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深水鉆并船是目前國際先進的海洋石油勘探、鉆并裝置，適合在世界不同海域、不同海洋環(huán)境條件下連續(xù)勘探鉆并作業(yè)。鉆并船具有移動性好、航速高、調(diào)遣快速、水線面面積大，可變載荷大，船上重量變化對吃水影響較小、海上自存能力強、工作水深大等優(yōu)點，但傳統(tǒng)的鉆井船通常存在受風浪影響大、運動敏感，穩(wěn)性稍差，適合在環(huán)境條件相對溫和的海域進行鉆并作業(yè)的缺點。
自上世紀五十年代世界上首艘鉆并船問世以來，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。目前世界上在建、改裝和作業(yè)的鉆并船共有151艘，其中在建69艘，多屬于新一代鉆并船。新一代鉆并船的最大工作水深超過3000m，最大鉆探深度超過10000m，均配備DP3級動力定位系統(tǒng)。在海況適應性方面，雖然鉆并船較半潛式鉆并平臺差，但經(jīng)過多年的發(fā)展，目前的鉆并船也已經(jīng)能夠適應比較惡劣的海況。未來鉆并船在作業(yè)水深、鉆探深度、有效載荷、適應性等方面還有進一步改進的空間。2010年，中遠船務承接了世界上在建最大的深水鉆并船“大連開拓者號”的設計建造。“大連開拓者號”深水鉆并船上部模塊主要包括鉆并模塊、泥漿處理模塊、立管存放模塊、動力模塊、生活模塊等。文章將以立管存放模塊為例，著重闡述該類模塊結構強度有限元分析方法，為深水鉆并船上部模塊的設計提供理論依據(jù)。
立管存放模塊是“大連開拓者號”深水鉆并船模塊之一，位于公用模塊和動力模塊之間。該模塊長50m、寬29m、高9.25m，分為四層，各層距離基線的高度分別為31.2m, 35.1m, 39.1m, 45.515m，為析架結構，由布置在主甲板上的24個底座支撐。模塊的主要承重結構為工字梁，斜撐為管材結構。
文章以深水鉆井船立管存放模塊為研究對象，對正常作業(yè)、海上拖航、風暴自存工況下的模塊的主要結構強度進行了計算分析，載荷的組合工況的確定主要依據(jù)DNV海工標準，采用AISC(美國鋼結構協(xié)會)許用應力設計法，完成模塊結構強度的規(guī)范校核工作。在對立管存放模塊進行強度分析中，需要考慮如下載荷的作用：結構自重、甲板可變載荷、風載荷、冰載荷、由中拱中垂引起的船體變形、由船舶運動引起的慣性力以及其他受力等。下面將對各基本載荷進行逐一說明。1)結構自重。為了使模型重量與模塊的實際重量保持一致，并保證載荷傳遞的準確性，在建模過程中，次要構件和板材也將在計算模型中加以考慮，結構自重通過GeniE軟件直接加載，并注意調(diào)整模型重量重心以確保與重量控制報告數(shù)據(jù)相一致。2)設備重量。設備重量包括機械設備重量、管系重量、電氣重量、儀表重量、立管重量、其他雜項重量等，加載過程中按照布置圖中規(guī)定的位置放置設備和立管，設備的重量重心按照設備供應商提供的數(shù)據(jù)予以加載。3)甲板可變載荷。甲板可變載荷并不是永久作用在模塊結構上，出于結構的安全考慮，需要加以引入。所有的可變載荷將以設備的形式在計算模型中存在，以便可以考慮由鉆并船運動而引起的慣性力作用。甲板可變載荷的組成成分很多，他們并不是同時作用在結構上，因此加載時需要引入必要的折減系數(shù)。4)冰載荷。根據(jù)設計任務書的要求，取值為0.09kN/m2。為了考慮鉆并船運動所引起的慣性力的影響作用，對模型加載過程中，冰載荷將以設備的形式加以考慮。5)風載荷。以海平面上方10m處的每小時平均風速為基準計算不同高度上的模塊結構所受的風壓，計算中需考慮到作業(yè)工況、自存工況、拖航工況下的風壓變化。加載時，根據(jù)投影面積的大小，將風壓對結構的作用合力以線載荷的方式均布到各層的支撐結構上。6)慣性力。根據(jù)船舶不同工況下的整體的運動分析結果，得到設計位置的運動加速度，進而得到作用在模塊結構上的慣性力。7)甲板變形。由于立管存放模塊的分析與主船體的強度分析分開進行，因此在對模塊結構強度分析時需要對由總縱彎矩作用引起的船體變形量加以考慮。
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