海洋平台桩基设计方案

1、桩基设计第1页第五章 桩基设计桩基是用来支承甲板荷载和抵抗环境荷载结构。设计中应考虑桩对轴向荷载和水平荷载承载能力。桩对水平荷载承载能力是由桩截面抗弯强度或允许水平变位值决定。桩轴向承载能力来自桩周围土壤对桩侧表面所产生摩擦阻力和桩底端土壤对桩产生支承阻力。第2页第一节 桩基分类一、按施工方法分类打入桩基础（两级套管桩）钻孔灌注桩基础钟型桩基础打入桩最简单，费用最低，是海洋工程中优先选取一个桩基，钻孔灌注桩和钟型桩普通在不得已情况下采取。实际工程中采取何种桩基主要考虑土质条件、桩用途、桩承载能力、地基类型及施工条件等第3页二、按支承性状分类摩擦型桩：桩顶竖向荷载全部或主要由桩侧摩阻力来承受。又

2、可分为纯摩擦桩和端承摩擦桩。端承型桩：桩顶竖向荷载由桩端阻力承受。又可分为端承桩和摩擦端承桩。大多数情况下，桩承载能力主要是由桩身摩擦阻力提供，其承载能力随桩身表面积增大而增大。所以，摩擦型桩是近海工程桩基惯用形式。第4页第二节 单桩轴向承载力计算一、受压桩轴向承载力计算方法受压桩轴向承载力主要取决于桩本身材料强度和桩周土壤对桩支持能力。桩承载能力估算方法：静力法、动力法、静载试桩法。第5页1. 静力法桩顶轴向荷载由桩身表面摩擦力和桩端支撑力共同负担：第6页1）粘性土桩测摩阻力fs和桩端阻力qp2）沙性土中桩测摩阻力fs和桩端阻力qp第7页2. 动力法动力法包含动力打桩公式、波动方程和动力试验

3、3种方法。当前海洋工程中应用较多是一维波动方程法。打桩公式：第8页一维波动方程法第9页3. 静载试桩法静载试桩是在工程现场直接对桩顶加载，测试土对桩阻力。基本又可靠方法。但伴随海洋工程向深海发展，规模扩大，海上试桩极难实现，费用很高。第10页确定受压桩承载力方法比较：静载试桩法：最可靠，但费用高，水深大时困难一维波动方程法：有效，应用广泛。打桩公式：存在显著缺点，应用极少。静力法：最惯用一个简单方法。第11页二、打入成层土壤中受压桩承载力计算第12页第13页三、开口钢管桩桩端闭塞效应开口桩打入海床早期土壤随桩贯入不停进入桩内，因为桩内壁与土壤之间摩擦力，进入桩内土壤被压密。当摩擦力增大到超出桩

4、端土挤入力时，桩内土壤上升非常小，桩端形成闭塞状态。管内土壤像“塞子”一样把桩端堵住，土壤在管内形成塞子称为“栓塞”，栓塞对桩端阻力影响称为闭塞效应。第14页考虑开口桩闭塞效应，式（5-1）改为以下形式：第15页第16页第17页四、受拉桩抗拔力计算1. 单桩抗拔力计算开口钢管桩，计算受拉时抗拔力普通假定桩端阻力为零，但要考虑桩体有效重量2. 拔桩力计算上式计算拔桩力再乘以一个大于1系数，该系数普通取23，以此作为设计拔桩力。第18页第四节 群桩效应与荷载分布当组成群桩各个单桩间距较小时，因为相邻相互作用，普通群桩承载能力和变形特征要受到影响，这种影响通常称为群桩效应。第19页一、轴向荷载作用下

5、群桩效应1. 承载能力群桩总轴向承载能力可用下式估算打入砂土中群桩取 ，打入粘土中群桩取当桩距s3D时，必须考虑群桩效应；当s3D时，可按整体深基础计算2. 沉降轴向荷载作用下不论打入砂土还是粘土中群桩，沉降都大于群桩荷载均布到单桩上引发沉降量。第20页二、横向荷载作用下群桩效应不论打入沙土中群桩，还是打入粘土中群桩，其群桩变形通常都大于作用于群桩荷载均分到孤立单桩上引发单桩变形。第21页三、群桩轴向力计算第22页第三节 单桩横向承载力计算桩横向承载力与以下原因相关：桩入土深度桩截面强度和抗弯刚度桩顶和桩底嵌固条件载荷性质有没有轴向载荷同时作用桩周围土强度与变形性状上部结构物特征普通分别按刚性

6、桩和柔性桩计算。第23页一、桩破坏性状和分类1. 横向荷载作用下单桩破坏性状受力情况：桩在横向荷载作用下桩顶产生水平位移和转角，桩身出现弯曲应力，桩前土体受侧向挤压。破坏情况：桩身因为荷载产生弯矩过大而断裂桩周土被挤出，从而造成桩整体转动、倾倒或桩顶位移过大1）刚性桩破坏2）半刚性桩破坏3）柔性桩破坏弹性桩第24页2. 横向载荷作用下桩相对刚度、相对桩长相对刚度：反应桩刚性特征与土刚性特征之间 相对关系；间接反应土抗力模量Es随深度改变性质。水平地基系数沿深度为常数地基，桩相对刚度系数为：水平地基系数随深度线性增加地基，桩相对刚度系数为：相对桩长：桩打入土中深度与相对刚度系数比值：相对桩长反应

7、桩刚度特征，可依据相对桩长把桩分为刚性桩或弹性桩。Zmax4为弹性长桩，4 Zmax2.5为中长桩， Zmax3s时，对导管架管节点进行疲劳分析。第49页第二节 设计计算模型导管架是空间杆系结构，它承受结构本身及工艺设备等垂直荷载和由风、波浪、地震、冰、海流等环境荷载引发水平荷载。受力分析时，通常选取结构计算模型有整体分析计算模型和分部分析计算模型。第50页一、整体分析计算模型把导管架和桩视为一个整体建立三维空间框架结构计算模型，编制计算机程序，分析整个结构在海洋环境荷载和使用荷载作用下，并考虑结构-流体-基础相互作用，确定结构内力。该方法分析工作复杂，需要高容量计算机，普通适合用于深水结构分

8、析。第51页二、分部分析计算模型用于浅水不太复杂导管架结构，通常采取简化分析方法：把导管架与桩基在泥面处罚开，对泥面以上导管架和泥面以下桩基分别建立计算模型进行计算。泥面以上部分是含有基桩支座空间杆系结构，泥面以下部分是埋置于土中桩。基桩支座是二者结合点。经过计算和迭代分析，使在泥面处位移和内力相容。第52页两种计算模型比较：整体分析计算模型节点与杆件数目较多，计算工作量大。如考虑桩变位土反力非线性计算，则工作量更大。分部分析计算模型节点与杆件数目较少，且采取线性结构分析方法计算工作量小。对桩分析，假如有些桩截面相同还可大幅度降低计算工作量。推荐使用分部分析计算模型。第53页第三节 导管架结构

9、静力分析导管架结构受力分析是个复杂过程，工程中广泛采取有限元分析方法，把结构模拟为二维或三维框架结构，用计算机计算结构内力和节点位移。第54页一、有限元方法分析导管架结构基本概念第55页结构分析基本假定导管架结构静力分析是基于线弹性理论，假定：（1）材料是线弹性，单元节点力与节点位移之间保持线性关系（2）各单元或结构变形与整个结构尺寸相比很小，可应用叠加原理。第56页2. 基本方程第57页二、导管架结构静力分析1. 结构计算模型建立（1）单元与节点节点：对于泥面以上杆件，凡杆件交叉点、集中荷载作用点、杆件横截面改变点、桩与泥面交接点普通都应设为节点。泥面以下桩基上设置多个节点，每个节点处设置两

10、个垂直于桩身弹簧，代替桩土相互作用。单元：连接两个节点构件视为一个单元，普通取导管架构件单元为梁单元，传递轴力、弯矩和剪力。桩普通作为独立单元，若桩视为若干弹簧支撑，则弹簧视为节点，桩划分为若干单元。第58页（2）坐标系统通常采取两种坐标系统：整体坐标系（结构坐标系）：空间固定任意坐标系，用x，y，z表示局部坐标系（杆件坐标系）：用于表示局部构件坐标系统，用S1，S2，S3表示结构整体坐标系与杆件局部坐标系均取为右手坐标系统。第59页对任意空间杆件，杆端节点有3个线位移和3各角位移共6个位移分量，杆端力也有3个力与3个力矩共6个分量。第60页2. 计算刚度矩阵按分部分析计算模型对导管架和桩分别

11、进行计算，即分别建立杆件坐标系下桩基刚度矩阵和空间杆件刚度矩阵。1)桩基刚度矩阵2)空间杆件刚度矩阵第61页3. 坐标系统转换矩阵前面计算了杆件坐标系统刚度矩阵，为了把各杆件刚度矩阵聚集成结构坐标系统下刚度矩阵，需要对杆件坐标系统和结构坐标系统进行转换。转轴矩阵T杆件坐标系下杆端力与节点位移关系为：坐标转换：代入得结构坐标系下杆件刚度矩阵：第62页4. 直接刚度法解节点位移与杆端力每个杆单元在结构坐标系下刚度矩阵Ke求出后，即可聚集成结构总刚度矩阵K，它是将各杆件按总自由度编号为下标刚度系数相叠加而成6n6n矩阵。为了求结构位移和内力，需将基桩约束刚度矩阵KPH叠加到结构总刚度矩阵K对应位置上

12、，经过约束处理后结构刚度矩阵为Kr，则：KrD=P式中D为全部节点位移向量，P为节点荷载向量。求结构节点位移公式为：D=Kr-1P结构坐标系下，节点位移产生杆端力：Fe=KeDe杆件坐标系下，节点位移产生杆端力：假如杆件上作用有分布荷载，则杆件坐标系下杆端力为：第63页杆件断面要素确实定杆件断面要素：杆件横截面面积A，有效剪切面积Ay，Az，截面惯性矩Iy，Iz及极惯性矩J型钢截面：截面积和惯性矩查型钢表，工字型截面杆件有效面积可取腹板面积。圆管杆件：截面为圆环，按公式计算。导管与桩之间环形空间用水泥砂浆填充情况：假设水泥砂浆只起连接作用，不参加抵抗荷载，杆按双壁管计算，将内外管各自断面面积、

13、惯性矩等相加即可。第64页第四节 导管架构件强度校核规范普遍采取许用应力法我国海上固定平台入级与建造规范要求，在工作环境条件和施工条件下，构件材料许用应力值按表6-2选取。在极端环境条件下各种荷载组合后许用应力可提升1/3；计算地震荷载时，构件许用应力可提升70%。第65页圆管构件强度要求和计算公式一、轴向应力（表6-3）二、剪应力（表6-4）三、环向应力（式6-79）四、折算应力（表6-5）第66页第一节 概述圆管构件是一个非常有效构件型式，它能很好承受轴向拉力或压力，弯矩或扭矩，内力或外力。本章主要介绍无加强圆管构件在各种荷载作用下强度和稳定问题，以及按现行平台规范计算方法，以满足强度和稳

14、定性要求。第67页第68页一、 圆管构件特征1. 优点第69页2. 缺点第70页二、钢管材料和类型1. 钢管材料导管架平台材料选择决定于钢材强度、韧性、抗疲劳、抗腐蚀以及加工和焊接性能。强度：平台构件通常采取普通和中等强度钢材制造，高强度钢即使重量轻，不过韧性较差，需采取特殊焊接工艺。近海工程选取钢材屈服强度小于420MPa。选取钢材应含有良好成形性和可焊性。对设计环境条件含有良好断裂韧性。钢材等级选择，应依据构件类别、构件厚度和人工设计温度按我国平台规范要求选取。各等级钢材允许使用最大构件厚度可依据构件类别和最低设计温度按表8-1确定。第71页2. 钢管类型按有没有焊缝分类：焊接钢管（有缝管

15、）和无缝钢管按断面形状分类：圆管、异形管圆管和圆形实心柱 1）无缝钢管热轧无缝钢管：适合大直径钢管，精度低，成本低冷轧无缝钢管：适合小直径钢管，精度高，成本高应力应变曲线区分2）焊接钢管用钢带货钢板弯曲变形为圆形、方形等形状后再焊接成表面有焊缝钢管。依据焊接方法可分为：电弧焊管、电阻焊管、摩擦焊管、气焊管、炉焊管等。按焊缝形状分为直缝焊管和螺旋焊管直缝焊管：生产工艺简单、效率高、成本低，适合小直径钢管螺旋焊管：强度高、能生产不一样直径焊管、焊缝长，生产速度低，适合大直径钢管。第72页三、圆管构件设计计算方法1. 安全系数和允许应力平台规范要求采取允许应力设计法。允许应力法是以钢材屈服强度除以安

16、全系数作为结构强度标准。安全系数确实定分工作环境条件和极端环境条件两种工况。工作环境条件下安全系数要求见表8-2极端环境条件下安全系数可降低25%，也就是允许应力可提升1/3。焊缝允许应力：工作环境下，对接焊缝允许应力取母体金属允许应力，即抗拉和抗压为 ，抗剪为 ，贴角焊缝不论抗拉、抗压或抗剪均为 。 第73页2. 计算标准1）强度条件：承受动力荷载结构除计算静强度外，还应进行疲劳强度演算。普通表面光滑构件不需演算疲劳强度，但高强度钢疲劳强度比屈服点低，需要演算疲劳强度。2）稳定条件整体稳定性：局部稳定性：大直径薄壁钢管当D/t60时，需考虑局部稳定3）变形和刚度条件受弯构件刚度用挠度衡量，结

17、构振动用自振周期衡量，轴向受力杆件刚度用长细比控制。第74页第二节 圆管构件强度计算圆管构件按其受力性质可分为：轴向受力构件受弯构件偏心受力构件同时承受外水压力及受扭构件第75页一、强度破坏准则1. 钢材单向受拉主要性能2. 钢材破坏形式： 塑性破坏和脆性破坏3. 复杂应用状态屈服条件实际结构中，钢材常受到双向平面或三向立体应力作用。在多向应力状态下，钢材向塑性阶段转化并不取决于一个应力而取决于某个应力函数，即折算应力第76页二、圆管构件强度计算1. 轴心受力杆件强度计算轴心受力杆件：受有轴向力作用而无弯矩杆件。轴心力能够是拉力或压力。轴心受力杆件截面上应力均匀分布，其强度条件是截面上平均应力

18、不得超出允许应力，其强度计算公式为：第77页2. 受弯构件强度计算正应力：离中和轴最远处弯曲正应力最大。我国平台规范要求将基本允许弯曲应力提升10%，所以圆管杆件受弯时强度计算公式：剪应力：最大剪应力在中和轴上，其值等于圆管截面平均剪应力2倍，抗剪强度条件为：当圆管杆件承受作用在两个主轴平面弯矩时，弯矩可矢量相加，得合成弯矩，故强度计算公式为：对应剪力计算公式为：第78页3. 偏心受力杆件强度计算偏心受力杆件：轴向力不经过截面形心杆件或同时受轴向力和横向力杆件。强度条件是截面边缘处最大应力不得超出允许应力，强度计算公式为：对于轴心受力并在两个主轴平面内受弯圆管杆件，其强度计算公式为：第79页4

19、. 静水压力下轴向受力杆件强度计算静水压力下，圆管管壁在环向受到压应力为：环向受压允许应力为：故圆管管壁环向受压强度安全条件为：第80页5. 圆管杆件抗扭强度计算圆管抗扭能力最好。在扭矩作用下，圆管受到纯扭矩产生剪应力为：第81页第三节 圆管构件稳定性计算稳定性包含：整体稳定性和局部稳定性影响圆管构件稳定性原因很多，稳定性计算方法是基于大量模型试验所得出规律性结果。无加强圆管构件稳定性计算，主要是正确选择壳体长度L、直径D和壁厚t等几何尺寸，以确保在工作和极端条件荷载作用下含有整体和局部稳定性。主要介绍无加强圆管构件在轴向压力、弯矩、压弯联合作用下局部和整体屈曲，在静水压力作用下环向屈曲以及轴

20、向拉力或压力共同作用下屈曲计算方法。对每一个屈曲给出计算弹性或非弹性临界应力公式。第82页一、轴向压力作用下圆管构件屈曲圆管构件在轴压作用下，既可能发生局部屈曲，又可能发生整体屈曲，判断标准是径厚比D/t和长径比L/D。整体屈曲由长径比控制，局部屈曲由径厚比控制。L/D很大而D/t很小，则只有整体屈曲，没有局部屈曲。D/t较大，则现有整体屈曲，又有局部屈曲。我国平台规范要求：当D/t60时要计算局部稳定性。第83页1. 轴压作用下圆管构件局部屈曲我国平台规范要求，采取下式计算弹性局部屈曲临界应力：采取下式计算非弹性局部屈曲临界应力：第84页2. 圆管构件在轴向压力作用下整体屈曲第85页3. 构

21、件有效长度和允许长细比第86页第87页第88页4. 局部屈曲和整体屈曲相互影响第89页二、圆管构件在弯矩作用下局部屈曲第90页三、轴向压力和弯矩联合作用弯矩和轴向压力共同作用下圆管构件，现有强度问题，又有稳定问题，所以应该进行强度和稳定性两项校核。1. 强度验算受拉或受压并在两个平面内受弯圆管构件按下式进行强度校核：第91页2. 压弯圆管构件稳定计算我国平台规范压弯圆管构件稳定验算公式为：第92页3. 钢管桩稳定计算第93页四、圆管构件在水压和轴力作用下破坏1. 圆管构件在静水压力作用下环向屈曲弹性环向屈曲应力为：非弹性阶段采取塑性折减来考虑非弹性影响，所以环向屈曲临界应力公式为：第94页2.

22、 轴向拉力和外水压力相互作用第95页3. 轴向压力和外水压力相互作用第96页第一节 管节点型式与术语第97页一、管节点类型第98页简单节点：直接把撑杆（支管）焊在弦杆（主管）上，撑杆间不搭接、不用节点板、隔板或加筋板节点。搭接节点：撑杆相互重合焊在弦杆上节点。加强管节点：采取加强办法，如设置节点板、内外加强环、加隔板等，以增强弦杆管壁刚度。扩大节点：将弦杆段部分截面扩大，以改进节点应力情况。第99页二、管节点各部分符号及名称1. 管节点各部分符号第100页2. 管节点特征参数（1） 撑杆半径与弦杆半径之比，它是荷载传递和应力分布指标。（2） 弦杆半径与弦杆壁厚之比，它是弦杆径向柔度指标。（3）

23、 撑杆壁厚与弦杆壁厚之比，它是撑杆与弦杆相对弯曲刚度指标。第101页三、管节点设计要求防止焊缝立体交叉和过分集中，焊缝布置尽可能对称于构件中心轴线。尽可能减小因为焊缝和邻近母材冷却收缩产生应力。尽可能不采取加筋板来加强管节点，若用内部加强环则应防止应力集中。普通受拉和受压构件端部连接应到达设计荷载所要求强度。对于简单管节点连接应满足：第102页第二节 管节点应力分析由平台总强度分析计算出各管状构件总应力称为名义应力，包含轴向应力、弯曲应力和扭转应力，对撑杆来说主要应力是轴向应力。所以管节点应力分析只考虑撑杆受轴向应力。因为几何复杂和加工缺点引发应力集中，局部应力有时会高达名义应力10倍以上。第

24、103页一、管节点应力分布导管架设计普遍采取简单管节点。现主要讨论T型管节点应力分布。第104页二、热点应力与应力集中系数理论上热点应力发生在弦杆和撑杆交接线最低点，但实际节点几何形状和加载条件与理论上有区分，热点位置也不一样于理论热点位置。应力集中系数SCF定义为管节点最大应力值（热点应力）与计算名义应力值之比：管节点几何形状不一样，应力集中系数也不一样。应力集中系数是研究管节点强度主要指标之一。第105页第三节 管节点强度分析静力强度分析目标是预测热点处应力水平和节点破坏时极限荷载，方便进行强度设计和疲劳分析。对管节点进行静力强度分析主要有两种方法：理论分析法和试验研究法。实际设计中广泛采

25、取是以试验数据为依据，结合理论分析一些结果，给出半经验半理论方法。第106页一、冲剪应力法1. 冲剪应力冲剪法是假定节点破坏出现在弦杆管壁上，且破坏是因为撑杆冲剪荷载在弦杆冲剪面积上冲剪应力超出了弦杆材料强度，使得弦杆沿撑杆焊边剪断。假定撑杆作用名义荷载为P，撑杆与弦杆轴线交角为 ，则作用于弦杆管壁冲剪荷载可表示为：第107页因为冲剪荷载作用，在撑杆与弦杆接线处，弦杆冲剪面上冲剪应力为：假定弦杆与撑杆交接线近似为标准椭圆，得：API近年来对此式做了修改为：第108页2. 许用冲剪应力API给出许用冲剪应力为：第109页二、名义荷载法浅海固定平台建造与检验规范要求：以撑杆名义荷载计算节点轴向和弯

26、矩许用承载能力P和M按下式计算，在极端环境条件下可增大1/3。第110页第四节 管节点设计管节点设计主要是确定弦杆、撑杆管段管壁厚度与尺寸，选择节点使用钢材，校核管壁强度。本节主要讨论采取静力强度法对管节点进行设计方法。第111页一、简单管节点设计简单管节点设计方法主要有冲剪应力法和名义荷载法。其中，冲剪应力法最有权威性，如API，DNV以及我国平台规范普遍采取此法。名义荷载法是经过名义荷载来表示荷载强度，只要荷载准确，安全系数选择恰当，该法被认为是比价可靠和安全。第112页1. 冲剪应力设计法1）撑杆冲剪应力计算2）弦杆许用冲剪应力3）强度校核当撑杆受到轴力和弯矩联合作用时，应满足下式：第1

27、13页2. 名义荷载法1）确定节点许用承载力2）节点强度校核作用在撑杆上轴向力及弯矩应分别满足下式：当撑杆受到轴力和弯矩联合作用时，应满足下式：第114页二、搭接管节点静力强度设计方法第115页1. 冲剪应力法搭接撑杆垂直于弦杆分力PV应不超出PV2. 名义荷载法搭接节点所能承受荷载PV由下式计算：第116页三、管节点设计结构要求简单管节点结构要求搭接管节点结构要求第117页第五节 管节点疲劳分析一、疲劳破坏概念1. 疲劳破坏材料或结构某点或一些点在重复交变应力作用下逐步产生永久结构改变，并在一定循环次数后形成裂纹或继续扩展直到完全断裂，材料或构件这种破坏称为疲劳破坏，其中呈周期性改变应力称为

28、交变应力。2. 疲劳寿命和疲劳强度疲劳寿命：结构或结构某点到达疲劳破坏时交变应力循环次数或时间。疲劳强度：金属材料在无限屡次交变荷载作用下而不破坏最大应力。普通要求钢经受106次，非铁（有色）金属材料经受108次交变荷载作用。第118页3. 影响疲劳强度主要原因1）应力幅与应力循环次数2）残余应力3）材料缺点4）海洋环境影响5）SN曲线以应力幅为纵坐标，许用荷载循环次数为横坐标绘制疲劳曲线。第119页二、简单疲劳分析法要求一个管节点许用应力标准值，认为符合一定海况条件海洋平台，满足许用应力标准就能确保平台管节点疲劳强度。自振周期低于3s，水深小于122m超静定结构，并选取延性钢材导管架平台，其

29、管节点可用简单疲劳分析法，此法应对结构中全部管节点进行设计计算，使它们在疲劳设计波浪下热点应力峰值不超出许用热点应力峰值：第120页三、详细疲劳分析法详细疲劳分析法又分确定性法和谱分析法，这两种方法共同之处是基于SN曲线，用迈纳疲劳累积损伤规则来估算节点疲劳寿命，而其主要区分在于对海洋环境数据处理。第121页第122页母型设计规范设计强度设计10-1 平台设计方法和要求一、设计方法第123页母型设计母型设计也叫仿型设计，即仿照母型平台设计。它是选择一个或两、三个已建成并使用成功平台作为母型进行设计。要设计平台应与母型平台使用技术条件和海洋环境条件等相近。 规范设计 规范设计是按照各国船舶检验局

30、或船级社规范要求而进行设计。第124页强度设计强度设计设计方法是建立在结构力学、弹性理论等基础理论和当代计算技术理论分析方法上，结合平台结构详细情况，依据给定环境条件和设计工况进行平台强度计算。对复杂空间整体结构和局部结构以及新型结构均采取这种方法进行设计。普通综合采取上述几个方法。比如，在选择平台主尺度时用母型设计方法；在确定普通构件尺寸时用规范设计方法；对复杂局部结构设计时采取强度理论分析方法。第125页 二、设计要求1.安全性：设计中要确保平台结构安全可靠，确保生产和人员安全。2.适用性：在设计中要考虑海上作业特点和需要，方便利生产，方便生活。3.先进性：要采取先进技术，使技术性能指标到

31、达先进水平。4.经济性：要尤其考虑经济效益，使投资省，收效大，建成平台含有良好经济性能指标。5.工艺性：设计中应依据海上施工特点考虑平台建造及维修方案，力争降低劳动强度，提升劳动生产率。第126页10-2 平台结构组成与结构型式选择一、平台结构组成1.下部船体结构它为活动式平台在转移或作业时提供浮力，以满足平台在漂浮、半潜等状态时浮性和稳性要求。2.上部平台结构它为活动式平台提供足够工作场所和生活设施。3.中间支撑结构它支撑平台，使平台形成一个整体，以满足平台整体性能和整体强度要求。4.锚索结构它是为确保平台海上定位、就位及安全停泊而设置。第127页二、平台结构型式选择1平台结构类型选择通常应

32、依据工作海域水深、海洋环境条件和海底地质情况等加以选择。 坐底式平台工作水深是有限，水深超出30m，建造费用急剧上升，而且操作和移位都很困难，故该种型式平台都在浅水地域使用。自升式平台最大工作水深可达百米以上，但普通多用于水深为3090m。自升式平台桩腿型式很多，它依据不一样工作水深、海底地基等条件，采取壳体式(封闭型桩腿如圆形、方形)或桁架式桩腿。圆形或方形普通适合用于60m以内水深范围，超出该水深采取桁架式桩腿。第128页浮船式适应工作水深为10600m。航行阻力小，适航性能和稳性好，但抗风浪性能差，与其它型式相比有效工作日少。半潜式平台采取锚泊定位，最大工作水深普通为1500m，超出15

33、00m采取动力定位。半潜式平台作业水深大、运动性能好。 张力腿平台移位不便，不宜用于勘探平台，可用作生产平台。第129页第130页2.平台结构型式选择（1）选择平台大类型依据工作水深、海底地基和海洋水文确定；如选择坐底式、自升式或半潜式等等（2）确定下部结构依据海底地基情况确定；插桩式：坚硬海底或倾斜较大海底；沉垫式：软弱平坦海底。（3）确定上部平台形状：三角形、矩形、五角形面积：由使用要求和工艺布置确定层数：单层或多层；结构形式：单层甲板采取桁架板梁式结构、多层采取箱型第131页10-3平台排水量确定平台处于漂浮状态时，在某一载荷工况下总重量，称为重量排水量，简称排水量。平台设计中经典荷载工

34、况排水量普通分成空船、轻载和满载3种情况。空船排水量指整个平台连同其安装机械、设备和舾装，包含固定压载、平台上备件以及机械和管路中至正常工作水平面各种液体重量，但不包含贮存在供给舱里液体、消耗品、可变载荷、贮存物品、船员和行季重量。轻载排水量等于空船重量加一定数量设备、可变载荷、船员、备品等等重量。 满载排水量等于空船重量及全部设备、可变载荷、船员、备品等等重量。 第132页作业排水量：如半潜式平台，作业时常需增加压载，取得最大作业排水量，以减小平台升沉运动，提升作业效率。风暴排水量：当遇风暴平台不能作业时，为取得最大干舷，以防平台上浪或遭受波浪拍击，常采取抛载减小排水量方法，使平台上浮，以确

35、保平台安全。此抵抗风暴时排水量即为风暴排水量。 第133页设计排水量通常要求满载排水量为设计排水量。为确定设计排水量，应首先确定荷载重量，尤其是其中甲板变载。载重量中钻井设备重量和可变重量要依据使用单位(业主)要求制订，对于个别不确定项目也可依据型船选取。各种平台钻井设备重量差异不大，约在7001000吨。可变重量因工作水深、钻井深度、自持能力不一样，而有较大改变。排水量中除载重量外，还包含动力装置及系泊系统重量。动力装置和锚泊系统要依据任务书要求进行确定，参考型船估算其重量。在初估结构重量时，可依据平台类型及主尺度选取母型船资料或采取重量系数估算。第134页10-4 平台主尺度一、平台长度L1.平台长度定义 (1)自升式钻井平台和驳船式钻井船L是在壳体中纵剖面上，在0.85D(型深)处首尾壳板内缘之间距离，但不计井口槽存在影响。假如壳体线型近似于船型，则L不应小于夏季水线长度96%。（2）半潜式钻井平台和坐底式钻井平台 L为沿长度方向从结构前端到后端投影最大尺度。第135页 2.影响平台长度原因 (1)生产工艺布置上部平台本体普通为两层甲板。要把生活区和作业区严格分隔开。这些分区以及设备合理布置控制着平台总长度。(2)平台水力特征上部平台或下船体长度配合其它尺度(宽度、吃水)以及支撑结构尺度