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我國(guó)海洋石油、天然氣等資源十分豐富，早在60年代初就開(kāi)始了海上石油勘探工作，海上石油勘探作業(yè)主要使用各種類(lèi)型的海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)是一項(xiàng)綜合性海洋工程，它們既有海洋土木工程的特性，作業(yè)時(shí)要求象固定式鉆井平臺(tái)那樣穩(wěn)定，又具有船舶工程的特性，漂浮在海上拖航移位時(shí)要求具有船舶那樣的性能。而且，還要滿足海洋開(kāi)發(fā)鉆井作業(yè)要求。由于海上移動(dòng)式鉆井平臺(tái)工作在惡劣的海洋環(huán)境中，且設(shè)計(jì)使用的歷史較短，其設(shè)計(jì)理論還處于完善階段，尤其是鉆井平臺(tái)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值得重視。
某型海上自升式移動(dòng)鉆井平臺(tái)，原為開(kāi)槽式鉆井平臺(tái)，由于鉆井設(shè)備固定安裝在開(kāi)槽處，對(duì)多功能鉆井作業(yè)帶來(lái)許多不便，為滿足多方面的鉆井要求特將其改造為可移動(dòng)的懸臂梁式鉆井平臺(tái)，將鉆井設(shè)備安裝在懸臂梁頂端，鉆井作業(yè)時(shí)可利用懸臂梁的可前后、左右移動(dòng)性，大幅度擴(kuò)大鉆井作業(yè)范圍，由于平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式較原先設(shè)計(jì)有了較大改變，在鉆井作業(yè)時(shí)，致使平臺(tái)承受鉆井設(shè)備操作平臺(tái)的彎矩大幅度增大，從而發(fā)生了尾部左右兩舷預(yù)壓艙底漏水現(xiàn)象，且經(jīng)多次修復(fù)無(wú)效。本文為此對(duì)整體進(jìn)行了危險(xiǎn)極端工況下的強(qiáng)度有限元分析，找出了艙底破損的原因，并進(jìn)行了合理的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，取得了滿意的效果。
海上自升移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，由近似三角形的平臺(tái)體和三根析架式樁腿組成，平臺(tái)自上而下依次為平臺(tái)底、機(jī)械甲板和主甲板。機(jī)械甲板位于三個(gè)升降室之間，其上主要有泥漿泵、泥漿池、發(fā)電機(jī)組、整流裝置等設(shè)備。主甲板上有直升機(jī)平臺(tái)、生活區(qū)、管子堆場(chǎng)，尾部為可移動(dòng)式懸臂梁裝置。根據(jù)原始設(shè)計(jì)圖紙和修理改裝圖紙，在建立有限元模型時(shí)，將此平臺(tái)簡(jiǎn)化為板梁組合結(jié)構(gòu)，其中梁元截面性質(zhì)156種、節(jié)點(diǎn)2538個(gè)、4414個(gè)梁元、2197個(gè)板元，非結(jié)構(gòu)承重部分的機(jī)械設(shè)備、固定可變載荷、預(yù)壓水、淡水、鉆井水、燃油等，按實(shí)際分布情況作為集中質(zhì)量處理。
載荷是指一切可能影響平臺(tái)工作與壽命的載荷，在本文計(jì)算中，計(jì)算載荷按照規(guī)范(1994年)和CCS規(guī)范(1993年)選取，主要考慮了以下載荷。移動(dòng)式平臺(tái)的作業(yè)極限海況條件為：風(fēng)速43.31 m/s，波浪波高9.1 m、周期9.3 s，海流表層96cm/s、中層90cm/s、底層74cm/s。風(fēng)壓p和風(fēng)載荷P分別按式計(jì)算，對(duì)任意高度及部位的波浪流的載荷計(jì)算由程序采用插值法，根據(jù)有關(guān)規(guī)范自動(dòng)生成。作業(yè)水深30m，樁腿入泥8m，升船15m，懸臂梁作業(yè)時(shí)最大位移尺寸為：縱向離平臺(tái)底尾端12.192 m，橫向最大位移作業(yè)距離平臺(tái)中線3.66 m，最大大鉤載荷為453.6 t，可變負(fù)荷1270.08t。據(jù)此，將載荷工況分為4種平臺(tái)作業(yè)極限載荷工況：(1)平臺(tái)體、樁腿自重+主甲板及機(jī)械甲板上的設(shè)備重+固定可變載荷及淡水、燃油、鉆井水等液艙重+鉆臺(tái)設(shè)備重及鉆井作業(yè)載荷(懸臂梁伸出最大距離)+東北風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷+一切可能影響計(jì)算結(jié)果的可計(jì)算載荷。(2)平臺(tái)體、樁腿自重+主甲板及機(jī)械甲板上的設(shè)備重十固定可變載荷及淡水、燃油、鉆井水等液艙重+鉆臺(tái)設(shè)備重及鉆井作業(yè)載荷(懸臂梁伸出最大距離)+正北風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷+一切可能影響計(jì)算結(jié)果的可計(jì)算載荷。(3)平臺(tái)體、樁腿自重+主甲板及機(jī)械甲板上的設(shè)備重+固定可變載荷及淡水、燃油、鉆井水等液艙重+鉆臺(tái)設(shè)備重及鉆井作業(yè)載荷(懸臂梁伸出最大距離，橫向最大偏離平臺(tái)中心線)+東北風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷+一切可能影響計(jì)算結(jié)果的可計(jì)算載荷。(4)平臺(tái)體、樁腿自重十主甲板及機(jī)械甲板上的設(shè)備重十固定可變載荷及淡水、燃油、鉆井水等液艙重+鉆臺(tái)設(shè)備重及鉆井作業(yè)載荷(懸臂梁伸出最大距離，橫向最大偏離平臺(tái)中心線)+正北風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷+一切可能影響計(jì)算結(jié)果的可計(jì)算載荷。
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