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自升式平臺(tái)是海上四大移動(dòng)式鉆井裝置之一，具有定位能力強(qiáng)、作業(yè)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，在海洋油氣資源開(kāi)發(fā)中處于重要地位。自升式平臺(tái)的作業(yè)水深為30.48cm)。目前自升式鉆井平臺(tái)大多數(shù)作業(yè)水深集中在50ft，其主要由平臺(tái)主體、樁腿樁靴、懸臂梁、上層建筑和直升機(jī)平臺(tái)幾部分組成。上層建筑是自升式平臺(tái)上供人員工作和居住的場(chǎng)所，通常設(shè)于平臺(tái)首部遠(yuǎn)離鉆井作業(yè)區(qū)域的平臺(tái)主體主甲板上。它除了設(shè)有船員工作生活艙室外，還是平臺(tái)部分設(shè)備的存放室。上層建筑相對(duì)于平臺(tái)主船體而言尺寸較小，不參與平臺(tái)總體強(qiáng)度，因此上層建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要單獨(dú)進(jìn)行有限元分析。該項(xiàng)工作是自升式平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析過(guò)程中一項(xiàng)重要內(nèi)容。自升式平臺(tái)上層建筑屬于板架結(jié)構(gòu)形式。將分別采用SACS和ABAQUS軟件建立簡(jiǎn)化梁模型和詳細(xì)板殼模型，針對(duì)正常作業(yè)和遷移兩種工況，對(duì)我公司某自升式平臺(tái)上層建筑進(jìn)行強(qiáng)度分析和比較，找出最優(yōu)方式，既節(jié)省人力又提高工作效率。
此自升式平臺(tái)上層建筑位于平臺(tái)的舷部，共有4層甲板，結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，此次僅對(duì)左半部分進(jìn)行建模分析。有限元模型如圖所示。有限元分析軟件SACS在當(dāng)今海事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中應(yīng)用極其廣泛，它也是海洋石油平臺(tái)及導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)分析專業(yè)性軟件。SACS軟件建模方便，求解高效。文中先以SACS軟件建立上層建筑簡(jiǎn)化梁模型，將大的扶強(qiáng)材與板格模型建出，板在其中主要是連接各個(gè)扶強(qiáng)材并起到傳遞力的作用，使整個(gè)模型能夠更接近實(shí)際結(jié)構(gòu)，而后以ABAQUS軟件建立上層建筑詳細(xì)板殼模型，板材扶強(qiáng)材與加強(qiáng)筋均以對(duì)于所建有限元模型，在上層建筑與主甲板連接處取簡(jiǎn)支約束在分析模型被中心線所切割處也取簡(jiǎn)支約束。其中圖中SACS模型邊界全部為111000(1表示約束，0表示自由)，圖為局部邊界條件放大圖。
進(jìn)行上層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí)需考慮：正常作業(yè)工況載荷：上層建筑的自重、甲板活動(dòng)載荷、設(shè)備質(zhì)量、直升機(jī)甲板的支反力；遷移工況載荷：上層建筑的自重、甲板活動(dòng)載荷、設(shè)備質(zhì)量、風(fēng)載荷、運(yùn)動(dòng)加速度、直升機(jī)甲板的支反力。上層建筑的自重，設(shè)備質(zhì)量可查看質(zhì)量報(bào)告數(shù)據(jù)；甲板活動(dòng)載荷可查看相關(guān)規(guī)范規(guī)定；直升機(jī)甲板的支反力由直升機(jī)甲板強(qiáng)度校核報(bào)告得到；風(fēng)載荷，運(yùn)動(dòng)加速度根據(jù)相關(guān)規(guī)范公式計(jì)算得到。風(fēng)載荷對(duì)上層建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有較大的影響，風(fēng)載荷大小是由風(fēng)壓與上層建筑受風(fēng)的投影面積的乘積得到。平臺(tái)運(yùn)動(dòng)為六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，包括縱搖、橫搖、舷搖、升沉、縱蕩、橫蕩運(yùn)動(dòng)；平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的加速度也有六個(gè)自由度。計(jì)算六個(gè)運(yùn)動(dòng)加速度非常費(fèi)時(shí)，因此可將上層建筑的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化成單自由度的運(yùn)動(dòng)來(lái)計(jì)算。在航行工況，以搖擺周期10s、單擺幅值的搖擺角來(lái)校核。假定平臺(tái)的搖擺(縱搖與橫搖)為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則最大加速度按式計(jì)算。
上層建筑強(qiáng)度分析校核分為屈服校核和屈曲校核。上層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程主要通過(guò)船級(jí)社專業(yè)的計(jì)算包或者公司自己開(kāi)發(fā)的后處理程序完成。按照相關(guān)規(guī)范要求，對(duì)于承受軸向壓縮與彎曲共同作用的構(gòu)件，其壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力應(yīng)滿足式。SACS軟件可以直接輸出所有單元在各種組合工況下的最大結(jié)構(gòu)利用率。SACS模型強(qiáng)度校核結(jié)果如表所示。直升機(jī)甲板的支反力以集中力形式加載，連接區(qū)域會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此需要進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化按照所述的校核標(biāo)準(zhǔn)，ABAQUS模型所得的強(qiáng)度校核結(jié)果所示。
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