海洋平台设计原理复习

海洋平台设计原理复习—、思考题1•海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。各类型的优缺点有哪些？1） 固定式平台（导管架平台、重力式平台）：优点——整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。缺点——机动性能差，较难移位重复使用。2） 活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO）：优点 机动性能好缺点 整体稳定性较差，对地基及环境有要求。3） 半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）：优点 适应水深大，优势明显。缺点——较多的技术问题有待解决。海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？1） 总体布置与优化设计研究2） 环境载荷研究3） 平台极限承载能力研究：必要性——评价平台的安全性、强度储备、优化研究方法——试验方法、数值方法4） 平台稳性研究：必要性——研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力研究方法——规范校核（CCS、ABS）、软件分析（NAPA、ANSYS）5） 关键结构或节点的疲劳性研究：必要性一一结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。研究方法——疲劳试验、疲劳仿真6） 平台模块化技术研究：必要性——便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。研究方法 疲劳性能试验、计算分析7） 焊接工艺与结头韧性评定技术研究：必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。研究方法——CTOD试验、数值仿真（CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力）8） 振动、噪声预报与控制研究必要性 振动噪声会使结构疲劳、影响健康研究方法——振动分析、噪声预报9） 平台碰撞分析和防撞技术研究必要性——平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计研究方法——模拟碰撞场景，分析结构响应以上关键技术问题的研究方法主要都是规范校核、软件分析、数值分析、试验分析这几种。平台设计荷载的种类？并列举各个种类所包括的荷载。使用荷载：固定荷载、活动荷载环境荷载：风荷载、波浪荷载、海流荷载、冰荷载、地震荷载施工荷载：吊装力、装船力、运输力、下水力和扶正力、安装期地基反力四大荷载组合：1） 设计的工作环境与平台上固定荷载和相应的最大活荷载组合；2） 设计的工作环境与平台上固定荷载和相应的最小活荷载组合；3） 设计的极端环境与平台上固定荷载和相应的最大活荷载组合；4） 设计的极端环境与平台上固定荷载和相应的最小活荷载组合；导管架平台的结构组成？导管架平台主要由两大部分组成：一是由导管架和钢管桩组成，用来支撑上部设施与设备的基础结构，通常称为支承结构；另一部分是由甲板及其以上的设施和设备组成的，作为钻井或采油及其他用途的场所，统称为上部设施与设备。即主要由4小部分组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块导管架平台的设计依据有哪些？1） 平台的用途和甲板的尺寸：使用要求、工艺要求和布置；2） 平台的位置和方位：位置决定设计条件和建设方式，方位根据环境和使用要求确定（正北方向）；3） 平台所在位置水深和甲板高程：潮汐资料决定水深，甲板高程保证气隙高度和使用要求；4） 平台总体布置：合理布置、估算重量（载荷）；5） 海洋环境资料和场地调查。导管架平台设计的一般要求？使用要求、安全要求、环境保护要求、施工条件要求、经济条件要求导管架平台结构设计有哪些原则和特点？1） 特点：总体布局合理，传力路径短，构件综合利用性能好，材料利用率高，满足其他专业对结构型式的要求。2） 原则：应尽量使杆件在各种受力状态下都能发挥较大作用，杆件数量和规格力求少，结构尽量对称；不宜在飞溅区内设置水平构件；不宜在冰作用区内设置水平构件的斜撑；一般情况下，管节点设计为简单节点；导管架的斜撑角度（即与水平面夹角）宜在45度左右；导管架腿的表观斜度宜在10:1和7:1之间；如没有指定，对于动力响应较好的平台（三腿或独腿）的水上部分、隔水导管和甲板、导管架的连接要用焊接方式固定，水下部分用楔块固定；各桩受力要求均匀；对于滑移装船吊装下水的类型，滑靴的布置与吊点分布置要协调考虑；装船滑靴的横向间距的确定应考虑预制场地与运输驳船滑道的间距；应考虑钻井、修井的要求。桩基是如何分类的？按施工方法分类：打入桩基础、钻孔灌注桩基础、钟型桩基础按承载性状分类：摩擦型桩、端承型桩（详见课本92页）受压桩的轴向承载力计算方法有哪些？静力法：一种半经验方法，也称为静力公式法；动力法：包括动力打桩公式、波动方程和动力试验三种方法；静载试桩法：在现场直接对桩顶加载，测试土对桩的阻力；地区性半经验公式法：地基状况差别，经验总结。10•什么是群桩效应，何时考虑？当组成群桩的各个单桩间距较小时，由于相邻桩的相互作用，一般群桩的承载能力变形特性要受到影响，这种影响称为群桩效应。当桩距小于8倍桩径时，应考虑群桩效应对承载力及变形特性的影响。如何对刚性桩和弹性桩进行划分？刚性桩：当桩很短、桩顶自由时，由于桩的相对刚度很大，破坏时桩身不产生扰曲变形，而是绕靠近桩端的一点作刚体转动，全桩长范围的土都达到屈服，这种受力和破坏状态的桩称为刚性桩。半刚性桩：桩顶在横向载荷作用下，桩身发生扰曲变形，但桩身位移曲线只出现一个位移零点。柔性桩：当桩的长度足够大且桩顶自由时，在横向载荷作用下桩身位移曲线出现2个以上位移零点和弯矩零点，且位移和弯矩随桩身衰减得很快。半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩。导管架平台的设计步骤？1） 根据平台使用目的和要求对导管架进行总体布置，确定主尺寸，确定使用荷载；2） 根据导管架所处海域位置确定环境条件，确定平台高程和方位；3） 根据土壤地质资料进行桩基初步布置，确定桩径、桩数、桩长，确定导管架尺寸及倾斜度；4） 根据设计规范、长细比等要求，结合经验，确定导管、立表面支撑、水平支5）根据以上初步估算结果，输入计算机专用软件，最后确定出详细的结构。导管架平台结构总体分析中哪些情况应进行动力分析？1） 地面加速度大于或等于0.05g时，应作地震响应的总体分析；2） 平台收到冰荷载时，应注意冰荷载的动力影响；3） 凡冲击性荷载频率接近于平台固有频率，且使结构产生重大响应时；4） 当平台固有频率接近所在海域内的波浪中具有主要能量的波分量频率时。简析影响平台疲劳强度的主要因素？1） 应力幅和应力循环次数：高（低）应力幅低（高）寿命；2） 残余应力：焊接应力高导致塑性变形，产生裂纹，导致结构破坏；3） 材料缺陷4） 海洋环境5） S-N曲线二、考试简答题及论述题海洋平台的类型及其优缺点？见思考题第1题。导管架的主要作用？1） 支承上部结构，提高整体稳定性；2） 作为打桩定位和导向的工具；3） 将平台上的负荷比较均匀地传递到桩上；4） 可安装系靠船的设备，作为附属设备支撑；5） 可作为安装上部结构时的临时工作平台。自升式平台从移航就位到作业完成有哪些步骤？移航一一就位——放桩一一预压一一升起主体一一作业一一降下主体——拔桩——提桩一一固桩后移航活动荷载和固定荷载的不同？固定荷载是作用在平台上的不变荷载，当水位一定时荷载为一定值。主要包括平台在空气中的重量和平台水下部分的浮力。活动荷载是与平台使用和正常操作有关的荷载，其作用位置、大小和方向是可变的，主要分为可变荷载（缓慢变化，静载）和动力荷载（循环、冲击、事故荷载，动力特性显著）。导管架平台常见施工载荷有哪些？见思考题第3题四大荷载组合。导管架平台的特点和组成？特点：结构简单、整体结构刚性大、安全可靠、适用于各种土质、造价低、海上安装工作量小。组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块。自升式平台桩腿长度和组成？桩腿分为桩身和桩垫2部分，上部桩身结构与升降机构相配合完成升降动作，下部桩垫形式需适应不同海底地基要求。1） 上部桩身结构：壳体式桩腿上部结构由外壳板和加强构件组成，桁架式桩腿上部结构由弦杆、水平腹杆、斜腹杆，以及水平撑杆组成。2） 下部桩垫结构：带整体沉垫的桩腿，其底部穿过沉垫甲板插入沉垫内，直达沉垫底，使桩腿的弯矩与剪力作用在沉垫甲板和底板上，桩腿的轴向力传到沉垫内垂直舱壁上。插桩式桩腿的底部结构形式要适应不同的海底地基情况。桩腿长度应考虑最大工作水深、设计入土深度、波峰高度和峰隙高度等因素。&海洋平台设计有哪些关键技术？见思考题第2题。9•导管架平台的设计特点？总体布局合理，传力路径短，构件综合利用性能好，材料利用率高，满足其他专业对结构型式的要求。论述题：1）海洋平台设计中涉及哪些专业知识？2）列举主要环境荷载，并论述其对结构和工作的影响。风荷载：风荷载作为侧向荷载作用于平台结构上，其力作用点高，力矩大，并有动力效应，使平台产生位移、摇动或疲劳。当风作用于高而细的柔性建筑物上时，需要考虑风的动力效应。波浪荷载：波浪对海洋结构物有以下四种效应：由于流体的粘滞性而引起的粘滞效应，使结构受到阻力作用；由于流体运动的惯性及结构物存在而引起的附加质量效应，使结构物受到质量力作用；由于结构物存在对入射波浪的散射作用而产生散射效应；结构物与流体自由表面之间产生的自由表面效应。海流荷载：海流作用在平台水下部分构件及海底管线上引起海流荷载，同时对平台的方位选择、船舶靠离和基础的冲淤等方面有显著影响。冰荷载：造成海洋平台倒塌、破坏事故。地震荷载：……三、其他知识点1.海洋工程的研究内容:广义的海洋工程是应用海洋基础科学和有关的技术学科开发、利用海洋的一门新兴的综合性技术学科，它主要研究的内容分为海洋资源开发技术和为海洋资源开发服务的建筑物及设备建造技术；狭义的海洋工程就是为海洋开发建造的结构物的总称，按爱养开发的海域深浅分为海岸工程、近海工程、深海工程。2•海洋油气开发的特点：高技术、高投入、高风险、建设周期长且油气田寿命短。海上油气集输系统类型：全陆式、半海半陆式、全海式。导管架撑杆连接的形式有单斜式支撑、X型支撑、K型支撑，撑杆的基本作用有：帮助把水平载荷传至基础；在建造和安装期间保持结构的完整性；防止安装导管架桩系统时的扭曲变形；支持油井导管等附属结构，把这些构件产生的波浪力传至基础。5•导管架平台方位确定原则：有利于抵抗环境载荷作用；便于工作船停靠、要满足平台上部设施与设备工艺布置的要求。6•导管架平台的设计方法：母型设计、规范设计、按强度理论进行设计。7.对于管型构件的选取要考虑下列因素：1） D/1:不宜大于60,对于卷制焊接钢管不应小于20,最好大于30；2） Kl/r:对主要杆件不宜大于120；3） -Y-K节点：主要节点：d/D=0.4-0.8,次要节点取值可稍小。8•节点布置的基本原则：1） 节点的布置应避免支杆落在节点段的纵向焊缝上；2） 相邻管段纵缝应错开至少90°；3） 加厚段应超出撑杆边缘至少D/4且不小于305mm；4） 拉筋杆在节点部位采用加厚壁段时，其从节点延伸的长度包括焊脚在内，至少为拉筋杆直径且不小于610mm；5） 一般同心管节点采用工作点的偏离不超过D/4，以达到非搭接支杆间具有51mm的最小间隙；6） 当两根及以上管件相交，大直径管应作为连续构件，拉筋杆的装配顺序应有壁厚/直径确定，壁厚最大的应为直通构件，其他管件按照壁厚递减顺序，如壁厚相同则直径较大者作为直通构件；7）节点杆件坡口应做成斜面构造。9.深水导管架采用卧式建造，浅水的采用卧式和立式均可。10•圆管构件优点：材料分布合理，各方面稳定性相等，在相同面积下刚度最大，抗压和抗扭性能最好，因而是中心压杆的理想截面；有近流线型表面，在海上风浪冰等环境载荷作用下受到的绕流阻力小；便于引导钢桩夯打；外表光洁，和做成封闭管端，防止水汽浸入，便于油漆，抗蚀性能好；在同样荷载作用下圆管构件作用钢量最小。圆管构件缺点：相交处的管节点应力分布复杂，应力集中严重；管节点的设计和制造比普通形式的构件节点复杂。疲劳破坏：材料或结构的某点或某些点在重复交变应力作用下逐渐产生永久的结构变化，并在一次循环次数后形成裂纹或继续扩展直至完全断裂。疲劳寿命：结构或结构的某点达到疲劳时的交变应力循环次数或时间；疲劳强度：金属材料在无限次交变荷载作用下而不破坏的最大应力。自升式平台指具有活动桩腿且其主体能沿支撑于海底的桩腿升降至海面以上预定高度进行作业，并能将主体降回海面和回收桩腿的平台。优点：所需钢材少，造价低，在各种海况下能平稳作业。缺点：桩腿长度有限，使它工作水深受限制。自升式海洋平台设计工况：1） 正常作业工况：在规定环境条件下，平台满载并升到预定标高进行正常作业。2） 迁移工况：平台进行迁移的状态；3） 升降工况：平台升降桩腿、预压及升降平台主体时的状态；4） 自存工况：在极端环境条件下，平台不能继续作业，但可通过调整可变载荷或放弃部分载荷以及其他措施达到某种较为安全的状态。气隙：平台相互提升到作业位置时，主体结构最低构件下沿与最大设计波高的波峰之间的净空距离。危险区是指平台在作业中使用机械或电气设备室，对可能存在于周围的易燃气体未加适当防范而可能引起火灾或爆炸的区域。0类危险区：易燃天然气、空气的混合物持续或长期存在的区域；1类危险区：在正常作业中可能产生易燃天然气、空气混合物的区域；2类危险区：不大可能产生易燃天然气、空气的混合物的区域。半潜式海洋平台优点：极强的抗风浪能力、优良的运动性能、巨大的甲板面积和装载容量、高效作业效率、易于改造并具有钻井、修井、生产等多种功能，无需海上安装，具有全球全天候的工作能力和自持能力。半