锦州油田四桩腿平台设计

锦州油田四桩腿平台设计,提纲,介绍渤海20米水深海上石油计量导管架平台的设计，主要包括以下几方面内容：1、环境条件和设计依据的确定2、平台选型、主尺度和构件尺寸的确定3、建立ANSYS模型4、环境载荷计算及各工况载荷的组合5、平台静力分析6、平台结构动力分析7、地震载荷下强度校核8、桩基承载力计算9、总体设计图纸绘制,1、环境条件的确定,环境条件设计水深：20.0米潮位以渤海平均海平面为基准校核高水位：4.18米设计高水位：3.18米设计低水位：-3.52米校核低水位:-5.02米波浪：风浪为主，涌浪次之，强浪向NNE校核高水位最大可能波高：5.1米对应波浪周期：8.2秒设计高水位最大可能波高：3.2米对应波浪周期：7.8秒,海流：方向：强方向SSW。表层流速：136cm/s底层流速:109cm/s风：强风向SSW,NNE风速：冰作用下，设计风速31.1m/s波浪作用下，设计风速35.5m/s海冰：设计冰厚（50年一遇）：0.467m抗压强度：2300kPa,2、平台选型、主尺度和构件尺寸的确定,平台甲板高程：8.00m工作点高程：5.50m平台甲板面积19.5m19m，承载能力500t桩腿导管直径为135030mm，斜度为1/10导管架设4层水平横撑，水平横撑尺寸为70025mm，斜撑尺寸为70025mm摩擦桩桩径为120030mm平台甲板采用板、梁结构，面积为19.5m19m，甲板板厚为8mm，Y向设4根梁（主梁4根），X向设5根（主梁4根）,3、环境载荷计算及各工况载荷的组合,3.1风载荷(风速31.1m/s)作用于平台上的风载荷按下式计算：F=PA式中p风压；A结构垂直于风向的投影面积。X向风载计算结果：Y向风载计算结果：,3、环境载荷计算及各工况载荷的组合,3.2冰载荷作用于平台上的冰载荷按下式计算：式中：m桩柱形状系数，对圆截面柱采用0.9；k1局部挤压系数；k2桩柱与冰层的接触系数；b桩柱宽度（或直径）；h冰层计算厚度。根据CCS规范挤压系数K1=2.5；接触系数K2=0.45；由环境条件:Re=2300kPa；由图纸资料：b=1.35mh=0.467m。则单个桩腿所受的冰载荷为：P=0.92.50.451.350.4672300=1468.2kN考虑遮蔽效应和阻塞作用，受遮蔽桩腿受到的冰载荷为：P=0.3P=440.46kN,3、环境载荷计算及各工况载荷的组合,3.3波浪、流载荷在ANSYS程序中，提供了支持圆管形构件的流体静力、动力效应的Pipe59单元，能够有效模拟海洋环境中的导管架结构，所以需要在ANSYS模型建立之后，将有关波浪和海流参数填入watertable表格中，程序将根据所选用的波浪理论对使用了Pipe59单元的结构进行波浪力及流力的计算。3.4甲板设备载荷该平台为石油计量平台，其设备总重约为500吨，计算时甲板载荷等效为4个各125吨的质量单元，作用于桩腿顶端的节点之上；平台结构的自重通过输入z轴方向的重力加速度（9.8m/s2）由ANSYS程序自动生成（Mass21单元）。,3、环境载荷计算及各工况载荷的组合,3.5工况和载荷组合3.5.1风浪流工况1）X方向上（0方向），波浪力+海流+风力+结构自重+甲板设备重量2）Y方向上（90方向），波浪力+海流+风力+结构自重+甲板设备重量3.5.2风冰流工况1）X方向上（0方向），冰力+海流+风力+结构自重+甲板设备重量2）Y方向上（90方向），冰力+海流+风力+结构自重+甲板设备重量,4、有限元模型的建立,单元类型的选择,4、有限元模型的建立,Beam188单元特性Beam188适用于分析细长的梁。具有扭切变形效果。Beam188是一个二节点的三维线性梁。Pipe16单元特性pipe16是一种单轴单元，具有拉压、扭转、和弯曲性能。Pipe59单元特性pipe59单元是一种可承受拉、压、弯作用，并且能够模拟海洋波浪和水流的单轴单元。Mass21单元特性Mass21单元有6个自由度，三个方向的平动和转动，不同方向的质量和惯性矩可被赋予到相应的坐标方向进行计算。Mass21的位置一般会位于被简化区域的质心处。这里只设置三个方向的平动的实常数。,4、有限元模型的建立,建模步骤1、几何模型）创建关键点）通过关键点创建直线，完成几何模型的建立,4、有限元模型的建立,注意问题：1）单位(m,N,kg/m3)2）keypoints的连接.简便方法：1)工作平面WPUtilityMenuWorkPlaneOffsetWPto,4、有限元模型的建立,简便方法：2)布尔运算MainmenuPreprocessorModelingoperateBooleans,4、有限元模型的建立,2、有限元模型1）新建单元类型该模型共包括mass21、pipe16、pipe59、beam188四种单元类型，此操作的菜单路径为“PreprocessorElementTypeAdd/Edit/DeleteAddselect”定义单元实常数：选择菜单路径“PreprocessorRealConstantsAddselectType*OKinput”，选择需要添加实常数的单元类型Pipe59及pipe16实常数输入,4、有限元模型的建立,Pipe59的其他常数值Set8是Mass21单元，其实常数如下表：,4、有限元模型的建立,Beam188单元,4、有限元模型的建立,2）定义材料属性平台所选用钢材的弹性模量和泊松比分别为2.06e11（单位为N/）和0.3，菜单路径“PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropicinputEX：2.06e11，PRXY：0.3OK”定义材料的密度：钢材的密度为7800kg/，菜单路径为“PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralDensityinputDENS：7800OK”,4、有限元模型的建立,定义watertable,4、有限元模型的建立,3）定义重力加速度菜单路径为“SolutionDefineLoadsApplyStructuralInertiaGravityGlobal”，在ACELZ（Z向加速度）项中填入9.8。4）划分网格把单元类型赋给几何模型对于导管架、桩腿、以及甲板主梁，选择“PreprocessorMeshingMeshTool(SizeControls)lines：Set”，拾取相应的线定义属性。对于质量点单元，选择“PreprocessorMeshingMeshTool(SizeControls)keypionts：Set”定义属性。选择自由网格划分在“MeshTool”对话框中，选择复选框SmartSize，激活其下的滚动条，调整划分网格的精度为“6”。选择“mesh”分别对点和线进行网格划分。,4、有限元模型的建立,5）施加边界条件菜单路径“SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnkeypionts”，拾取模型最下面的三点，定义为固支，即UX=UY=UZ=ROTX=ROTY=ROTZ=0.注：模型将桩腿简化为泥面以下6-8倍桩径固支。,5、平台静力分析,1加力SolutionDefineLoadsApplyStructuralForce/momentOnkeypionts2求解SolutionSolvecurrentLS3查看结果MainmenuGeneralPostprocP