平臺(tái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析目前廣泛采用有限元分析的方法,利用計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移。平臺(tái)總強(qiáng)度分析包括靜力分析和動(dòng)力分析,目的是使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi),能夠滿足環(huán)境條件要求,并能承受工作荷載和環(huán)境荷載作用,以導(dǎo)管架平臺(tái)為代表的固定式海洋結(jié)構(gòu)物的剛性較大,甲板荷載較小,尤其是當(dāng)平臺(tái)工作深度未超過30m時(shí),結(jié)構(gòu)的自振頻率與波浪頻率相比要大得多,動(dòng)力荷載對(duì)位移的放大作用比較小,可以暫不考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)的影響,只作靜力分析。
對(duì)某導(dǎo)管架平臺(tái)整體和局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算,運(yùn)用MSC.PATRAN建立導(dǎo)管架平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析有限元模型,確定了平臺(tái)的環(huán)境荷載,按照規(guī)范進(jìn)行荷載組合,確定結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的主要工況,計(jì)算了在各種荷載組合工況下的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力,并通過對(duì)平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)的分析,選取平臺(tái)應(yīng)力幅值較大的典型管節(jié)點(diǎn),根據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)API(American Petrolemn Institute),對(duì)典型管節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。
作用在平臺(tái)上的環(huán)境荷載主要有風(fēng)、波浪、海流和冰荷載.渤海的有冰區(qū)域,主要是冰荷載,它是導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)的控制荷載。研究中的環(huán)境荷載計(jì)算均遵照中國(guó)海洋石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法-載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法》中的有關(guān)規(guī)定,風(fēng)荷載作為側(cè)向荷載作用于平臺(tái)結(jié)構(gòu)上,其力的作用點(diǎn)高,力矩大,并有動(dòng)力效應(yīng),使平臺(tái)產(chǎn)生位移、搖動(dòng)或疲勞。因此,風(fēng)荷載是平臺(tái)設(shè)計(jì)必須考慮的自然環(huán)境荷載之一海洋上的各類結(jié)構(gòu)物大都處于開敞的海域,直接遭受波浪襲擊,受到波浪力的作用。對(duì)于海洋結(jié)構(gòu)物來說,波浪荷載是一項(xiàng)主要的環(huán)境荷載,海浪在靜水面附近波動(dòng)最大、最活躍,靜水面附近的波浪力也就最大,減小這一區(qū)段結(jié)構(gòu)尺寸,便可減小受力作用。
導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)便是一個(gè)減小波浪力作用的較好的結(jié)構(gòu)形式,作用在海洋結(jié)構(gòu)物上的波浪力與波高、波周期、相位差、水深、結(jié)構(gòu)尺寸及形狀等諸多因素有關(guān),計(jì)算波浪作用在圓柱形物體上的力取決于波長(zhǎng)與桿件直徑的比值,導(dǎo)管架平臺(tái)是一種桿系結(jié)構(gòu),L/D通常比較大。當(dāng)比值較大于5時(shí),則桿件不會(huì)明顯修正入射波浪,波浪力可按Morison公式作為阻力和慣性力的和來計(jì)算,同波浪荷載一樣,海流荷載也是按Morison公式計(jì)算的,由于海洋平臺(tái)的整體荷載是由Morison方程得出的局部荷載迭加而成,所以必須采用合適的局部流速。
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