāng)海流和波浪聯(lián)合對(duì)平臺(tái)作用時(shí)，為水質(zhì)點(diǎn)的波浪速度矢量與海流速度矢量之和在垂直于構(gòu)件方向上的分矢量；</p><p>　　——水質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于構(gòu)件的垂直于構(gòu)件軸線的加速度分量，m/s2。</p><p>　　根據(jù)線性波理論得： (4.5)</p><p>　　則速度：

57、 (4.6)</p><p>　　所以： (4.7)</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p>　　因?yàn)?=109.52m

58、 （4.9）</p><p>　　k=0.057 =0.726</p><p><b>　　所以可以列出下表：</b></p><p>　　表4.4波浪載荷計(jì)算</p><p>　　所以拖曳力距離泥面20.34m，慣性力距離泥面17.05m。當(dāng)L/D≥8時(shí)不需要考慮了（L為樁腿之間的距離，D為

59、樁腿直徑），所以在橫向和斜向要考慮群樁效應(yīng)，冰載荷在后面兩根樁腿受到的里是前面兩根0.3倍?？v向的時(shí)候不需要考慮。</p><p>　　根據(jù)力矩的計(jì)算方法可以得到等效作用力為260125N，等效作用位置為距離海底14米處。</p><p>　　當(dāng)只考慮海流作用時(shí)，圓形構(gòu)件單位長(zhǎng)度上的海流載荷可按下式計(jì)算：</p><p>　　N/m （4.10）&

60、lt;/p><p>　　式中： ——阻力系數(shù)；</p><p>　　——海水密度，kg/m3；</p><p>　　——設(shè)計(jì)海流速度，m/s；</p><p>　　——單位長(zhǎng)度構(gòu)件垂直于海流方向的投影面積，m2/m。</p><p>　　因?yàn)楹Ａ魉a(chǎn)生的力相對(duì)于風(fēng)載荷、冰載荷、自重來(lái)說(shuō)，是相對(duì)較小的。所以在模型中可以省略，

61、對(duì)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。</p><p>　　4.4平臺(tái)甲板設(shè)備載荷</p><p>　　甲板載荷總共是200噸，通過(guò)換算，將甲板載荷等效于四個(gè)角的節(jié)點(diǎn)上，作用于上層甲板上。</p><p>　　5.平臺(tái)模型的建立和計(jì)算</p><p><b>　　5.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化</b></p><p>　　平

62、臺(tái)由甲板、導(dǎo)管架及樁基組成，甲板是板梁結(jié)構(gòu)，甲板上的設(shè)備重量等效為4個(gè)50t載荷分布加在甲板節(jié)點(diǎn)上。為了方便建模，由剛度相等原理，將樁腿的壁厚等效到外層的導(dǎo)管架上。</p><p>　　對(duì)于管單元的慣性矩的計(jì)算:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中:D一管的外徑;</p><p>&

63、lt;b>　　d一管的內(nèi)徑。</b></p><p><b>　　由剛度相等，可得:</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　設(shè)等效后的單元的外徑D、內(nèi)徑d;導(dǎo)管架的外徑D1、內(nèi)徑d1;樁腿的外徑</p><p>　　D2、內(nèi)徑d2。取D= D1

64、</p><p>　　由式（5.2）得出：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入方程：D= D1=1200mm，D2=1100mm，d1=1130mm，d2=1090m</p><p>　　可得等效后導(dǎo)管架的厚度約40mm。</p><p><b&g

65、t;　　5.2邊界條件</b></p><p>　　平臺(tái)以樁為基礎(chǔ)，導(dǎo)管架下部的邊界條件考慮樁與土之間的相互作用。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將樁的下部看作為一剛性固支端(取8倍樁徑)，本設(shè)計(jì)取泥面以下9.54m(為8倍的樁徑，符合規(guī)范中的8倍樁徑的要求)。</p><p><b>　　5.3計(jì)算程序</b></p><p>　　平臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

66、采用國(guó)際通用的結(jié)構(gòu)有限元軟件Patran，此處使用的是Patran2005。</p><p><b>　　5.4建模</b></p><p>　　通過(guò)Patran軟件進(jìn)行建模，首先在通過(guò)計(jì)算畫(huà)出草圖，并用CAD表示出來(lái)。然后計(jì)算出各點(diǎn)的坐標(biāo)，在Patran上輸入各點(diǎn)的坐標(biāo)，用curve連成線。再用命令Mesh seed布置節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)的距離大概為1米。接著是定義材料的

67、屬性，因?yàn)樵撈脚_(tái)用的是鋼材，所以定義是一些鋼材的基本屬性。同時(shí)用合適的鋼管布置上去。最后把載荷、約束加載到計(jì)算好的加載點(diǎn)上，并分好工況，再分析出圖。</p><p><b>　　原結(jié)構(gòu)如下：</b></p><p><b>　　圖5.1總體結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　圖5.2加載后的總體結(jié)構(gòu)圖</p>

68、<p>　　圖5.3水面以上的平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖5.4水面以下平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　圖5.5導(dǎo)管圖</b></p><p><b>　　圖5.6斜撐</b></p><p><b>　　圖5.7樁腿</b></p>&

69、lt;p>　　因?yàn)槠脚_(tái)工況可以分為四種情況，即：</p><p>　　1）風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:0°</p><p>　　2）風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:45°</p><p>　　3）風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:0°</p><p>　　4）風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:45°</

70、p><p>　　所以各種工況下的受力也是不同的。</p><p>　　5.5第一種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.5.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.8總體結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm

71、，最大值為27MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力144MPa，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.9泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node662處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（2665，-7181.6665，-10666.667），單位為mm，最大值為19.4MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力144MPa，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.10水面以上平臺(tái)結(jié)構(gòu)軸

72、向應(yīng)力圖</p><p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000），單位為mm，最大值為2.92MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.11水面以下平臺(tái)結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node152處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（1129.1664,6775，-7000），單位為mm，最大值為11.4MP

73、a，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.12導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最大值為17.9MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　5.5.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.1

74、3總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6,5777,2000），單位為mm，最大值為64.5MPa，小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.14泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6,5777,2000），單位為mm，最大值為64.5

75、MPa，小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.15水面以上平臺(tái)結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6,5777,2000），單位為mm，最大值為64.5MPa，小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.16水面以下平臺(tái)結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在

76、node146處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-5645.8335,6775，-7000），單位為mm，最大值為57.8MPa，小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.17導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node489處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6664.1113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大值為48.7MPa，小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。&

77、lt;/p><p><b>　　5.5.3位移云圖</b></p><p>　　圖5.18總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node36處有最大位移，坐標(biāo)為（-6664.1113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大位移為503mm。</p><p>　　圖5.19泥樁以上結(jié)構(gòu)位移圖</p>

78、<p>　　在node36處有最大位移，坐標(biāo)為（-6664.1113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大位移為503mm。</p><p>　　圖5.20斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node646處有最大位移，坐標(biāo)為（-666.25，-6876.6665，-7916.667），單位為mm，最大位移為186mm。</p><p>

79、;　　5.6第二種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.6.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.21總體結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為36.9MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力144MPa，符合規(guī)范。</p><p&

80、gt;　　圖5.22泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083,9215.083，-29000），單位為mm，最大值為24MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.23水面以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000）

81、，單位為mm，最大值為3.42MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.24水面以下結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node345處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9326,9326，-30000），單位為mm，最大值為13.8MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.25導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p>&

82、lt;p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083,9215.083，-29000），單位為mm，最大值為24MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　5.6.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.26總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node908處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，-10385,395

83、41），單位為mm，最大值為81.8MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.27泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node489處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6664.1113,-6664.1113，-6000），單位為mm，最大值為69.1MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.28水面以上結(jié)構(gòu)彎曲

84、應(yīng)力圖</p><p>　　在node105處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-5777，-5777,2000），單位為mm，最大值為51.9MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.29水面以下結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node183處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6775，-6775，-7000），單位為mm，最大值為62.7MPa，遠(yuǎn)

85、小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.30導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node489處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6664.113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大值為69.1MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p><b>　　5.6.3位移云圖</b></p>

86、<p>　　圖5.31總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node33處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000,9000），單位為mm，最大值為506mm。</p><p>　　圖5.32泥樁以上結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node3處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000,9000），單位為mm，最大值為506mm。</p>

87、<p>　　圖5.33斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node177處有最大位移，坐標(biāo)為（-6775,-5643.8335，-7000），單位為mm，最大值為185mm。</p><p>　　5.7第三種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.7.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.34總體結(jié)構(gòu)

88、軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為5.08MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.35泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最

89、大值為4.05MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.36水面以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000），單位為mm，最大值為1.78MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.37水面以下結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　

90、　在node157處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（6775,6775，-7000），單位為mm，最大值為1.92MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.38導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最大值為4.05MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</

91、p><p>　　5.7.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.39總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node888處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為5.88MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.40泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p

92、>　　在node362處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-8289.773,9326，-30000），單位為mm，最大值為2.52MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.41水面以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6001,5777,2000），單位為mm，最大值為2MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。&

93、lt;/p><p>　　圖5.42水面以下結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node362處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6001,5777,2000），單位為mm，最大值為2.52MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.43導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（9

94、215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最大值為2.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p><b>　　5.7.3位移云圖</b></p><p>　　圖5.44總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node35處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-4000，9000），單位為mm，最大位移為23.9

95、mm。</p><p>　　圖5.45泥樁以上結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node35處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-4000，9000），單位為mm，最大位移為23.9mm。</p><p>　　圖5.46斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node757處有最大位移，坐標(biāo)為（-5329.1436，-8755.5713，-248

96、57.145），單位為mm，最大位移為16.9mm。</p><p>　　5.8 第四種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.8.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.46總體結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為6

97、.01MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.47泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（1332.2854,8185.1431，-19714.285），單位為mm，最大值為4.5MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.48水面以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p>

98、<p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000），單位為mm，最大值為1.82MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.49水面以下結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node345處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9326,9326，-30000），單位為mm，最大值為2.19MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。&l

99、t;/p><p>　　圖5.50導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，9215.083,-29000），單位為mm，最大值為4.5MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　5.8.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.51總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p>

100、<p>　　在node908處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385,-10385，-39541），單位為mm，最大值為8.86MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.52泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，9215.083,-29000），單位為mm，最大值為3.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)

101、的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.53水面以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node104處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-54621.5996，-5777,2000），單位為mm，最大值為1.99MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.54水面以下結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node3

102、64處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-9326,-9326，-30000），單位為mm，最大值為2.82MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.55導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083,9215.083，-29000），單位為mm，最大值為3.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p>

103、<p><b>　　5.8.3位移云圖</b></p><p>　　圖5.56總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node33處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000，9000），單位為mm，最大位移為28.5mm。</p><p>　　圖5.57泥樁結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node33處有

104、最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000，9000），單位為mm，最大位移為28.5mm。</p><p>　　圖5.58斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node757處有最大位移，坐標(biāo)為（-5329.1436，-8755.5713，-24857.145），單位為mm，最大位移為18.1mm。</p><p>　　5.9 最大組合應(yīng)力圖</p>

105、<p>　　圖5.55風(fēng)冰0°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node888處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，10385，-39541），單位為mm，最大值為77.7MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.55風(fēng)冰45°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node908處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（

106、-10385，-10385，-39541），單位為mm，最大值為112MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.55風(fēng)浪0°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node888處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，10385，-39541），單位為mm，最大值為4.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　

107、　圖5.55風(fēng)浪45°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node908處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，-10385，-39541），單位為mm，最大值為7.93MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　根據(jù)上面的受力圖和位移圖可以列出下表</p><p>　　表5.1最大軸向應(yīng)力表</p><p>　

108、　由表5.1得平臺(tái)主體在風(fēng)冰載荷45°工況時(shí)，軸向應(yīng)力最大為36.9MPa<144MPa，符合強(qiáng)度要求。</p><p>　　表5.2最大彎曲應(yīng)力表</p><p>　　由表5.2得平臺(tái)主體在風(fēng)冰載荷為45°工況時(shí)，彎曲應(yīng)力最大為81.8 MPa<144MPa，符合強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　表5.3最大位移表&

109、lt;/b></p><p>　　由表5.3得平臺(tái)主體在風(fēng)冰載荷45°工況時(shí)，位移最大為506mm，符合規(guī)范要求。</p><p>　　表5.4最大組合應(yīng)力表</p><p>　　由表5.4得平臺(tái)主體在風(fēng)冰載荷45°工況時(shí)，組合應(yīng)力最大為112 MPa<144MPa，符合規(guī)范要求。</p><p><b&

110、gt;　　6.平臺(tái)防腐</b></p><p>　　6. 1海洋平臺(tái)的腐蝕規(guī)律</p><p>　　海洋平臺(tái)的使用環(huán)境極其惡劣,陽(yáng)光暴曬、鹽霧、波浪的沖擊、復(fù)雜的海水體系、環(huán)境溫度和濕度變化及海洋生物侵蝕等使得海洋平臺(tái)腐蝕速率較快。海洋平臺(tái)在不同的海洋環(huán)境下,腐蝕行為和腐蝕特點(diǎn)會(huì)有比較大的差異。因此要對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中腐蝕區(qū)域的腐蝕情況進(jìn)行分析和界定,才能針對(duì)性地提出有

111、效的保護(hù)措施。根據(jù)海洋環(huán)境、腐蝕特點(diǎn)和平均腐蝕率不同,海洋平臺(tái)在海洋環(huán)境中可分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)和全浸區(qū)3大區(qū)域。為了更好地分析海洋平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕情況,許多研究者又將飛濺區(qū)分為飛濺區(qū)和潮差區(qū),全浸區(qū)分為海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū),即分成5大腐蝕區(qū)域。</p><p>　　海洋大氣區(qū):海洋大氣區(qū)海鹽粒子使腐蝕加快,干燥表面與含鹽的濕膜交替變換形成物理、化學(xué)和電化學(xué)作用影響金屬腐蝕。</p><p

112、>　　飛濺區(qū):在海洋環(huán)境中腐蝕最嚴(yán)重的部位是在平均海潮以上的飛濺區(qū)。由于經(jīng)常成潮濕表面,表面供氧充足,無(wú)海生物污損。長(zhǎng)時(shí)間潤(rùn)濕表面與短時(shí)間干燥表面的交替作用和浪花沖刷,造成物理與電化學(xué)為主的腐蝕破壞,且破壞最大。</p><p>　　潮差區(qū):鋼結(jié)構(gòu)在潮差區(qū)的腐蝕為最低,甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蝕率。在平均低潮位以下附近區(qū)域的腐蝕出現(xiàn)一個(gè)峰值,這是因?yàn)殇摌对诤Ｑ蟓h(huán)境中,隨著潮位的漲落,在水線上方濕潤(rùn)的鋼

113、鐵表面供氧總量比水線下方的浸在海水中的鋼結(jié)構(gòu)表面要充分得多,且彼此構(gòu)成一個(gè)回路,由此成為一個(gè)氧濃度差宏觀腐蝕電池。腐蝕電池中富氧區(qū)為陰極,即潮差區(qū);相對(duì)缺氧區(qū)為陽(yáng)極,即平均低潮位水線下方的區(qū)域?？偟男Ч钦麄€(gè)潮差區(qū)中每一點(diǎn)分別受到了不同程度的陰極保護(hù)。而在平均低潮位以下則經(jīng)常作為陽(yáng)極而出現(xiàn)的腐蝕峰值。</p><p>　　海水全浸區(qū):在海水全浸區(qū)的腐蝕中,淺海腐蝕可能比海洋大氣中更迅速,深海區(qū)的氧含量往往比表層低

114、得多,水溫近于0℃,腐蝕較輕。</p><p>　　海底泥土區(qū):存在硫酸鹽和還原菌等細(xì)菌,海底沉積物的來(lái)源及特征不一。受海水影響少,且溫度低,腐蝕程度小,只是在海流作用交界處有一定腐蝕。</p><p>　　6. 2海洋平臺(tái)的防腐措施</p><p>　　在如今的平臺(tái)防腐措施中，用涂料層涂裝保護(hù)是一種重要的防腐方法。通常是大氣區(qū)結(jié)構(gòu)均采用涂料涂層保護(hù);飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)采用

115、大膜厚的涂料涂層保護(hù),亦有采用耐腐蝕包復(fù)層保護(hù);浸水區(qū)結(jié)構(gòu)和插入海底泥土中的鋼樁采用涂料涂層加陰極保護(hù)。</p><p>　　鋅加保護(hù)也是一種優(yōu)質(zhì)便捷的鋼結(jié)構(gòu)防腐保護(hù)方法,鋅加保護(hù)對(duì)基體材料擁有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重作用。鋅加保護(hù)技術(shù)具有優(yōu)異的防腐性能在于鋅加鍍鋅涂層干膜中含鋅量達(dá)96%。鋅加保護(hù)還具備獨(dú)特的重融性,新的鋅加涂層與原有的鋅加鍍層可完全融合,便于維修補(bǔ)涂。鋅加保護(hù)與傳統(tǒng)有機(jī)涂料相比,具有很強(qiáng)的陰極保

116、護(hù)作用并且可以作為良好的底層,其耐腐蝕能力高于常規(guī)的富鋅底漆5～6倍,防腐保護(hù)年限可達(dá)到25～30年。在海洋平臺(tái)全浸區(qū)的腐蝕程度比大氣區(qū)嚴(yán)重,但比飛濺區(qū)要輕。全浸區(qū)一般采用陰極保護(hù)或涂料與陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù),而很少單獨(dú)采用涂料保護(hù),原因是目前防銹、防污涂料使用期限很難達(dá)到海洋平臺(tái)永久性的保護(hù)。鋅加保護(hù)技術(shù)在涂層保護(hù)和陰極長(zhǎng)效保護(hù)的雙重作用下,具有較長(zhǎng)的防腐保護(hù)年限從而彌補(bǔ)了一般涂料在防腐作用使用年限的不足。鋅加保護(hù)在海洋平臺(tái)全浸區(qū)部位鋼

117、結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝方案如表3所示。經(jīng)國(guó)內(nèi)外海洋平臺(tái)的工程證明,鋅加保護(hù)涂層技術(shù)的防腐性能十分優(yōu)異。2000年鋅加保護(hù)技術(shù)被應(yīng)用在國(guó)內(nèi)深圳蛇口海上鉆井平臺(tái)和東海平湖油田海上鉆井平臺(tái)的局部維修上,修復(fù)的鋅加涂層用到至今未發(fā)現(xiàn)銹蝕,防腐性能良好。</p><p><b>　　7.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　7.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)</b><

118、/p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是30m水深固定式海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在老師指導(dǎo)下按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范能夠獨(dú)立完成渤海海域簡(jiǎn)易固定式導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括了一下幾個(gè)方面：學(xué)習(xí)Patran在平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；參照一些文獻(xiàn)和規(guī)范對(duì)平臺(tái)的主尺度和構(gòu)件尺寸進(jìn)行確定；根據(jù)相關(guān)的規(guī)范計(jì)算環(huán)境載荷；按要求對(duì)各工況的載荷進(jìn)行組合；在CAD中畫(huà)出草圖；通過(guò)Patran建立平臺(tái)有限元模型；將各種工況的載荷

119、加載到有限元模型中；對(duì)平臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度校核；出圖等。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中我對(duì)平臺(tái)的強(qiáng)度分析是用有限元軟件Patran來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)閷?duì)這個(gè)有限元軟件接觸地不是很多，所以對(duì)于它的功能和命令只是一些模糊的了解。所以能否熟練掌握并運(yùn)用該軟件的各項(xiàng)功能是進(jìn)行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)樵撥浖际怯⑽慕缑?，所以學(xué)習(xí)有限元軟件的英文也成了熟練運(yùn)用該軟件的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在大三的時(shí)候，我們初步學(xué)了Patran軟件的使用，也了解了

120、一些基本的命令，這也為這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了一定的基礎(chǔ)。在這畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始前，我又通過(guò)一些視屏和書(shū)籍以及同學(xué)的幫助對(duì)Patran軟件進(jìn)行了深一步的學(xué)習(xí)，大概地了解了一些運(yùn)用于導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)強(qiáng)度分析的的主要命令，例如如何建模、布種子、布導(dǎo)管、加載、分工況、分析、讀圖、出圖等。所以在之后的設(shè)計(jì)中我基本可以運(yùn)用該軟件對(duì)平臺(tái)進(jìn)行強(qiáng)度分析，保證了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的按時(shí)進(jìn)行和完成。平臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)程就是一個(gè)方案預(yù)設(shè)、建立模型、強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、最終尺定的過(guò)