导管架平台船舶与海洋结构物构造

导管架平台船舶与海洋结构物构造 船舶与海洋结构物构造 关于海洋石油开发的一点历史：n海洋油气资源开发可追溯到 19世纪在从陆地延伸到海上去的栈桥上钻井采油。n海洋石油工业的诞生标志：Kerr-McGee完成第一口海上油井， Gulf of Mexico,1947年水深： 4.6m 木质平台大小： 11.6m*21.6mn第一个浮式平台 ：一艘改装的半潜平台， 1975年在 UK North Sea的 Argyle field。n第一个船式的海洋平台： FPS， 1977年在西班牙海域的 Castellon field， by Shell International n今天，有超过 1万艘不同的海洋平台已被建造安装：p固定在海底的： 导管架平台，重力式平台，顺应塔平台，自升式平台p浮式的： Semi, FPSO, TLP, Sparn趋势：不断走向深水：到更深的海域去开采石油船舶与海洋结构物构造 1.导管架平台的 受力特点2.导管架平台的 结构组成3.导管架平台 上部结构4.导管架 结构5.桩基础 结构6.火炬导管架 与 过桥 结构7.管节点 结构1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造 活动式平台一般用于勘探或浅海区采油。而 生产平台 ，大多采用 固定式平台 ，其中 导管架平台 具有 适应性强 、 安全可靠 、 结构简单 、 造价低 的优点，是应用较多的一种平台。1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造 (1) 环境载荷p由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自然环境引起的载荷。主要有 风载荷 、 波浪载荷 、 流冰载荷 、 地震载荷 等 。(2) 使用载荷p使用载荷包括 固定载荷 、 活载荷 及 动力载荷，应根据平台的类型和使用要求，对可能影响结构或构件的载荷加以考虑。1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造 固定载荷p固定载荷 是指作用在平台上的 不变载荷 ，当水位 一定 时，为 一定 值，它包括 平台结构 在空气中的 重量 ，包括导管架、桩、灌浆等； 永久 安装在平台上的 设备 和 附属结构重量 ，包括机械设备、管线、防腐阳极块等；水线下作用在结构上的 静水力 ，包括 外压力 与 浮力 。1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造 活载荷p活载荷 为平台使用期间 加在平台上 的 载荷 ，它随平台作业类型的 不同 而 变化 ，按其时间变化与作用可分为 可变载荷 与 动力载荷 。由于 可变载荷 的数值及作用位置 变化缓慢 ，可作为 静载荷处理。1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造活载荷可变载荷 包括：p钻井和生产设备 的重量，这些设备可以移上或移下平台，并在平台上移动；p生活区、直升机平台 的重量，生活 供给设备、救生设备、潜水设备 及 公用设备 的重量，这些设备也可以移上或移下平台 ;p贮藏舱中消耗性的 供给物品 及 液体 重量；p海洋生物附着 和 冰聚积所增加 的重量。1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造 动力载荷当载荷对平台结构或构件的 动力作用显著 时，就考虑为 动力载荷 。动力载荷 包括：p周期性载荷 ：当各种动力机械和设备的运转频率接近结构的自振频率时，就应该考虑载荷的动力放大。p冲击性载荷 ：包括钻井、材料的搬运，船舶系泊及碰撞，直升机的降落等。 1.导管架平台的 受力特点船舶与海洋结构物构造 (3) 施工载荷p施工载荷 发生在平台的 建造 、 装船 、 运输 、 下水 、 安装 等阶段，为 临时性载荷 ，对于受环境条件影响的各个施工阶段，平台的施工载荷应与环境载荷进行相应的最不利的组合。2.导管架平台的 结构组成船舶与海洋结构物构造 p钢质导管架 近海平台有许多类型，经济性决定了对平台类型的选择，一般在深水区，采用所有功能齐全的整体式多层自给式平台。在 较浅的水域 则采用 多个分离 的 不同功能 的平台，例如： 供应平台 、 钻井平台 、 生产平台 、 生活平台 、 辅助平台 、 火炬塔 等。2.导管架平台的 结构组成船舶与海洋结构物构造 导管架平台 可分为三个主要组成部分 ：p上部结构p导管架p桩2.导管架平台的 结构组成船舶与海洋结构物构造 上部结构上部结构 包括 ：p平台甲板p舱壁p围壁p甲板支柱p桁架结构甲板结构 的主要作用是在海上为钻井或采油提供足够的场地，以便在其上布置钻井或采油设备、辅助设备、各种生活设备以及供直升飞机升降。2.导管架平台的 结构组成船舶与海洋结构物构造 导管架p由 导管 (桩腿 )和连接导管的 纵横撑杆 所组成的空间刚 (桁 )架 。 各管状构件 相交处形成了 管状节点结构 。一般 管节点 都采用弦杆 (即管节点中直径较大的管构件 )管壁加厚或其它措施进行加强。其 主要作用 是 支承上部结构 ，平台进行海上安装施工时， 导管架的桩腿 则作为 打桩定位和导向用 。在使用上，导管架还可以用来 系靠船舶 ，以便于供应船靠离平台。2.导管架平台的 结构组成船舶与海洋结构物构造 桩p作用 是把平台固定于海底并 承受 横向载荷和 垂直载荷 。桩通过导管架打入海底土中，由单桩组成或群桩形成桩基础，上部结构和导管架的载荷通过桩基础传入地基。3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 p上部结构 也称 甲板结构 ，上部结构有 整体式 与组块式 两种结构形式。p所有 甲板结构 原则上都是由 三维钢构件 组成。主要 承载构件 可分为 板桁材 、 箱形桁材 和 桁架三种形式。p板桁材 和 箱形桁材 由 板架 组成 ，组成 桁架 的桁材是 管状 的或 型材 (工字钢、槽钢等 )。 甲板类型 划分为两类： 整体的 和 模块化 的。在整体甲板结构中，设备在结构建造后安装。在模块结构中，先建造甲板基础结构，然后将设备模块起吊并固定在基础结构之内或之上。3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (1)整体式甲板结构箱形与板桁材式结构p整体式甲板结构 (上层结构 )其结构为一整体，在这种结构中，可有多层甲板，一般有二、三层甲板，二层甲板的 下层 为 主甲板 ， 上层 为 上甲板 ，三层甲板的 中间 为 二层甲板 ，这些甲板一般在其平面连续，整个贯通于上层结构平面。其中板桁材与箱形桁材由这些连续甲板与纵、横舱壁，围壁为一体，组成这两种强承载结构，承担甲板载荷，并将其传到支撑结构导管架上。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (1)整体式甲板结构箱形与板桁材式结构p单甲板式上层结构 同样要 借助 于 甲板支撑结构的桁架 形成 桁架式甲板承载结构 。由横梁至纵桁和纵桁至桁架的甲板构架可采用下面两种方法构成。 横梁 可以 穿过 纵桁腹板 ，而 纵桁 则 穿过 桁架顶端的弦管 (与船体甲板结构常用构件连接方法一样 )。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (1)整体式甲板结构 桁架式结构p整体甲板强承载结构 为 桁架式 ， 主要特点 是 甲板主要载荷 由 桁架承受 ，整个上层结构 (甲板结构 )为一个三维空间桁架，这个空间桁架由几个水平平面桁架，纵向垂直平面桁架，横向垂直平面桁架组成，考虑到结构的连续性，及有利于甲板载荷传递到下部与其相连的导管架上，甲板上的一些纵横垂直的平面桁架与导管架垂直桁架布置要统一考虑。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (1)整体式甲板结构 桁架式结构p垂直的平面桁架 一般由 甲板立柱 与 水平桁材 (“工 ” 字钢或圆管 )、 斜撑 (“ 工 ” 字钢或圆管 )组成， 立柱 一般都为 圆管 ，便于立柱下端与导管架弦管的上端相连或用过渡连接件连接。以便将上部甲板的载荷传到支撑结构 (导管架 )。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (2)组块式 (模块式 )甲板结构p 上述 整体式上部结构 整个结构是 一个整体 ，而组块式上部结构 是由 多个立体模块 组成。这些模块是已经预舾装了的立体分段。模块有各种功用，如生活模块、生产模块、各种设备模块，许多复杂模块互相支承，又互相独立，像搭积木一样布置在一个整体结构上 。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (2)组块式 (模块式 )甲板结构 组块式上部结构由两部分组成，即p模块p模块支撑结构 (也称甲板基础结构 )。3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (2)组块式 (模块式 )甲板结构 p模块形状 与其 功用 及 需要 有关， 长方体模块由于结构及工艺简单，布置方便， 应用较为普遍 。根据总布置需要及受设备本身形状限制，也有其它形状。3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 (2)组块式 (模块式 )甲板结构 p立体的模块结构 形式同样由其 功用 及 强度要求 决定，有 封闭的箱形结构 ，有 空间桁架结构 ，也有板架与桁架组成混合型结构 。如果模块的某一平面作为平台甲板或舱壁，其必须为板架 (板与型材 )，如果不需要，尽量为平面桁架，结构更简单。3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 p箱形模块结构 由 平面板架 组成， 空间桁架 则由 平面桁架 组成。平面板架中 各种型材 (纵桁与横梁 )的布置方法有 正交布置 与 桁架式布置 两种。 正交布置 即 横梁为横向 ， 纵桁为纵向 。 桁架式布置 即由较强的桁材布置成一个 平面桁架 ，再布置小尺寸的 横梁及板 。板架中平面桁架布置形式与模块中平面桁架的布置方式一样。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 p平面桁架 可以全部用 管材 ，可以全部用 型材 ，也可以 管材与 型钢材 同时使用。即垂直构件 用管材 ， 水平构件 用 型材， 斜撑 可以用 管材 ，也可用 型材 。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 甲板支承结构 (甲板基础结构 )p甲板支承结构 (模块基础结构 )要 承受 所有 上部结构的载荷 ，包括所有模块载荷及工作时产生的各种动载荷 。由于平台上层结构的总强度由该结构承受，因此其强度要求较高。 甲板支承结构 形式也有 箱形 、 板桁 及 桁架 三种，由于桁架式结构较箱形和板桁型结构工艺简单、强度好。因此大多数模块式上层结构的上部支承结构为三维空间桁架，其构件布置形式类似导管架结构的桁架形式。3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 甲板支承结构 (甲板基础结构 ):桁架式甲板支承结构p一般由 两层平面桁 架 组成 ，因为桁架多会浪费材料，少于两层平面就不能组成空间桁架， 最少 有两个横向垂直平面桁架 和 两个纵向垂直平面桁架，为增加支承结构上部水平平面面积，以布置更多的模块，支承结构的上层平面桁架在两侧或四周设悬伸结构，悬伸结构一般与上层水平平面桁架为一整体，即将上层平面桁架中的纵桁或横梁延长，延长的悬臂梁由斜撑与下层的平面桁架相连。 3.导管架平台 上部结构船舶与海洋结构物构造 甲板支承结构 (甲板基础结构 ):p支承结构 需将 模块载荷 传递 到 下部导管架 ，因此其 结构形式 及需要的 垂直的平面桁架数 量要 考虑到