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某采油平臺原為樁基液壓自升式平臺，由箱形主體、固樁室樁腿與樁靴及升降機(jī)構(gòu)等部分組成。舷部甲板為生產(chǎn)、儲油區(qū)，艦部甲板為生活動力區(qū)，四根樁腿由于平臺發(fā)生較為嚴(yán)重的中垂現(xiàn)象，為使其安全正常地工作，現(xiàn)對平臺進(jìn)行改造，改造方案為采取增加二根摩擦樁的方法，由四樁移動平臺改為六樁式固定平臺。本研究對改造前后的平臺建立了二個有限元模型，對無外載荷、壓載時和風(fēng)浪流載荷、風(fēng)冰載荷等各種工況下的平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，對摩擦樁與平臺的不同連接方式下，平臺主體和樁腿的最大應(yīng)力進(jìn)行比較，依此確定摩擦樁與平臺的連接方式，并計算極端環(huán)境狀態(tài)下樁靴滑移對樁腿應(yīng)力的影響。
平臺型長5m，寬2m，深3m，樁腿直徑2m，14號樁腿總長47.75m，樁靴為1m，在以上四樁平臺上增加5-6號二根摩擦樁，實際摩擦樁長7m，入泥深度為43m，平臺主體結(jié)構(gòu)采用空間板梁組合模型，即平臺結(jié)構(gòu)中的所有板全部簡化為空間板單元，平臺骨架如縱析、縱骨、橫梁肋骨等全部簡化為空間梁單元，平臺內(nèi)部撐桿，用空間桿單元來處理，固樁室同樣簡化為空間板梁組合模型，樁腿簡化為圓管梁單元改造前四樁平臺的計算模型為由梁與板組成的空間剛架結(jié)構(gòu)，共有14478個結(jié)點(diǎn)，32784個單元，1-4號樁的樁腿和平臺主體為理想剛性連撬改造后六樁平臺的計算模型為由上述四樁平臺的空間剛架結(jié)構(gòu)與二根摩擦樁組成，5-6號樁的樁腿和平臺主體的連接方式簡化為鉸接，每根摩擦樁上有41個結(jié)點(diǎn)，分40個單元，如圖所示。
平臺主體結(jié)構(gòu)的材料全部采用普通碳素鋼，屈服應(yīng)力取230 MPa，固樁室與樁腿材料采用高強(qiáng)度鋼，屈服應(yīng)力取350 MPa。考慮到淺海地區(qū)的海底地基狀況，將4號樁的樁腿底端在樁靴處的邊界條件簡化為簡支，即只限定線位移，不限制轉(zhuǎn)新增加的兩根摩擦樁的邊界條件，依據(jù)規(guī)范，取深度為6倍直徑的等效樁，即在入泥深度等于六倍直徑處取為固支為方便計算，取如下坐標(biāo)系：在艦部，以底機(jī)縱中剖面和d肋位的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向舷部方向為x軸，沿鉛垂方向向上為Y軸，船的右側(cè)水平方向為醉態(tài)平臺所處海域平潮水深為18m，浪高為1m，波浪周期為86，海流流速為102m/min，考慮到平臺改為固定式，設(shè)計風(fēng)速取為5m/s，單層海冰設(shè)計冰厚為2m，海冰的抗壓強(qiáng)度極限為2085kPa，彎曲強(qiáng)度為430kPa，甲板設(shè)備載荷均為垂向載截最大的甲板載荷為油罐載荷，油罐含液重900t作用在罐底，通過油罐基座傳遞到甲板為避免引起劇烈的應(yīng)力集中，所有線分布載荷均以狹長范圍的面分布載荷的形式加載，潛水泵、吊機(jī)輸油臂、計量分離，生產(chǎn)分離，燃燒臂及絞車等較大集中力，分別作用于相鄰的若干個節(jié)點(diǎn)。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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