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塔形井架是橫截面為正方形或矩形的塔形結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件四面成網(wǎng)絡(luò)或析架結(jié)構(gòu)，因此它具有很大的組合截面慣性，整體穩(wěn)定性好、承載能力大。由于海洋平臺所處的海洋環(huán)境十分復(fù)雜和惡劣，載荷不確定因素多，因此結(jié)構(gòu)強度分析自然成為設(shè)計階段的重要研究內(nèi)容。本研究用SACS軟件建立海洋塔形井架HJJ900-52的有限元模型圖，計算井架靜載荷、工作載荷及環(huán)境載荷，依據(jù)API-4F規(guī)范的要求編制32種載荷組合工況，并對其進行了強度分析。
HJJ900-52為瓶式塔形海洋井架，二層臺以下井架立柱采用直立柱結(jié)構(gòu)，二層臺立根以上位置開始收口，井架所有桿件形心相交。井架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此要對井架進行簡化。井架梯子平臺、護欄對井架剛度影響較小，在簡化時折算成相應(yīng)的質(zhì)量。HTVA導(dǎo)軌及頂驅(qū)導(dǎo)軌對井架剛度有一定影響，自身自重及環(huán)境載荷較大，并傳遞立根手臂和頂驅(qū)的工作載荷，二層臺指梁用于橫向支撐立根的上端，傳遞立根產(chǎn)生的載荷;天車座安裝在井架頂部，承受鉤載及工作繩力，是重要結(jié)構(gòu)部件。故模型可以分為五部分：井架主體、天車座、頂驅(qū)導(dǎo)軌、指梁和HTVA導(dǎo)軌，井架鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)其受力特點主要分為立柱、橫梁和斜撐三大類，根據(jù)其截面幾何形狀主要用到角鋼、雙角鋼和H型鋼。天車座橫梁截面尺寸大，手工焊接成工字形鋼。二層臺指梁的橫梁，由于受到指梁懸臂扭矩大，采用矩形截面梁。根據(jù)井架各桿件的截面尺寸，在軟件中建立40種不同截面，并對天車座部分橫梁采用了偏置處理，使得模型與實際結(jié)構(gòu)更匹配，模型共有單元823個，節(jié)點670個。
井架節(jié)點連接方式包括：焊接、法蘭式對接及螺栓摩擦式連接。焊接與法蘭式對接均視為剛性節(jié)點，不僅承受軸向力而且也承受彎矩作用。對于螺栓摩擦式連接，承受軸向力，只傳遞端板法向方向的彎矩，故處理為半剛性連接，需要釋放節(jié)點的旋轉(zhuǎn)自由度。井架立柱之間均為剛性連接，斜撐都為半剛性連接，V形大門下兩層為焊接剛性連接，橫梁既有剛性連接，又有半剛性連接。有效長度概念是用來計算結(jié)構(gòu)整體與對某一受壓桿件的穩(wěn)定性之間的影響，用系數(shù)K來表示。使長度為L的受壓桿件的強度與一個僅受軸心載荷長度為K的等效鉸端構(gòu)件的強度相等。有效柱長與實際無支撐長度比值K可大于1.0或小于1.0。SACS中可自定義每根桿件的K值，根據(jù)截面慣性矩的方向分為kx和kz。根據(jù)每根桿件受力形式，立柱kx=kz=1.0，橫梁kx=1.0，kz=2.0，V形大門kx=1.0，kz=2.0，斜撐k=1.0。將井架4個腳視為鉸接約束，x，y，z3個方向的自由度，對HTVA導(dǎo)軌底端約束：x方向自由度。
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