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張力腿平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析對(duì)平臺(tái)全壽命安全運(yùn)行至關(guān)重要。整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的目的是確定在危險(xiǎn)工況及環(huán)境載荷下平臺(tái)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。根據(jù)TI_P的功能要求對(duì)其上部模塊進(jìn)行總體布置設(shè)計(jì)，最終確定了上部模塊的尺寸以及質(zhì)量和質(zhì)量分布。該TI_P采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，四立柱、四旁通，立柱頂部用析架連接。依據(jù)上部模塊尺寸質(zhì)量，對(duì)TI_P殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體尺度規(guī)劃，確定了平臺(tái)總體尺寸;并對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量、可變壓載質(zhì)量、固定壓載質(zhì)量和附屬構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行估算，編制出總體質(zhì)量控制報(bào)告;同時(shí)根據(jù)平臺(tái)的處理能力以及天然氣輸送要求進(jìn)行立管設(shè)計(jì)，確定出立管尺寸。張力腿作為TI_P的系泊系統(tǒng)，在總體設(shè)計(jì)中要根據(jù)平臺(tái)定位要求，確定其總體尺寸。
本文分析研究的典型TI_P主要結(jié)構(gòu)包括立柱、節(jié)點(diǎn)、旁通以及上甲板四部分。旁通為近似矩形截面的結(jié)構(gòu)，高9.5 m，寬12.35 m。旁通與立柱之間通過節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接。4個(gè)節(jié)點(diǎn)是高為9.5 m、外徑為23.75 m的柱形結(jié)構(gòu)。立柱頂端高度為57.45m，平臺(tái)的名義吃水為30 m。平臺(tái)艙室由于其功能性可劃分為臨時(shí)艙室、永久艙室以及空艙三種類型。典型張力腿平臺(tái)各部分定義如圖所示。
結(jié)構(gòu)有限元分析載荷包括了靜載、半靜載以及動(dòng)載荷三部分。針對(duì)平臺(tái)六種典型的極端工況，最大橫向撕裂力、最大橫向扭矩、最大縱向剪切力、最大垂向彎矩、最大甲板縱向慣性力、最大甲板橫向慣性力的設(shè)計(jì)波分析是首先計(jì)算的內(nèi)容。采用SESAM軟件進(jìn)行分析。建模中采用四節(jié)點(diǎn)平板單元、三節(jié)點(diǎn)平板單元、兩節(jié)點(diǎn)梁單元、質(zhì)量單元以及彈簧單元，建立平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)有限元模型。彈簧單元用來模擬張力腿與平臺(tái)接觸位置的三維位移，剛度參考了張力腿的剛度及平臺(tái)運(yùn)動(dòng)阻尼。
平臺(tái)的坐標(biāo)系統(tǒng)定義為：以平臺(tái)主結(jié)構(gòu)基平面幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸正向指向平臺(tái)東側(cè)，Y軸正向向北，Z軸垂直向上。圖為平臺(tái)危險(xiǎn)工況及坐標(biāo)。本文所研究的典型TI_P采用DNV-SESAM的GeniE模塊進(jìn)行建模，模型的整體坐標(biāo)系與平臺(tái)坐標(biāo)系統(tǒng)一致：以平臺(tái)結(jié)構(gòu)基平面幾何中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。進(jìn)行TI_P平臺(tái)總強(qiáng)度分析，驗(yàn)證平臺(tái)浮箱、立柱及其連接結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度是否滿足使用要求。按照船級(jí)社要求，采用有限元方法計(jì)算平臺(tái)總強(qiáng)度。采用殼單元模擬平臺(tái)外板、甲板、艙壁、強(qiáng)框架腹板等結(jié)構(gòu)，采用梁單元模擬扶強(qiáng)材、析材等結(jié)構(gòu)。水動(dòng)力載荷、靜水載荷和平臺(tái)加速度基于設(shè)計(jì)波幅直接傳遞給平臺(tái)總強(qiáng)度有限元模型，從而驗(yàn)證平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求。
模型主要包括四個(gè)立柱、環(huán)形浮箱、立柱上部橫向支撐和上部組塊析架結(jié)構(gòu)。為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性及提高工作時(shí)效，在平臺(tái)總強(qiáng)度分析中只建立基本結(jié)構(gòu)的有限元模型(甲板、艙壁、大梁等)，不考慮局部集中載荷等因素所要求的局部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。建模中考慮了部分簡化處理，包括平臺(tái)主甲板結(jié)構(gòu)采用板梁組合的析架式結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，上部設(shè)備采用質(zhì)量點(diǎn)及調(diào)整板密度的形式建立，壓載水艙質(zhì)量采用調(diào)整所在艙室上下板密度方式建立。
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