米水深导管架结构设计关键技术研究PPT课件.ppt

中国石油集团海洋公司工程设计院 2010年10月 100米水深导管架结构设计技术研究 固定导管架平台是目前海上油气开发使用最广泛的一种结构型式 其优点是结构简单 安全可靠 造价低廉 适应性强 固定导管架平台的发展历史是由浅水区域走向深水区域的历史 固定导管架平台的发展历史 一 概述 汇报内容 一 概述二 100米水深环境特点及结构特点三 工程实例分析四 100米水深导管架结构设计研究课题五 结束语 中国石油集团海洋工程有限公司固定导管架平台技术的发展情况 水深 1m 11m100m工作 项目与科研相结合 一 概述 一 概述二 100米水深环境特点及结构特点三 工程实例分析四 100米水深导管架结构设计研究课题五 结束语 汇报内容 100米水深环境特点 二 100米水深环境特点及结构特点 上表中所列数据参考了我国部分海域海洋平台的基础环境资料 随着水深增加 环境条件 尤其是风及波浪 更加恶劣 导致作用在平台上的环境荷载增加 导管架结构特点 主桩式固定导管架平台 裙桩式固定导管架平台 二 100米水深环境特点及结构特点 动力和疲劳的分析要求方面 水深增加使结构产生明显的动力响应 施工设计方面 水深增加使结构重量的增加而引起施工方法的不同 100米水深导管架结构设计特点 二 100米水深环境特点及结构特点 一 概述二 100米水深环境特点及结构特点三 工程实例分析四 100米水深导管架结构设计研究课题五 结束语 汇报内容 在位 静力分析 地震分析 疲劳分析 船撞分析 组块对接分析 涡激振动分析 加强环设计 附属结构设计 施工 装船 拖航 吊装 浮力计算 扶正 局部结构静水压溃校核 坐底稳性及防沉板设计 桩自由站立分析 桩可打入性分析 工程实例 三 工程实例分析 设计依据 三 工程实例分析 静力分析 极端工况下 最大杆件UC值为0 88 位于ROWA面EL 51 5m 和EL 71 95m 之间的斜撑上 节点最大冲剪UC值为0 858 出现在EL 4 5m 的水平层上 操作工况下 最大杆件UC值为0 82 位于EL 4 5m 的水平层上 节点最大冲剪UC值为0 793 出现在EL 4 5m 的水平层上 各层最大位移桩基承载力校核 计算内容 对导管架结构在一年一遇操作工况及百年一遇极端工况下的强度进行校核 并对桩基承载力进行校核 计算结果 三 工程实例分析 地震分析 计算内容 采用地震谱分析方法 进行强度水平和韧性水平校核 计算结果 韧性水平 杆件最大应力比UC 0 71 发生在EL 31 5m的水平层上 节点最大冲剪UC 0 733 发生在登船平台支撑上 各层最大位移桩基承载力校核 三 工程实例分析 疲劳分析 计算内容 根据业主提供的波高与周期的联合概率分布 采用详细波浪谱疲劳分析方法 对所有管节点的连接进行疲劳寿命计算 根据检修的难易程度分为三类区域 并确定了相应的疲劳寿命安全系数 计算结果 飞溅区为疲劳敏感区域 疲劳寿命最短的节点为505L 94 21848年 需要对某些节点进行打磨 三 工程实例分析 船撞分析 计算内容 正常碰撞 船舶质量 2300t速度0 5m s 采用基本许用应力意外碰撞 船舶质量 1500t速度1 0m s 许用应力提高70 进行高低潮位碰撞荷载与环境荷载及结构自重 上部组块操作荷载组合后各工况下的结构强度校核 计算结果 杆件最大应力比UC 0 99 位于登船平台支撑上 节点最大冲剪UC 0 988 位于登船平台支撑上 各层最大位移桩基承载力校核 三 工程实例分析 组块对接分析 计算内容 安装误差允许值从组块立柱角度来考虑 组块立柱内壁与导向之间的间隙要保证组块能与导管架顺利对接 从底甲板的井口区结构来考虑 即碰撞力引起的位移不会使组块结构碰到井口 X 477mm Y 403mm强度校核 包括Dockingguide 导管架结构 桩基础 导管架在位自重 组块碰撞荷载 水平方向5 组块吊装重 垂直方向碰撞荷载10 组块吊装重 以及环境荷载的组合工况 在此安装工况下 允许应力可提高1 3 计算结果 导向最大UC是0 97 导管架上杆件最大UC是0 75 是导管架上与桩顶过渡段连接的杆件 节点最大冲剪UC 0 63 位于护舷支撑杆件节点上 桩承载力校核 三 工程实例分析 波浪拍击 计算内容 主要是校核飞溅区水平层杆件受局部波浪拍击荷载的强度波浪环境条件保守取100年一遇的波浪拍击荷载为 计算结果最大UC值为0 98 发生在24 x0 75 的杆件上 考虑腐蚀余量 导管架水平层EL 4500 三 工程实例分析 涡激振动分析 判断标准 计算结果 有 无海生物 流不会引起杆件的VIV风 经计算 所有杆件在风作用下不会发生VIV 计算内容 流产生的VIV 水面下杆件按100年一遇表层流速计算 考虑有海生物和无海生物 海生物厚度50mm 密度1200kg m3风产生的VIV 在位分析水面上杆件按100年一遇1分钟持续风速计算 建造及拖航过程中则按10年一遇1分钟持续风速计算 三 工程实例分析 静水压溃分析 在位工况及施工工况 导管架漂浮下水到扶正状态 此时导管架已坐在泥面上 保守的认为腿内不充水 静水压的计算按两水平层间的长度考虑EL 51 5m EL 71 5m 其他高程之间的水平层校核方法与此相同 静水压强度计算 计算强度不满足要求 需进行加强环设计 加强环设计设计形式为外加强环 无翼缘 三 工程实例分析 装船分析 计算内容 校核导管架在滑移装船时的强度是否满足要求 导管架在Row2与EL 12 5m和EL 51 5m的相交处进行支撑 各个支撑点所施加的强迫变形为 30mm 正常工况 和 60mm 极限工况 极限工况下的许用应力放大1 333 装船时 最危险的地方出现在EL 12 5m和EL 51 5m两个水平层 最大UC值为0 82 最大冲剪发生在202L和203L处 分别为0 913和0 910 位于 51 5m水平层与row2大腿的相交处 402L和403L位于 12 5m水平层与row2的相交处 计算结果 三 工程实例分析 拖航分析 校核导管架在拖航时的强度是否满足要求 导管架在Row2与EL 4 5m EL 31 5m和EL 71 95m的相交处利用seafasting进行支撑 采用横摇12 5度 纵摇20度的拖航条件 许用应力放大1 333 杆件最大UC值为0 95 出现在EL 31 5m水平层 主要是因为该杆件长细比较大 且轴向力较大的 最大节点冲剪UC值为0 885 发生在EL 71 5m层的防沉板结构处 计算结果 计算内容 三 工程实例分析 水平吊装分析 导管架在Row1与EL 12 5m和EL 51 5m的相交处设置吊点 采用的荷载系数分别为1 35和2 0 为保守起见 本计算中重量不确定系数采用1 1 吊钩高于Row2层76米 当荷载系数为1 35时 所有结构强度均满足要求 最大UC值为0 78 最大吊绳力为 11500kN 计算结果 计算内容 当荷载系数为1 35时 最大冲剪为0 81 位于立管支撑与 31 5m层水平杆件的相交点 当荷载系数为2 0时 与吊点相连的杆件强度均满足要求 最大节点冲剪 三 工程实例分析 校核导管架扶正站立时的结构强度 导管架垂直吊点设置在顶部水平层 本计算中采用的荷载系数分别为1 35和2 0 重量不确定系数为1 1 吊勾高于顶部水平层40m 垂直吊装分析 计算结果 计算内容 当荷载系数为2 0时 杆件最大UC值为0 77 位于导管架最顶层的水平层 当荷载系数为2 0时 最大冲剪为0 402 最大吊绳力为 5510kN 三 工程实例分析 扶正分析 对导管架从漂浮状态到直立状态整个扶正安装过程进行模拟分析 包括 完整状态 破舱状态 重心偏移状态 灌水系统设计 导管架腿分舱设计 确定出扶正安装所需要的浮吊 制定出导管架从漂浮状态到直立状态过程的具体实施步骤 以确保导管架扶正安装的顺利实施 分析结果 计算内容 导管架提升到一定位置后 保持大钩不动 对A2和B2腿的下面两个舱进行充水 浮力余量为12 形成施工顺序 三 工程实例分析 坐底稳性分析及防沉板设计 校核导管架在扶正站立后 打桩前 由防沉板进行支撑的状态下 结构的强度 稳性等 根据API规范通过手工计算土壤的刚度后 按比例分配到导管架底层水平层的节点上 作为导管架的约束 导管架腿设置为充水状态 并且去除了索具等重量 杆件的最大UC为0 982 位于最下层水平层处 节点冲剪最大UC为0 978 该点位于EL 71 5m层 斜撑与水平杆相交处 计算结果 计算内容 三 工程实例分析 桩自由站立分析 WHPA桩长169 99m 1524mm 入泥90m 分三段打入 第一段 92 5 0 5第二段 39 0 1 0第三段 38 49 3 0 计算结果 最大UC 0 59 发生在第三段桩上 安装第一段时 桩在自重和桩锤重的作用下 自由入泥为13 0m 桩露出导管架顶部4 0m 包括切割余量 当第一段和第二段桩接桩时 施工方应采取措施 使第二段的重量不由第一段桩承担 三 工程实例分析 打桩分析 打桩锤选用IHC S500 备用锤为MENCKMHU800S 计算结果 最大应力239 1Mpa 0 9 335 301 5Mpa 三 工程实例分析 附属结构设计 桩腿连接的计算 桩腿连接采用皇冠板的形式 板厚125mm 焊缝50mm 最大UC 0 66 发生在船舶碰撞工况 水平吊点的的计算 吊点主板厚80mm 贴板厚60mm 40mm 最大UC 0 60 BearingStress 垂直吊点的的计算 吊点主板厚60mm 贴板厚45mm最大UC 0 65 ShearStress 吊点计算程序 三 工程实例分析 一 概述二 100米水深环境特点及结构特点三 工程实例分析四 100米水深导管架结构设计研究课题五 结束语 汇报内容 海洋公司积极开展100米水深导管架平台结构设计研究 内容涉及到各个方面 100米水深导管架结构设计研究课题 四 100米水深导管架结构设计研究课题 裙桩套筒有限元分析 四 100米水深导管架结构设计研究课题