南海200m水深導管架平臺結構設計【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　南海200m水深導管架平臺結構設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 船舶與海洋

2、工程 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目錄</b></

3、p><p><b>　　1. 前言1</b></p><p>　　1.1我國石油工業(yè)的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2我國石油產業(yè)的國際競爭力分析1</p><p>　　1.3我國石油企業(yè)與外國同類企業(yè)競爭力的比較2</p><p>　　1.4 我國石油依存度的未來發(fā)展趨勢3</p&

4、gt;<p>　　2. 導管架平臺結構設計依據4</p><p>　　3. 環(huán)境條件和設計依據7</p><p><b>　　3.1甲板高程7</b></p><p><b>　　3.2環(huán)境條件7</b></p><p>　　3.2.1設計水深7</p><

5、;p><b>　　3.2.2潮位7</b></p><p><b>　　3.2.3波浪7</b></p><p><b>　　3.2.4風7</b></p><p><b>　　3.2.5海冰7</b></p><p>　　3.3平臺設計依據

6、8</p><p>　　4. 風荷載計算9</p><p>　　4.1平臺的環(huán)境載荷9</p><p>　　4.2風載荷計算思路和過程10</p><p>　　5. 冰載荷計算12</p><p>　　5.1冰載荷選取12</p><p>　　5.2冰載荷計算12</p>

7、;<p>　　6. 波浪載荷計算13</p><p>　　6.1波浪載荷計算公式13</p><p>　　6.2波浪載荷計算方法13</p><p>　　7.平臺模型的建立19</p><p>　　7. 1結構簡化19</p><p>　　7. 2邊界條件19</p><p

8、>　　7. 3計算程序19</p><p>　　7.4 MSC.Patran建模20</p><p>　　8.平臺結構及受力詳圖21</p><p>　　8.1導管架圖21</p><p>　　8.2 橫向風+冰+甲板載荷工況受力分析圖24</p><p>　　8.3 45°風+冰+甲板載荷

9、工況受力分析圖27</p><p>　　8.4 橫向風+浪+甲板載荷工況受力分析圖30</p><p>　　8.5 45°風+浪+甲板載荷受力分析圖33</p><p>　　9.設計所選場地調查38</p><p>　　9.1一般要求38</p><p>　　9.2海床調查38</p>

10、;<p>　　9.3 地質調查38</p><p>　　9.4 土質勘察和試驗38</p><p>　　10.畢業(yè)設計總結40</p><p>　　10.1設計要求及目標40</p><p>　　10.2自身不足之處總結40</p><p>　　10.3設計缺陷總結41</p>

11、<p>　　10.4設計感言41</p><p><b>　　[參考文獻]42</b></p><p>　　外文翻譯錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計以中國南海海域的自然環(huán)境條件為依據，運用AutoCAD軟件繪制草圖，然后使用

12、MSC.Patran有限元軟件，建立有限元模型。先計算海風、和波浪以及冰等環(huán)境載荷，然后分析各種工況下，平臺結構的安全性，實用性和經濟性，對結構進行了靜力分析、動力分析和位移分析計算，結合規(guī)范，校核強度，得到結構合理的最后設計方案。 導管架式鋼材海洋平臺目前是世界上近海海洋石油開發(fā)應用最為廣泛的一類海洋平臺結構型式。由于導管架海洋平臺長期置于在惡劣的海洋環(huán)境中工作,不管是在正常的海況還是在極限的海況，即便強度足夠，在風、浪、流

13、等的環(huán)境載荷作用下，都有可能使平臺產生過大的振動響應。而過大的振動將會危害到人員身心健康、威脅到結構安全、以及降低平臺設備的精確性和可靠性、降低平臺的適應性和在各種情況下生存性能，因此有效地優(yōu)化平臺模型、檢測平臺的動力響應就顯得尤為重要。</p><p>　　【關鍵詞】：導管架平臺； 結構； 載荷； 強度；分析</p><p>　　[Abstract] The design of the

14、natural conditions of South China Sea for the design basis, Using AutoCAD drawing application ,Then use MSC.Patran finite element software, finite element model to establish platform. Considering the wind, waves and ice

15、loads on the basis of the environment, In various cases, combined with safety, operability and economy, its structure of static analysis, practicability analysis and displacement analysis and calculation, which are struc

16、tured final design.</p><p>　　Steel jacket offshore platforms are widely employed in offshore petroleum activities throughout the oceans of the world at the present time. Offshore platforms are very complex a

17、nd the external wave force on the platform is uncertain. Thus, these platforms are prone to excessive wave-induced oscillations under both operating and extreme conditions. It results in injury of human health, structura

18、l fatigue and failure, reducing the accuracy and reliability of the equipments on the platforms, lower</p><p>　　[Key words]: platform jacket; structure; static; strength; analysis</p><p><b&g

19、t;　　1. 前言</b></p><p>　　近20年來，海洋開發(fā)領域由近海向遠海、由淺海向深海不斷推進，新的可開發(fā)資源不斷發(fā)現(xiàn)，這歸根結底都是海洋工程技術迅猛發(fā)展的結果。目前，在海洋工程領域，已形成了以海洋資源勘探開發(fā)技術、海底深潛技術、海水淡化技術等海洋工程技術為主的市場導向型海洋技術體系。海洋平臺是石油開采業(yè)向水下進軍的一個產物。</p><p>　　1.1我國石油工業(yè)

20、的現(xiàn)狀</p><p>　　我國是世界上石油資源較為貧乏的國家，截至2000年低，我國探明的石油剩余儲量約為33億噸(BPS Review of World Energy June 2001)，僅占世界石油剩余探明總儲量的2.3%。世界石油資源主要分布在中東、中美洲(墨西哥、委內瑞拉)、俄羅斯、北非和西非地區(qū)。</p><p>　　我國原油生產能力約為1.70億噸左右，約占世界總原油生產能

21、力的5%。我國原油生產遠遠不能滿足國內需求，每年需進口原油4000一7000萬噸。我國原油加工能力約為2億噸，可生產各種石油產品。自1992年以來，我國每年出口石油產品約300一600萬噸，進口石油產品約1000一3000萬噸，每年凈進口石油產品約1000一2500萬噸。</p><p>　　我國目前主要生產油區(qū)有25個(大慶、吉林、遼河、華北、大港、冀東、新疆、塔里木、吐哈、玉門、青海、長慶、四川、勝利、中原、

22、河南、江漢、江蘇、滇桂黔、新星、天津、深圳、湛江、延長、上海，據中國石油和化學工業(yè)協(xié)會資料)，其中，大慶是我國最大生產油區(qū)，生產能力約為5300萬噸，2000年，生產石油5300萬噸。勝利是我國第二大生產油區(qū)，生產能力約為2660萬噸，2000年生產石油2676萬噸。遼河是我國第三大生產油區(qū)，生產能力1400萬噸，2000年生產石油1401萬噸。與國外相比，我國油田總體生產能力和生產效率低，如美國原油采收率可達50%，而我國全國平均僅為

23、29%(不包括三次采油)。我國石油開采業(yè)基本特點是，主力油田進入開發(fā)中后期，油田綜合含水率上升，成本增高，效益下降，增產難度大。</p><p>　　我國石油下游煉化部門的裝備和技術在過去20中得到較大程度的更新和發(fā)展，如催化裂化、催化重整、加氫裂化、加氫精制等，但與世界發(fā)達國家和新興國家及地區(qū)相比，我國的煉化程序和技術總體上還處于落后水平，集中表現(xiàn)在高檔次產品比例小、產品質量低、產品回收率低、能源耗費高等。&l

24、t;/p><p>　　我國石油工業(yè)目前有三大石油集團公司：中國石油天然氣集團公司、中國石化集團公司和中國海洋石油集團公司。2001年，石油集團銷售收入3401億元，利潤總額530億元；石化集團銷售收入3600億元，利潤總額128.1億元；中海油銷售收入303.8億元，利潤總額96億元。與國際石油大公司相比，我國石油公司在運營的主要指標上均有一定差距。</p><p>　　1.2我國石油產業(yè)的國

25、際競爭力分析</p><p>　　所謂國際競爭力是指，在自由的市場條件下，能夠在國際市場上提供更好的產品、更好的服務同時又能獲取利潤、提高本國人民生活水平的能力。為了能夠對我國石油產業(yè)的國際競爭力作出定量分析和評估，以下我們試圖利用國內外都較為通用的兩個重要參數(shù)——出口績效相對指數(shù)REP(Index of Relative Export Performance)和貿易專業(yè)化系數(shù)TSC(Trade Speciali

26、zation Coefficient)來加以說明和比較。</p><p>　　REP=某產品出口占國際市場份額／全部出口占世界出口的份額。公式為：　REP=(Xij／∑iXij)/ (∑jXij／∑i∑jXij)。</p><p>　　式中，Xij為i國j產品的出口額；∑iXij為j產品的世界出口總額；∑jXij為i國的總出口額；∑i∑jXij為世界總出口額。在自由、開放的市場經濟環(huán)境下，

27、REP主要用于在國際市場上對不同國家的同一產業(yè)進行國際競爭力的比較。REP>1時，表明該產品(產業(yè))有國際競爭力；REP<1時，表明該產品(產業(yè))缺乏國際競爭力。某國的某種產品REP值越高，則其國際競爭力就越強。而TSC，也稱貿易競爭力指數(shù)或競爭力指數(shù)，等于(出口一進口)/(出口＋進口)。公式為：TSC=(Ei—Ii)/(Ei+Ii)。</p><p>　　式中，Ei為產品i的出口額，Ii為產品i的進

28、口額。TSC>0，表示該國在該類產品的生產效率高于國際水平，具有較強的出口競爭力；TSC<0時，表示該國在該類產品的生產效率低于國際水平，出口競爭力較弱；TSC=0則說明生產效率與國際水平相當，進出口屬于品種、品牌交換。在完全自由、開放的市場經濟環(huán)境下，TSC系數(shù)可用于說明一國某產業(yè)的國際競爭力狀況。即：TSC>0時，表明該產品(產業(yè))有國際競爭力；TSC<0時，表明該產品(產業(yè))缺乏國際競爭力。TSC值越大(不

29、超過1)，表示該產品(產業(yè))國際競爭力越強。</p><p>　　有了上面介紹的兩個重要參數(shù)，我們就能夠據此對我國石油在經過換算后有一定出入和誤差，故這里計算的REP參數(shù)不完全代表各主要產油國競爭力的絕對狀況，而只反應中國與這些國家的相對狀況。</p><p>　　在25個世界最主要石油生產國中，我國的出口績效相對指數(shù)REP最低，僅為0.24，不僅低于世界主要的石油生產國如沙特、俄羅斯、挪

30、威、美國、墨西哥、委內瑞拉、英國、尼日利亞、利比亞等，也低于石油世界一般的石油生產國如巴西、埃及、哈薩克斯坦、阿爾及利亞、馬來西亞、印度尼西亞、澳大利亞、印度等，表明我國石油產業(yè)的國際競爭力狀況較為落后。</p><p>　　1.3我國石油企業(yè)與外國同類企業(yè)競爭力的比較</p><p>　　以上是我們利用REP指數(shù)和TSC系數(shù)對我國石油產業(yè)的總體競爭力狀況所作的分析、比較結果。為了使分析更

31、為全面、更具客觀性，以下我們試圖將我國主要石油企業(yè)的競爭力狀況與外國石油企業(yè)的競爭力狀況作一分析和對比，以對我國石油產業(yè)的競爭力狀況有一個進一步的了解和認識，同時也為檢驗以上結論。</p><p>　　對于企業(yè)競爭力的評判標準，目前學術界通常根據其產品競爭力、成本競爭力和潛在競爭力三者之和進行判斷。產品競爭力包括產品質量、產銷率、市場占有率、產品價格、工業(yè)增加值率、噸產品收入等；成本競爭力包括綜合能耗、開工率、銷

32、售利潤率、凈資產收益率、流動資產周轉次數(shù)、人工成本比率等；而潛在競爭力則包括企業(yè)規(guī)模、企業(yè)集中度、勞動生產率、資產凈流量、資產負債率、固定資產產出率和銷售收入等。為節(jié)省篇幅，抓住重點，本文著重選取一些主要參考指標進行分析、對比。</p><p>　　企業(yè)規(guī)模：2000年，美國有煉油廠158個，總加工能力為82560萬噸，單個煉油廠平均年加工能力為522萬噸，墨西哥有煉油廠6個，單個平均年加工能力1270萬噸；巴西

33、有煉油廠3，單個平均年加工能力685萬噸；荷蘭有煉油廠6個，單個平均年加工能力990萬噸；德國有煉油廠17個，單個平均年加工能力669萬噸；俄羅斯有煉油廠43個，單個平均年加工能力775萬噸；韓國有煉油廠6個，單個平均年加工能力2116萬噸，伊朗有煉油廠9個，單個平均年加工能力818萬噸。而2000年，我國共有煉油廠95座，煉油企業(yè)平均加工能力僅為228萬噸／年，見表3，不到世界平均水平535萬噸的一半。(我國煉油廠加工能力絕大多數(shù)在1

34、00—500萬噸／年之間，干萬噸級的煉廠只有3個。中石油和中石化兩大集團下屬的67家煉油廠平均加工能力僅為334萬噸。</p><p>　　1.4 我國石油依存度的未來發(fā)展趨勢 </p><p>　　我國石油進口依存度的未來發(fā)展趨勢，一方面要看我國未來的石油消費趨向，另一方面則取決于我國石油未來的生產能力。通過上面的分析可以看到，隨著經濟的發(fā)展，我國石油需求的持續(xù)增長已成定局。從石油供給方

35、面看，與持續(xù)膨脹的石油需求相比，石油生產的增長乏力早已是一個不爭的事實。能源機構的預測顯示，2010年中國石油消費總量可能在3.5億噸左右，國內產量1.8億噸，有50%需要從國外進口；2020年，中國最低石油需求估計為4.5億噸，國內產量比較有把握的是1.8億噸，需要進口2.7億噸，對外依存度為60%；如果2030年至2040經濟持續(xù)增長的話，中國原油產量大概能剩下1億噸，需要進口5億噸之多，那意味著對外依存度將達到87%。 　　總之

36、，我國已進入分享國際石油資源的世界級石油進口大國行列。隨著石油進口依存度的不斷提高，面臨的國際風險將逐漸加大。我們必須正視現(xiàn)實，加緊我國石油儲備的建設，以應對國際石油市場的風云變幻與油價的劇烈波動，保證國民經濟的正常運轉與可持續(xù)發(fā)展。2. 導管架平臺結構設計依據</p><p>　　本課題結合—南海200m水深導管架平臺結構設計，對于深水導管架平臺的研究，目的是通過MSC軟件、AutoCAD和相關規(guī)范的學習，完成

37、平臺載荷計算以及相關數(shù)據整理；完成Patran中建立正確的模型；利用Nastran計算平臺應力及位移，調整相關構件尺寸，得出符合強度的尺寸。能鍛煉個人運用軟件建模、分析，整理信息，并利用規(guī)范約束，來鍛煉導管架平臺結構設計的能力。</p><p><b>　　詳細步驟如下：</b></p><p>　　學習MSC.Patran有限元軟件在平臺結構中的應用</p&g

38、t;<p>　　平臺選型、主尺度和構件尺寸的確定</p><p>　　環(huán)境載荷計算及各工況載荷的組合</p><p>　　用有限元軟件MSC.Patran建立平臺有限元模型</p><p>　　分別對平臺進行不同工況載荷分析比較</p><p>　　總結、分析，得出設計結果</p><p>　　平臺設計尺

39、寸選取 </p><p>　　此導管架采用四樁腿導管架式平臺，包括導管架、樁基。平臺的工作自然環(huán)境為南海。結合實際，查找規(guī)范，確定為200米水深（水面至泥面距離）。主體平臺設計為四邊長度都為19.7m.各層之間的高度按規(guī)范確定，下一層的水平導管長度增加值由相鄰兩層之間的高度與下一層的兩邊增加值按10:1的比例確定，增加量為2△。各層之間采用K型斜撐，水平橫撐采用兩個K型支撐組合。整體Z軸導管架采用外徑2600m

40、m，內徑2500mm的圓柱體. 水平平臺、橫撐和斜撐都采用外徑750mm，內徑670mm的圓柱體，樁腿高度為7倍導管架直徑h=18.2m米.外徑為2300mm，內徑為2200mm的圓柱體。</p><p>　　圖2.1 第一層水平導管架連接形式和尺寸</p><p>　　圖2.2 導管架結構示意圖</p><p>　　圖2.3 水平導管相鄰兩層寬度確定方法<

41、/p><p>　　圖2.4 樁腿示意圖3. 環(huán)境條件和設計依據</p><p><b>　　3.1甲板高程 </b></p><p>　　底甲板下緣高程公式: (m) (3.1)</p><p>　　其中: 一設計高潮位;</p><p>&

42、lt;b>　　H一設計波高; </b></p><p>　　△一底甲板下緣與波峰之間的間隙，至少1. 5m。</p><p>　　由公式3. 1算得=8.5m</p><p>　　所以平臺在自存情況下取離水平面距離為8.5m。</p><p><b>　　3.2環(huán)境條件</b></p>&

43、lt;p>　　200m水深導管架平臺的工作環(huán)境是在南海，所以選擇的環(huán)境載荷應該是南海的自然環(huán)境下之情況。</p><p>　　3.2.1設計水深 </p><p>　　設計水深 200m</p><p><b>　　3.2.2潮位</b></p><p>　　校核高水位（5

44、0年重現(xiàn)期） 3.08m</p><p>　　設計高水位 1.48m</p><p>　　平均海平面 0.00m</p><p>　　設計低水位 -0.69m</p><p>　　校核低水位 -2.32

45、m</p><p><b>　　3.2.3波浪</b></p><p>　　自存工況 100年一遇</p><p>　　最大波高 H=6m</p><p>　　最大波浪周期 T=8.65s</p>&l

46、t;p><b>　　3.2.4風</b></p><p><b>　　設計風速</b></p><p>　　工況設計風速下 36.0m/s</p><p>　　自存狀態(tài)設計風速下 51.5m/s</p><p><b>　　3.2.5海

47、冰</b></p><p>　　設計冰厚（50年一遇） 0.8m</p><p>　　抗壓強度 1717kPa</p><p><b>　　3.3平臺設計依據</b></p><p>　　單一應力分量，以及適當時這類應力的直接合成，均不應超過由下列公式求

48、得的許用應力值:</p><p>　　MPa (3.2)</p><p>　　式中[σ]——許用應力，MPa ;</p><p>　　σs—— 規(guī)定的最低屈服點或屈服強度，MPa ;</p><p><b>　　S——安全系數(shù)；</b></p>&

49、lt;p>　　對軸向拉應力及彎曲應力 S=1.67； MPa (3.3)</p><p>　　材料的屈服極限 σs =240MPa；</p><p>　　所以平臺的彎曲和軸向許可應力[σ]=240×0.6=144MPa；</p><p><b>　　計算工況</b></p><

50、;p>　　考慮平臺最危險情況，自存情況下平臺具有最危險工況，我們只要計算自存狀態(tài)平臺的強度軸向和彎曲應力值144 MPa即可。</p><p>　　平臺在自存狀態(tài)下受到風冰載荷作用：</p><p>　　工況一：風+冰+甲板載荷,力的作用方向: 0°，90°</p><p>　　工況二：風+冰+甲板載荷,力的作用方向:45°<

51、;/p><p>　　平臺在自存狀態(tài)下受到風浪流作用：</p><p>　　工況三：風+浪+甲板載荷，力的作用方向: 0°，90°</p><p>　　工況四：風+浪+甲板載荷，作用方向:45°4. 風荷載計算</p><p>　　4.1平臺的環(huán)境載荷</p><p>　　平臺在工作情況下：36

52、.0m/s</p><p>　　平臺在自存情況下：51.5m/s</p><p>　　作用在平臺上的風載荷，應按下式計算：</p><p>　　N (4.1)</p><p>　　式中： K——風荷載形狀系數(shù)。梁及建筑物側壁取1.5,對圓柱體側壁取0.5，對平臺總投影面積取1.

53、0；</p><p>　　KZ——海上風壓高度變化系數(shù)。表中值可用內插法確定；</p><p>　　——基本風壓，Pa；其中，結構所承受的風壓為： MPa (4.2) </p><p>　　——標準高度為海面上10m;</p><p>

54、;　　=0.613 (4.3)</p><p><b>　　—風壓的高度系數(shù)；</b></p><p><b>　　—構件的形狀系數(shù)。</b></p><p>　　，取值見表1，其中h（m）為構件距海平面的高度。</p><p>

55、<b>　　表4.1 取值</b></p><p><b>　　表4.2 取值</b></p><p>　　由表可知：高度系數(shù)取1，形狀系數(shù)取0.5</p><p>　　MPa (4.4)</p><p>　　Pa式中：α——

56、風壓系數(shù)，取0.613，；</p><p>　　——時距為t分鐘的設計風速，m/s；</p><p>　　A——受壓面積，即垂直于風向的輪廓投影面積，。</p><p>　　表4.3 海上風壓高度變化系數(shù) </p><p>　　4.2風載荷計算思路和過程</p><p>　　表4

57、.4 風速為51.5m/s自存狀態(tài)下45°方向風載荷計算</p><p>　　風速：51.5m/s 基本風壓：1626 Pa</p><p>　　表4.5 風速為36m/s工作狀態(tài)下45°方向風載荷計算</p><p>　　風速：36m/s 基本風壓：794Pa</p><p>　　表4.6 風速為5

58、1.5m/s自存狀態(tài)下0°，90°（橫向）風載荷計算</p><p>　　風速：51.5m/s 基本風壓：1626 Pa</p><p>　　表4.7 風速為36m/s自存狀態(tài)下0°，90°（橫向）風載荷計算</p><p>　　風速：36m/s 基本風壓：794Pa</p><p>

59、　　故風速為51.5m/s自存狀態(tài)下45°方向風載荷有最大風載荷：122174N，位置：4.57m,</p><p>　　風速為36m/s自存狀態(tài)下0°，90°（橫向）有最大風載荷：84218N，位置：4.07m。</p><p><b>　　5. 冰載荷計算</b></p><p><b>　　5.1冰

60、載荷選取</b></p><p>　　結冰海域內，在風和流作用下，大面積冰原擠壓垂直孤立樁柱所產生的冰載荷可按下式計算：</p><p>　　KN (5.1)</p><p>　　式中：m——樁柱形狀系數(shù)，對圓截面柱采用0.9；</p><p>　　K1——局

61、部擠壓系數(shù)；</p><p>　　K2——樁柱與冰層的接觸系數(shù)；</p><p>　　b——樁柱寬度（或直徑），m；</p><p>　　h——冰層計算厚度，m,應按國家主管部門提供的實測資料取值。</p><p><b>　　計算結果</b></p><p>　　根據CCS規(guī)范擠壓系數(shù)

62、 K1=2.5；</p><p>　　接觸系數(shù) K2=0.45；</p><p>　　由環(huán)境條件 Re＝1717kPa；</p><p>　　由設計資料 b=2.6m h=0.8m;</p&

63、gt;<p><b>　　5.2冰載荷計算</b></p><p><b>　　則冰載荷為：</b></p><p>　　=0.9×2.5×0.45×1717×2.6×0.8=3616.002KN</p><p>　　因為冰的厚度為0.8米，所以冰的作用點為0

64、.4米。選取模型的最近節(jié)點加載，即加載點為水面。</p><p><b>　　6. 波浪載荷計算</b></p><p>　　6.1波浪載荷計算公式</p><p>　　對小尺度圓形構件，垂直于其軸線方向單位長度上的波浪力f, 當D/L≦0.2（D為圓形構件直徑，m；L為設計波長，m）時，可按下列公式計算：</p><p&g

65、t;　　N (6.1)</p><p>　　式中：ρ——海水密度，kg/m3 ；</p><p>　　——垂直于構件軸線的阻力系數(shù)。必要時，應盡量由試驗確定。在實驗資料不足時，對圓形構件可取=0.6~1.0；</p><p>　　——慣性力系數(shù)，應盡量由試驗確定，在實驗資料不足時，對圓形構件可取2.0；</p><

66、;p>　　——水質點相對于構件的垂直于構件軸線的速度分量，m/s, 為其絕對值，當海流和波浪聯(lián)合對平臺作用時，為水質點的波浪速度矢量與海流速度矢量之和在垂直于構件方向上的分矢量；</p><p>　　——水質點相對于構件的垂直于構件軸線的加速度分量，m/s2。</p><p>　　根據線性波理論得： </p><p><b>　　(6.2)</

67、b></p><p><b>　　則速度： </b></p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　L==116.88m k=2π/L=0.053 w=2π/T=0.726</p><p>　　6.2波浪載荷計算方法</p><p>

68、;　　表6.1 波浪力計算</p><p>　　所以拖曳力距離泥面8.81m，慣性力距離泥面18.2m，當L/D≥8時不需要考慮（L為樁腿之間的距離，D為樁腿直徑）。</p><p>　　根據力矩的計算方法可以得到每根樁腿所受的等效作用力為227562N，即每根Z軸導管架所受的波浪力為227562N，等效作用位置為距離海底191.19米處。</p><p><

69、b>　　7.平臺模型的建立</b></p><p><b>　　7. 1結構簡化</b></p><p><b>　　平臺甲板設備載荷</b></p><p>　　甲板載荷總共是400噸，作用于上層甲板上。平臺通過自動輸入Z軸方向重力加速度（9.8）有MSC軟件直接生成。</p><p

70、>　　平臺由甲板、導管架及樁基組成，甲板是板梁結構，甲板上的設備重量等效為4個100t載荷分布加在甲板節(jié)點上。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管架上。</p><p>　　對于管單元的慣性矩的計算:</p><p><b>　　(7.1)</b></p><p>　　式中:D一管的外徑;</p>&l

71、t;p><b>　　d一管的內徑。</b></p><p><b>　　由剛度相等，可得:</b></p><p><b>　　(7.2)</b></p><p>　　設等效后的單元的外徑D、內徑d;導管架的外徑D1、內徑d1;樁腿的外徑</p><p>　　D2、內徑d

72、2,取D= D1 。由得出：</p><p><b>　　(7.3)</b></p><p>　　解得： d=2424mm</p><p>　　將數(shù)據代入方程可得:等效后導管架的厚度88mm。即等效后導管架的尺寸Φ 2600mm×88mm。 </p><p><b>　　7. 2邊界條件</

73、b></p><p>　　平臺以樁為基礎，導管架下部的邊界條件考慮樁與土之間的相互作用。為簡化計算，可將樁的下部看作固定端(取7倍樁徑)，本設計取泥面以下18.2m(7倍的樁徑，符合規(guī)范中的6~8倍樁徑的要求)，無需考慮群樁效應。</p><p><b>　　7. 3計算程序</b></p><p>　　平臺結構計算分析采用國際通用的結構

74、有限元軟件Patran，此處使用的是Patran2001。</p><p>　　7.4 MSC.Ptran建模 </p><p>　　建模按照在CAD里畫出草圖的主尺度，計算好每個位置的坐標點。通過MSC.patran軟件進行建模，先選取三維坐標XYZ，在patran上輸入各點的坐標，用curve連成線。再用命令mesh seed布置種子，然后mesh確定節(jié)點位置。接著是定義材料的屬性，確

75、定鋼材的彈性模量，泊松系數(shù)，鋼材密度，后定義每個構件的直徑和厚度，次做完都要刪除重復節(jié)點和重復單元，最后在導管架四根樁腿上加固定約束，然后加Force：冰、波浪、橫向風、45度風以及加載載荷。接下去設計工況，然后計算分析，出圖，取圖分析數(shù)據是否符合規(guī)范要求。</p><p>　　8.平臺結構及受力詳圖</p><p><b>　　8.1導管架圖</b></p&g

76、t;<p>　　圖8.1 主體平臺</p><p>　　圖8.2 第一層與第二層之間壓載、0°，90°風、冰、波浪力加載圖</p><p>　　圖8.3 加載后，加約束條件后的整體受力圖</p><p>　　圖 8.4 第一層平臺結構圖</p><p><b>　　圖8.5 導管圖&l

77、t;/b></p><p>　　圖8.6 樁腿圖</p><p>　　圖8.7 斜撐與水平撐結構圖</p><p>　　8.2 橫向風+冰+甲板載荷工況受力分析圖</p><p><b>　　第一種工況下：</b></p><p>　　圖8.8 橫向風+冰+甲板載荷，總體結構軸向應力&

78、lt;/p><p>　　圖8.9 橫向風+冰+甲板載荷，總體結構彎曲應力</p><p>　　圖8.10 橫向風+冰+甲板載荷，總體結構位移</p><p>　　圖8.11 橫向風+冰+甲板載荷，總體組合應力1</p><p>　　圖8.12 橫向風+冰+甲板載荷，總體組合應力2</p><p>　　8.3 4

79、5°風+冰+甲板載荷工況受力分析圖</p><p><b>　　第二中工況下：</b></p><p>　　圖8.13 45°風+冰+甲板載荷，水下的水平撐和內撐組合應力圖</p><p>　　圖8.14 45°風+冰+甲板載荷，最后兩層之間斜撐與水平撐組合應力圖</p><p>　　

80、圖8.15 45°風+冰+甲板載荷，總體結構軸向應力</p><p>　　圖8.16 45°風+冰+甲板載荷，總體結構彎曲應力</p><p>　　圖8.17 45°風+冰+甲板載荷，總體結構位移</p><p>　　圖8.18 45°風+冰+甲板載荷，總體組合應力1</p><p>　　圖8.

81、19 45°風+冰+甲板載荷，總體組合應力2</p><p>　　8.4 橫向風+浪+甲板載荷工況受力分析圖</p><p><b>　　第三種工況：</b></p><p>　　圖8.20 橫向風+浪+甲板載荷，總體結構軸向應力</p><p>　　圖8.21 橫向風+浪+甲板載荷，總體結構彎曲應力

82、</p><p>　　圖8.22 橫向風+浪+甲板載荷，總體結構位移</p><p>　　圖8.23 橫向風+浪+甲板載荷，總體組合應力1</p><p>　　圖8.24 橫向風+浪+甲板載荷，總體組合應力2</p><p>　　8.5 45°風+浪+甲板載荷受力分析圖</p><p><

83、;b>　　第四種工況下：</b></p><p>　　圖8.25 45°風+浪+甲板載荷，水下的水平撐和內撐組合應力圖</p><p>　　圖8.26 45°風+浪+甲板載荷，最后兩層之間斜撐與水平撐組合應力圖</p><p>　　圖8.27 45°風+浪+甲板載荷，總體結構軸向應力</p>&

84、lt;p>　　圖8.28 45°風+浪+甲板載荷，總體結構彎曲應力</p><p>　　圖8.29 45°風+浪+甲板載荷，總體結構位移</p><p>　　圖8.30 45°風+浪+甲板載荷，總體組合應力1</p><p>　　圖8.31 45°風+浪+甲板載荷，總體組合應力2</p>&l

85、t;p>　　表8.1 最大軸向應力</p><p>　　表8.2 最大彎曲應力</p><p><b>　　表8.3 最大位移</b></p><p>　　表8.4 最大組合應力</p><p>　　由得平臺主體在風冰載荷工況時，表8.1軸向應力最大為75.4MPa<144MPa，表8.2彎曲應力最大為42.

86、7MPa<144MPa，符合強度要求。平臺主體在風冰載荷工況時，符合強度要求。表8.3位移最大為181 mm，符合規(guī)范要求.表8.4最大組合應力為118MPa,符合規(guī)范要求。</p><p>　　9.設計所選場地調查</p><p><b>　　9.1一般要求</b></p><p>　　1.場地調查的實際范圍、深度和精確性取決于擬建平臺

87、結構的尺寸、類型、使用要求、地基土壤的連續(xù)性和均勻性，以及基礎發(fā)生破壞的后果。</p><p>　　在確定調查區(qū)域的范圍時要有足夠的裕度，以便考慮：</p><p>　　（1）場地調查時的定位誤差；</p><p>　?。?）用于平臺調裝作業(yè)船的航海設備的誤差；</p><p>　?。?）安放平臺時的實際裕度。</p><

88、p>　　2.平臺建造場地的調查一般可分為以下三個部分：</p><p>　?。?）海床調查：獲取有關海床表面的地球物理資料；</p><p>　?。?）地質調查：獲取該場地的區(qū)域特性資料；</p><p>　?。?）土質勘察和試驗：獲取必要的土工資料。</p><p><b>　　9.2海床調查</b></p

89、><p>　　1. 應對平臺實際建造場地的海床進行詳細的調查，獲取海床的測深、表面的不規(guī)則性、場地的平均坡度等資料。</p><p>　　2. 海床調查還應包括對可能受沖刷影響的底坡位置、漂石、淺斷層以及人為障礙的存在情況進行調查并作出記錄。</p><p>　　3.應對海床附近的水流進行調查。</p><p><b>　　9.3 地質

90、調查</b></p><p>　　1. 地質調查是為了獲取評定基礎地基和對場地有影響的鄰近區(qū)域的地質資料。</p><p>　　2. 現(xiàn)場地質調查應能揭示平臺建造區(qū)域內可能影響基礎設計和安裝的有關塌陷、滑動層、斷層、擠入層、泥漿塊、砂波等地質情況。</p><p>　　3. 通過地質調查所獲得的區(qū)域特性資料可作為規(guī)劃土質勘察和實驗時的依據。</p&

91、gt;<p>　　4. 應對平臺建造場地地震活動性近行評估，特別要驗證區(qū)域內是否存在斷層，斷層的范圍和幾何尺寸。</p><p>　　9.4 土質勘察和試驗</p><p>　　1. 土質勘察和試驗應是為了獲取地基各土層可靠的工程資料，以評價所要求的平臺結構安全度和性能是否滿足，擬采用的安裝方法是否合適。</p><p>　　2.土質勘察和試驗應具有足

92、夠的廣泛性，以便揭示對基礎結構有重要影響的所有土層和巖石沉積。</p><p>　　3.土質勘察和試驗可以綜合采用下述主要方法：</p><p>　?。?）地球物理方法；</p><p><b>　?。?）現(xiàn)場試驗；</b></p><p>　?。?）鉆孔取樣實驗室試驗。</p><p>　　僅由

93、地球物理方法獲得的資料不能作為設計依據。</p><p>　　4. 土質勘察和試驗應包括足夠數(shù)量的現(xiàn)場試驗、鉆孔取樣。試驗計劃要能構提供土壤的強度、分類和變形特性。如有必要，可進一步試驗，以確定土壤的動力特性、靜載荷和循環(huán)載荷下的土—結構相互作用特性。</p><p>　　5. 現(xiàn)場試驗應包括無側限抗壓強度試驗、靜力觸探、小型十字板試驗、旁壓儀測試和標準貫入基數(shù)試驗。</p>

94、<p>　　6. 鉆孔的數(shù)量和深度取決于現(xiàn)場附近地區(qū)的土質變化狀況、平臺尺寸以及設計要求。</p><p>　　7.應在海底面以下12m范圍內連續(xù)取樣；12m至樁尖下10m，每3m取一次樣；樁尖下10m往下，每8m取一次樣，但每層土取樣不少于一次。</p><p>　　8.取樣應盡可能不擾動土壤。土樣應進行仔細包裝、保存和運輸，以便使擾動和水份損失減為最小。</p>

95、<p>　　9.土樣應送至本社認可的實驗室進行試驗。</p><p>　　10. 實驗室土樣的試驗應至少包括如下內容：</p><p>　?。?）對需要補充現(xiàn)場試驗資料的土樣進行強度試驗；</p><p>　　（2）確定全部粘性土樣的含水量和塑性指數(shù)；</p><p>　　（3）確定所有土樣的容重；</p><

96、;p>　?。?）建立不固結—不排水三軸壓縮試驗，或固結—不排水三軸壓縮試驗的應力—應變關系；</p><p>　　（5）對每一重量砂層或粉砂層，應進行土顆粒尺寸的篩選分析。</p><p>　　11. 實驗室試驗的土樣應有足夠數(shù)量。試驗時所施加的應力盡可能與土壤單元在現(xiàn)場所受的應力條件相同。應可靠地反映固結比、初始應力以及結構和環(huán)境條件下引起的應力。</p><p

97、>　　10.畢業(yè)設計總結：</p><p>　　10.1設計要求及目標：</p><p>　　本次畢業(yè)設計課題是南海200米水深導管架平臺結構設計，在指導老師張教授的細心指導下，我開始了本次畢業(yè)設計的設計思路和設計方法的初步設想。本次設計參照中國船級社2003年海洋環(huán)境載荷和固定平臺規(guī)范。經過張教授給我講解的詳細步驟要求，我定下了設計步驟：第一步是學習MSC.Patran有限元軟件在

98、平臺結構中的應用。由于之前上王偉老師的課學過MSC.Patran，所以用這個軟件設計有些基礎，一些基本的操作已掌握。第二步是平臺選型、主尺度和構件尺寸的確定。我的設計課題是南海200米水深導管架平臺結構設計。設計之初我查找了許多導管架的研究學術論文及資料，參照張教授指導的模型尺寸確定要求。我在CAD里確定了模型的層數(shù)和第一層導管架高度，然后按照10:1的斜度設計，反正多次確定合理的寬度和高度。第三步確定環(huán)境載荷計算及各工況載荷的組合，本

99、次設計我選取了橫向風載荷、波浪載荷、冰載荷，甲板載荷四種外部條件，然后設計了:橫向風+冰+甲板載荷，45°風+冰+甲板載荷，橫向風+浪+甲板載荷，45°風+浪+甲板載荷?？偣菜姆N工況下的結構最大軸向應力，最大彎曲應力以及最大位移的分析。第四步是用有限元軟件MSC.Pa</p><p>　　10.2自身不足之處總結：</p><p>　　我覺得船舶專業(yè)知識博大精深，專業(yè)性

100、強，各種技術研究領域有待我們去研究發(fā)現(xiàn)。而作為一個船舶專業(yè)的畢業(yè)生，我在畢業(yè)設計完成時，我更是深有體會。大學里的各種課程設計，到最后一次的畢業(yè)設計對我們的專業(yè)知識的學習，掌握，已經能力的提高都是非常重要的。在這次設計過程中，有剛開始對設計的不熟悉的迷茫，設計過程中遇到解決不了問題的東奔西跑，問同學，問老師，問研究生的認真求教，到最后完成設計的喜悅。設計完成了，感覺有困難，也發(fā)現(xiàn)了自己專業(yè)知識不扎實，對MSC.Patran軟件學習的不精。

101、建模過程一開始有點急躁，經常出現(xiàn)很多重復節(jié)點和重復單元，而且在給加載力過程命名中隨意命名，以至于后來設計工況找力過程吃力，張教授告訴我設計是要嚴肅，細心，耐心并嚴謹?shù)?。告訴我怎么命名才能方便查找。光建模過程，我就建了12個模型，每次發(fā)現(xiàn)一些錯誤，雖然建模越來越快，但是建模過程中出現(xiàn)的問題讓我倍感羞愧。身為一個船舶專業(yè)的準畢業(yè)生，軟件操作水平比較差。但是我克服了這些難題，不懂就去想，想不通的就去問同學，老師。有時早上5點就起來設計。所以在

102、設計完成之時，我感受到了畢業(yè)設計的重量和意義。設計過程中發(fā)現(xiàn)的這些不足對自己來說是件好</p><p>　　10.3設計缺陷總結：</p><p>　　我個人理解用MSC.Patran軟件設計的目的是為了用最少的錢，設計最合理的結構，包括各結構尺寸、長寬、各導管厚度，橫撐和斜撐形式。本次設計雖然達到規(guī)范要求但是有個缺點就是材料選用量不是最優(yōu)的，用的材料教理想模型多，不符合最經濟的要求。&l

103、t;/p><p><b>　　10.4設計感言：</b></p><p>　　船舶工程是一個專業(yè)性很強的行業(yè)，而MSC.Patran軟件對于船舶設計具有工程設計 、工程分析、和結果評估功能。學好MSC.Patran軟件對今后的工作相當有用。在本次設計過程中，我通過網絡、圖書館查閱大量有關資料，通過向老師、研究生請教等方式，并與同學交流經驗和探討問題，使自己學到了不少海洋平

104、臺知識，經歷了不少艱辛，但收獲同樣是巨大的。我培養(yǎng)了獨立、認真工作的態(tài)度，了解到如何對自己工作能力的提高，對今后的工作生活有非常重要的意義。本次設計大大提高了我的動手能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的不太好，但是在設計過程中所學到的專業(yè)知識是這次畢業(yè)設計的最大收獲和寶貴財富，必將使我終身受益。</p><p><b>　　[參考文獻]</b><

105、/p><p>　　[1] 王浚璞.導管架海洋平臺動力學研究[D] .四川：西南石油大學，2008 .</p><p>　　[2] 方金苗.基于ANSYS的導管架海洋平臺的優(yōu)化設計[D] .大連：大連理工大學，2006.</p><p>　　[3] 竇培林.導管架平臺強度分析[J] .江蘇科技大學學報， 2008，22(4)：1~6.</p><p&g

106、t;　　[4] 王世敬.導管架平臺結構動力優(yōu)化分析[J] .石油礦場機械，2008，37(12)：38~41.</p><p>　　[5] 張登俊.淺海油田大型導管架施工技術探討[J] .中國海洋平臺，2002，17(3)：39~43.</p><p>　　[6] 周廣利.導管架平臺的動力分析[J] .中國海洋平臺，2006，21(1)：45~48.</p><p>

107、;　　[7] 崔秀芳.海上平臺導管架環(huán)形空間灌漿工藝研究[J] .石油天然氣學報，2010，32(1)：381~382.</p><p>　　[8] 任國慶，鄒龍慶，付海龍.JJ160/412K型井架有限元分析與承載能力研究[J] .石油礦場機械，2004，33(6)：33~35.</p><p>　　[9] 張光發(fā).導管架下水系統(tǒng)三維模擬數(shù)學模型[J] .大連海洋大學學報，2011，15

108、（1~2）：48~57.</p><p>　　[10] 王延林.導管架平臺甲板荷載長期監(jiān)測[J] .中國海洋平臺，2010，25(3)：47~51.</p><p>　　[11] 彭紹源.平臺導管架波浪拍擊計算參數(shù)分析[J] .中國海洋平臺，2010，25(4)：8~11.</p><p>　　[12] 金書成.冰荷載對導管架海洋平臺的作用研究[J] .中國海洋平臺

109、，2010，25（5）：21~23.</p><p>　　[13] 徐田甜.我國海上導管架平臺抗冰錐體的設計實踐[D] .大連：大連理工大學,2010.</p><p>　　[14] 楊國金.海冰工程學[M] .北京:石油工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[15] 陶冉冉.淺析安全評估在海洋平臺上的應用[J] .中國石油大學學報，2011，13(2)：46

110、~48.</p><p>　　[16] 王興國.單腿導管架平臺的設計與結構內力分析[J] .中國海洋平臺，2003，18（3）：18~21. </p><p>　　[17] Zhang Guangfa,Ji zhuoshang,Li Tieli,Lin Tieli,Lin Yan.Calculation of wave and current loads on launchi

111、ng offshore jacket[J].Journal of Marine Science and Application,2006(4):1~7. </p><p>　　[18] Lee S H. The Parametric study for offshore structure launching[D].Master thesis.Korea:Inha University

112、,2000.</p><p>　　[19] Caucheteur C, L home F, coal , et a l. Simultaneous strain and temperature sensor based on the numerical reconstruction of polarization maintaining fiber Bragg gratings[ J] . Optics and