船舶與海洋工程畢業(yè)設(shè)計30m水深固定平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　30m水深固定平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 船舶與海洋工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></

3、p><p>　　隨著人類對海洋資源開發(fā)的需求日益增長，近年來海洋工程在世界各國得到迅速發(fā)展，特別是海洋平臺。海洋平臺是一種海洋工程結(jié)構(gòu)物，它為開發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場所。目前應(yīng)用海洋平臺最為廣泛的領(lǐng)域當(dāng)屬海上油氣資源的勘探與開發(fā)。因為海洋環(huán)境條件十分惡劣，所以對固定式海洋平臺的計算，不僅能夠檢驗規(guī)范設(shè)計是否符合強(qiáng)度要求，也可以對平臺整體構(gòu)件進(jìn)行更加直觀的計算，觀察哪些構(gòu)件還需要加強(qiáng)，哪些可以減少。所

4、以對平臺的強(qiáng)度之間計算有著重要的意義。</p><p>　　本文以渤海海區(qū)的自然環(huán)境條件為設(shè)計依據(jù)，運(yùn)用MSC-Patran有限元軟件，建立平臺有限元模型。在考慮了海風(fēng)、海冰和波浪等環(huán)境荷載的基礎(chǔ)上，對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了直接計算，從而進(jìn)一步優(yōu)化平臺的材料以及結(jié)構(gòu)。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；固定式平臺； MSC-Patran；應(yīng)力；位移 </p><p&

5、gt;　　Designing of Jacket Platform at 30m Depth Sea</p><p>　　[Abstract] With the growing demand of humanity on the marine resources development, marine engineering in the world have developed rapidly in recen

6、t years, particularly offshore platforms. Offshore is a marine engineering structure, it is for the development and utilization of marine resources, marine operations and provide a place of life.Currently the most widely

7、 used areas of offshore platform was undoubtedly the offshore oil and gas resources exploration and development. Very poor condition </p><p>　　In this paper, the natural environment of the Bohai Sea for the

8、design basis conditions, the use of MSC-Patran finite element software, finite element model to create a platform. In considering the wind, sea ice and waves and other environmental loads, based on the strength of its di

9、rect calculation of the structure to further optimize the platform for materials and structures.</p><p>　　[Key Words] structural strength; fixed platform; MSC-Patran &Nastran; stress; displacement</p&

10、gt;<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 緒論1</b></p><p>　　1.1海洋平臺介紹1</p><p><b>　　1.2設(shè)計背景1</b></p><p>　　1.3本設(shè)計研究的目的與意義3</p>

11、<p>　　2. 環(huán)境條件和設(shè)計依據(jù)4</p><p><b>　　2.1環(huán)境條件4</b></p><p>　　2.2平臺設(shè)計依據(jù)4</p><p><b>　　2.3計算工況5</b></p><p>　　3.平臺選型和主尺度6</p><p>　

12、　3.1 平臺簡圖6</p><p><b>　　3.2甲板高程7</b></p><p><b>　　4. 載荷計算8</b></p><p>　　4.1風(fēng)荷載計算8</p><p>　　4.2冰載荷計算10</p><p>　　4.3波浪載荷10</p&

13、gt;<p>　　4.4平臺甲板設(shè)備載荷14</p><p>　　5.平臺模型的建立和計算15</p><p>　　5.1結(jié)構(gòu)簡化15</p><p>　　5.2邊界條件15</p><p>　　5.3計算程序15</p><p><b>　　5.4建模15</b><

14、;/p><p>　　5.5第一種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖20</p><p>　　5.6第二種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖26</p><p>　　5.7第三種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖33</p><p>　　5.8 第四種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖39</p><p&

15、gt;　　5.9 最大組合應(yīng)力圖46</p><p><b>　　6.平臺防腐49</b></p><p>　　6. 1海洋平臺的腐蝕規(guī)律49</p><p>　　6. 2海洋平臺的防腐措施49</p><p><b>　　7.設(shè)計總結(jié)51</b></p><p>

16、　　7.1 設(shè)計目標(biāo)51</p><p>　　7.2 存在不足51</p><p>　　7.3設(shè)計感想52</p><p>　　7.4總結(jié)和體會52</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></p><p><b>　　致謝55</b></p>

17、<p><b>　　外文翻譯56</b></p><p><b>　　外文資料56</b></p><p><b>　　譯文60</b></p><p><b>　　1. 緒論</b></p><p><b>　　1.1海洋平

18、臺介紹</b></p><p>　　海洋平臺是一種海洋工程結(jié)構(gòu)物，它為開發(fā)和利用海洋資源提供了海上作業(yè)與生活的場所。隨著海洋開發(fā)事業(yè)的迅速發(fā)展，海洋平臺得到了廣泛的應(yīng)用，如海底石油和天然氣的勘探與開發(fā)、海底管線鋪設(shè)、海洋波浪能的利用、建造海上機(jī)場及海上工廠等。海洋平臺大致可分為三類：固定式平臺、移動式平臺、順應(yīng)式平臺。而本文研究的固定式平臺按支承情況分為樁基式和重力式兩種。其特點是整體穩(wěn)定性好，剛度較

19、大，受季節(jié)和氣候的影響較小,抗風(fēng)暴的能力強(qiáng)。缺點是機(jī)動性能差,一經(jīng)下沉定位固定，則較難移位重復(fù)使用。樁基平臺屬鉆井、采油平臺,工作水深一般在十余米到200米的范圍內(nèi)（個別平臺超過300米）,是目前世界上使用最多的一種平臺。從設(shè)計理論和建造技術(shù)來衡量，它都是一種最成熟和最通用的平臺型式。鋼筋混凝土重力式平臺是70年代初開始發(fā)展起來的一種新型平臺結(jié)構(gòu)，目前主要用于歐洲的北海油田。這種平臺具有鉆井、采油、儲油等多種功能，水深在200米以內(nèi)均可

20、采用，最佳水深為100～150米。由于固定式平臺具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝方便，造價低整體穩(wěn)定性好，剛度較大，受季節(jié)和氣候的影響較小,抗風(fēng)暴的能力強(qiáng)，等特點，所以固定式海洋平臺的發(fā)展是大勢所趨，</p><p><b>　　1.2設(shè)計背景</b></p><p>　　1.2.1MSC-Patran&Nastran介紹</p><p>　　

21、MSC-Patran&Nastran是功能齊全的高級非線性有限元軟件，具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力?？梢蕴幚砀鞣N線性和非線性結(jié)構(gòu)分析包括：線性或非線性靜力分析、模態(tài)分析、簡諧響應(yīng)分析、頻譜分析、隨機(jī)振動分析、動力響應(yīng)分析、自動的靜/動力接觸、屈曲/失穩(wěn)、失效和破壞分析等。為滿足工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的各種需求，提供了層次豐富、適應(yīng)性強(qiáng)、能夠在多種硬件平臺上運(yùn)行的系列產(chǎn)品。Patran提供了豐富的工具，能夠簡化線性，非線性，顯式動態(tài)方法，熱求解

22、器，以及其他有限元求解器的分析。Patran提供的幾何清理工具能夠使工程師可以輕松處理CAD中的縫隙和裂片，實體建模工具能夠從頭創(chuàng)建模型，從而Patran使得任何人都可以創(chuàng)建有限元模型。使用全自動網(wǎng)格劃分系統(tǒng)可以很容易在平面和立體上創(chuàng)建網(wǎng)格劃分（包括十六網(wǎng)格網(wǎng)格劃分），手工方法能夠提供更多的控制權(quán)，或者兩者的組合。最后，最流行的有限元求解器的荷載，邊界條件和分析設(shè)置是內(nèi)置的，能夠最大限度地減少輸入文件的編輯。Patran的綜合性和行業(yè)測

23、試功能可以確保您的仿真原型創(chuàng)造可以快速提供結(jié)果，以便可以根據(jù)需求進(jìn)行產(chǎn)品性能評估和優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　綜上所述，MSC-Patran&Nastran具有以下特點：鼠標(biāo)驅(qū)動的Motif標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面；命令過程自動文件記錄，記錄文件可編輯修改并用于模型參數(shù)化研究；交互的超文本在線幫助系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫不同平臺相互兼容；強(qiáng)大的Patran命令語言(PCL)可使用戶開發(fā)自己的分析模塊和完全集成已有的分析程

24、序 ；CAD模型直接讀入；Unigraphics幾何特征讀寫和編輯功能；獨(dú)立的幾何模型的創(chuàng)建和編輯工具；完全集成MSC的各種分析求解器及外部、第三方的分析求解器；豐富、高質(zhì)量的1D, 2D 和 3D網(wǎng)格劃分器；任意的梁截面庫定義；載荷、邊界條件、材料和單元特性可直接施加在幾何模型上；可視化的與時間或溫度相關(guān)的載荷和材料特性的定義及顯示；豐富的結(jié)果后處理功能；豐富可調(diào)的色彩顯示方案。</p><p><b&g

25、t;　　1.2.2海洋工程</b></p><p>　　海洋工程是指以開發(fā)、利用、保護(hù)、恢復(fù)海洋資源為目的，并且工程主體位于海岸線向海一側(cè)的新建、改建、擴(kuò)建工程。具體包括：圍填海、海上堤壩工程，人工島、海上和海底物資儲藏設(shè)施、跨海橋梁、海底隧道工程，海底管道、海底電(光)纜工程，海洋礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)及其附屬工程，海上潮汐電站、波浪電站、溫差電站等海洋能源開發(fā)利用工程，大型海水養(yǎng)殖場、人工魚礁工程，鹽田

26、、海水淡化等海水綜合利用工程，海上娛樂及運(yùn)動、景觀開發(fā)工程，以及國家海洋主管部門會同國務(wù)院環(huán)境保護(hù)主管部門規(guī)定的其他海洋工程。</p><p>　　海洋工程分類：可分為海岸工程、近海工程和深海工程等3類。 </p><p>　　海岸工程:古來就很受重視。主要包括海岸防護(hù)工程、圍海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海漁業(yè)設(shè)施工程、環(huán)境保護(hù)設(shè)施工程等。 </p>&l

27、t;p>　　近海工程:又稱離岸工程。20世紀(jì)中葉以來發(fā)展很快。主要是在大陸架較淺水域的海上平臺、人工島等的建設(shè)工程，和在大陸架較深水域的建設(shè)工程，如浮船式平臺、半潛式平臺、自升式平臺、石油和天然氣勘探開采平臺、浮式貯油庫、浮式煉油廠、浮式飛機(jī)場等項建設(shè)工程。</p><p>　　深海工程:包括無人深潛的潛水器和遙控的海底采礦設(shè)施等建設(shè)工程。由于海洋環(huán)境變化復(fù)雜，海洋工程除考慮海水條件的腐蝕、海洋生物的污著等

28、作用外，還必須能承受臺風(fēng)、海浪、潮汐、海流和冰凌等的強(qiáng)烈作用，在淺海區(qū)還要經(jīng)受得了岸灘演變和泥沙運(yùn)移等的影響。</p><p>　　1.2.3海洋工程裝備范疇</p><p>　　海洋工程裝備是指用于海洋資源勘探、開采、加工、儲運(yùn)、管理及后勤服務(wù)等方面的大型工程裝備和輔助性裝備。國際上通常將海洋工程技術(shù)裝備分為三大類：海洋油氣資源開發(fā)裝備；其他海洋資源開發(fā)裝備；海洋浮體結(jié)構(gòu)物。海洋油氣資源

29、開發(fā)裝備是目前海洋工程裝備的主體，包括各類鉆井平臺、生產(chǎn)平臺、浮式生產(chǎn)儲油船、卸油船、起重船、鋪管船、海底挖溝埋管船、潛水作業(yè)船等。</p><p>　　1.3本設(shè)計研究的目的與意義</p><p>　　發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)對我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展有重大戰(zhàn)略意義，因為我國不僅是一個陸地大國，也是一個海洋大國?？晒茌牶Ｓ蛎娣e300萬平方公里，是我國的“藍(lán)色國土”；大陸海岸線達(dá)18000公里，面積較大的海島

30、有7000多個；在國際海底區(qū)域還擁有數(shù)萬平方公里的多金屬結(jié)核礦區(qū)。海洋資源在我國現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著日益重要的作用。合理開發(fā)利用海洋資源是世界可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。針對當(dāng)前我國資源緊缺的突出矛盾，也需要加大海洋油氣資源、海洋生物資源和海水資源等多種海洋資源的開發(fā)利用的力獨(dú)，為緩解國家能源安全、糧食安全和水資源安全問題分憂解難。</p><p>　　我國油氣資源儲量豐富，按第三次石油資源評價初步結(jié)果，目前全國石油資源

31、量為1072.7億噸，已探明儲量225.6億噸，探明率在39%左右。其中海洋石油資源量為246億噸，占總量的22.9%。天然氣資源量為54.54萬億立方米，其中海洋為15.79萬億立方米，占29.0%。從有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，我國石油資源的平均探明率為38.9%，海洋僅為12.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均探明率73%和美國的探明率75%。我國天然氣的平均探明率為23.0%，海洋為10.9%，而世界平均探明率在60.5%左右.因此我國油氣資源的探明

32、率(尤其是海洋)很低，整體上處于勘探的早中期階段。而海洋石油與天然氣已成為我國能源生產(chǎn)重要的組成部分，對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國家安全戰(zhàn)略有著重要的意義。因此海洋平臺的開發(fā)、設(shè)計是未來幾年海洋工程研究的主流。</p><p>　　固定式平臺適用于幾米到幾十米水深，而我國渤海、黃海、東海水深一般都在幾十米水深，固定式平臺有著廣闊適用范圍。如本文選取的30米水深固定式海洋平臺通過對其強(qiáng)度計算，能夠了解所選的平臺是否滿足規(guī)范，

33、對平臺的安全性具有重要的參考價值。</p><p>　　2. 環(huán)境條件和設(shè)計依據(jù)</p><p><b>　　2.1環(huán)境條件</b></p><p>　　開發(fā)三號工作環(huán)境是在渤海，所以選擇的環(huán)境載荷應(yīng)該是渤海灣的自然情況下的情況。</p><p>　　2.1.1設(shè)計水深 </p><p>　　

34、設(shè)計水深 30m</p><p><b>　　2.1.2潮位</b></p><p>　　校核高水位（50年重現(xiàn)期） 3.08m</p><p>　　設(shè)計高水位 1.48m</p><p>　　平均海平面 0.0

35、0m</p><p>　　設(shè)計低水位 -0.69m</p><p>　　校核低水位 -2.32m</p><p><b>　　2.1.3波浪</b></p><p>　　自存工況 100年一遇</p>&l

36、t;p>　　最大波高 H=6m</p><p>　　最大波浪周期 T=8.65s</p><p><b>　　2.1.4海流</b></p><p>　　本海區(qū)潮流的運(yùn)動形式為往復(fù)流，主流的方向大致與等深線平行，漲潮流的方向約為ESE向，落潮流為WNW。海流最大速度1.0

37、29m/s。</p><p><b>　　2.1.5風(fēng)</b></p><p><b>　　設(shè)計風(fēng)速</b></p><p>　　工況設(shè)計風(fēng)速下 36.0m/s</p><p>　　自存狀態(tài)設(shè)計風(fēng)速下 51.5m/s</p><p><b>　　

38、2.1.6海冰</b></p><p>　　設(shè)計冰厚（50年一遇） 0.45m</p><p>　　抗壓強(qiáng)度 1717kPa</p><p><b>　　2.2平臺設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　　單一應(yīng)力分量，以及適當(dāng)時這類應(yīng)力的直接合成，均不應(yīng)超過由下列公式求得的

39、許用應(yīng)力值:</p><p>　　式中 ——許用應(yīng)力，MP a ;</p><p>　　—— 規(guī)定的最低屈服點或屈服強(qiáng)度，MPa ;</p><p><b>　　S——安全系數(shù)；</b></p><p>　　對軸向拉應(yīng)力及彎曲應(yīng)力 S=1.67，；</p><p>　　材料的屈服極限=240M

40、Pa；</p><p>　　所以平臺的彎曲和軸向許可應(yīng)力=240×0.6=144MPa；</p><p><b>　　2.3計算工況</b></p><p>　　我們考慮平臺最危險情況就可以了，在自存情況下平臺具有最危險工況，我們只要檢驗自存狀態(tài)平臺的強(qiáng)度即可。</p><p>　　平臺在自存狀態(tài)下受到風(fēng)冰載荷

41、作用：</p><p>　　風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:0°</p><p>　　風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:45°</p><p>　　平臺在自存狀態(tài)下受到風(fēng)浪流作用：</p><p>　　風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:0°</p><p>　　風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:45

42、6;</p><p>　　3.平臺選型和主尺度</p><p><b>　　3.1 平臺簡圖</b></p><p><b>　　圖3.1平臺正面圖</b></p><p>　　圖3.2平臺各層尺寸</p><p><b>　　3.2甲板高程 </b>&

43、lt;/p><p>　　底甲板下緣高程公式: （3.1） </p><p>　　其中: Ht一設(shè)計高潮位;</p><p><b>　　H一設(shè)計波高;</b></p><p>　　△一底甲板下緣與波峰之間的間隙，至少1.5m。</p><

44、;p>　　由公式3. 1算得CH=8.87m，</p><p>　　所以平臺最高層甲板離水平面距離為9m。</p><p><b>　　4. 載荷計算</b></p><p><b>　　4.1風(fēng)荷載計算</b></p><p>　　4.1.1平臺的環(huán)境載荷</p><p&

45、gt;　　平臺在工作情況下：36.0m/s</p><p>　　平臺在自存情況下：51.5m/s</p><p>　　4.1.2作用在平臺上的風(fēng)載荷</p><p><b>　　應(yīng)按下式計算：</b></p><p>　　N （4.1）</p><p>　　式中

46、：——風(fēng)荷載形狀系數(shù)。梁及建筑物側(cè)壁取1.5,對圓柱體側(cè)壁取0.5，對平臺總投影面積取1.0；</p><p>　　——海上風(fēng)壓高度變化系數(shù)，見表4.1。表中值可用內(nèi)插法確定；</p><p><b>　　——基本風(fēng)壓；</b></p><p>　　——受壓面積，即垂直于風(fēng)向的輪廓投影面積，m2 。</p><p>　　

47、表4.1海上風(fēng)壓高度變化系數(shù) </p><p>　　4.1.3 基本風(fēng)壓應(yīng)按下式計算：</p><p>　　Pa （4.2）</p><p>　　式中：——風(fēng)壓系數(shù)，取0.613，N.s2/m4；</p><p>　　——時距為t分鐘的設(shè)計風(fēng)速

48、，m/s。</p><p>　　所以根據(jù)上述資料可以列出下表</p><p>　　表4.2 0°風(fēng)載荷計算</p><p>　　等效風(fēng)力為16047.925N</p><p>　　等效作用位置為海面以上距海面4.988m</p><p>　　表4.3 45°風(fēng)載荷計算</p>&l

49、t;p>　　等效風(fēng)力為23446.8N</p><p>　　等效作用位置為海面以上距離海面3.91m</p><p>　　根據(jù)上面計算，平臺的風(fēng)載荷在自存狀況下比較大，平臺在這個時候比較危險。所以有限元計算時只要計算自存狀況下的強(qiáng)度。</p><p>　　各種工況下風(fēng)載荷總結(jié)：在自存狀況下的載荷大于工作情況下，計算時只要計算最惡劣的情況即可，所以只要計算自存狀

50、態(tài)下平臺的強(qiáng)度。</p><p><b>　　4.2冰載荷計算</b></p><p>　　結(jié)冰海域內(nèi)，在風(fēng)和流作用下，大面積冰原擠壓垂直孤立樁柱所產(chǎn)生的冰載荷可按下式計算：</p><p>　　kN (4.3)</p><p>　　式中：——樁柱形狀系數(shù)，對圓截面柱采用0.9；<

51、;/p><p><b>　　——局部擠壓系數(shù)；</b></p><p>　　——樁柱與冰層的接觸系數(shù)；</p><p>　　——樁柱寬度（或直徑），m；</p><p>　　——冰層計算厚度，m,應(yīng)按國家主管部門提供的實測資料取值。</p><p><b>　　4.2.1計算結(jié)果</b

52、></p><p>　　根據(jù)CCS規(guī)范擠壓系數(shù) K1=2.5；</p><p>　　接觸系數(shù) K2=0.45；</p><p>　　由環(huán)境條件 Rc＝1717kPa；</p><p>　　由設(shè)計資料

53、 b=1.2m h=0.45m;</p><p><b>　　則冰載荷為：</b></p><p>　　=0.9×2.5×0.45×1717×1.2×0.45</p><p>　　=938.76975kN</p><p>　　因為冰的厚度為0

54、.45米，所以冰的作用點為海面以下距離海面0.225米。選取模型的最近節(jié)點加載，即加載點為水面。</p><p><b>　　4.3波浪載荷</b></p><p>　　對小尺度圓形構(gòu)件，垂直于其軸線方向單位長度上的波浪力，當(dāng)D/L≦0.2（D為圓形構(gòu)件直徑，m；L為設(shè)計波長，m）時，可按下列公式計算：</p><p>　　N/m

55、 (4.4)</p><p>　　式中： ——海水密度，kg/m3 ；</p><p>　　——垂直于構(gòu)件軸線的阻力系數(shù)。必要時，應(yīng)盡量由試驗確定。在實驗資料不足時，對圓形構(gòu)件可取=0.6~1.0；</p><p>　　——慣性力系數(shù)，應(yīng)盡量由試驗確定，在實驗資料不足時，對圓形構(gòu)件可取2.0；</p><p>　　——水質(zhì)點

56、相對于構(gòu)件的垂直于構(gòu)件軸線的速度分量，m/s, 為其絕對值，當(dāng)海流和波浪聯(lián)合對平臺作用時，為水質(zhì)點的波浪速度矢量與海流速度矢量之和在垂直于構(gòu)件方向上的分矢量；</p><p>　　——水質(zhì)點相對于構(gòu)件的垂直于構(gòu)件軸線的加速度分量，m/s2。</p><p>　　根據(jù)線性波理論得： (4.5)</p><p>　　則速度：

57、 (4.6)</p><p>　　所以： (4.7)</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p>　　因為 =109.52m

58、 （4.9）</p><p>　　k=0.057 =0.726</p><p><b>　　所以可以列出下表：</b></p><p>　　表4.4波浪載荷計算</p><p>　　所以拖曳力距離泥面20.34m，慣性力距離泥面17.05m。當(dāng)L/D≥8時不需要考慮了（L為樁腿之間的距離，D為

59、樁腿直徑），所以在橫向和斜向要考慮群樁效應(yīng)，冰載荷在后面兩根樁腿受到的里是前面兩根0.3倍?？v向的時候不需要考慮。</p><p>　　根據(jù)力矩的計算方法可以得到等效作用力為260125N，等效作用位置為距離海底14米處。</p><p>　　當(dāng)只考慮海流作用時，圓形構(gòu)件單位長度上的海流載荷可按下式計算：</p><p>　　N/m （4.10）&

60、lt;/p><p>　　式中： ——阻力系數(shù)；</p><p>　　——海水密度，kg/m3；</p><p>　　——設(shè)計海流速度，m/s；</p><p>　　——單位長度構(gòu)件垂直于海流方向的投影面積，m2/m。</p><p>　　因為海流所產(chǎn)生的力相對于風(fēng)載荷、冰載荷、自重來說，是相對較小的。所以在模型中可以省略，

61、對結(jié)果不會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。</p><p>　　4.4平臺甲板設(shè)備載荷</p><p>　　甲板載荷總共是200噸，通過換算，將甲板載荷等效于四個角的節(jié)點上，作用于上層甲板上。</p><p>　　5.平臺模型的建立和計算</p><p><b>　　5.1結(jié)構(gòu)簡化</b></p><p>　　平

62、臺由甲板、導(dǎo)管架及樁基組成，甲板是板梁結(jié)構(gòu)，甲板上的設(shè)備重量等效為4個50t載荷分布加在甲板節(jié)點上。為了方便建模，由剛度相等原理，將樁腿的壁厚等效到外層的導(dǎo)管架上。</p><p>　　對于管單元的慣性矩的計算:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中:D一管的外徑;</p><p>&

63、lt;b>　　d一管的內(nèi)徑。</b></p><p><b>　　由剛度相等，可得:</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　設(shè)等效后的單元的外徑D、內(nèi)徑d;導(dǎo)管架的外徑D1、內(nèi)徑d1;樁腿的外徑</p><p>　　D2、內(nèi)徑d2。取D= D1

64、</p><p>　　由式（5.2）得出：</p><p><b>　　（5.3）</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入方程：D= D1=1200mm，D2=1100mm，d1=1130mm，d2=1090m</p><p>　　可得等效后導(dǎo)管架的厚度約40mm。</p><p><b&g

65、t;　　5.2邊界條件</b></p><p>　　平臺以樁為基礎(chǔ)，導(dǎo)管架下部的邊界條件考慮樁與土之間的相互作用。為簡化計算，可將樁的下部看作為一剛性固支端(取8倍樁徑)，本設(shè)計取泥面以下9.54m(為8倍的樁徑，符合規(guī)范中的8倍樁徑的要求)。</p><p><b>　　5.3計算程序</b></p><p>　　平臺結(jié)構(gòu)計算分析

66、采用國際通用的結(jié)構(gòu)有限元軟件Patran，此處使用的是Patran2005。</p><p><b>　　5.4建模</b></p><p>　　通過Patran軟件進(jìn)行建模，首先在通過計算畫出草圖，并用CAD表示出來。然后計算出各點的坐標(biāo)，在Patran上輸入各點的坐標(biāo)，用curve連成線。再用命令Mesh seed布置節(jié)點，各節(jié)點的距離大概為1米。接著是定義材料的

67、屬性，因為該平臺用的是鋼材，所以定義是一些鋼材的基本屬性。同時用合適的鋼管布置上去。最后把載荷、約束加載到計算好的加載點上，并分好工況，再分析出圖。</p><p><b>　　原結(jié)構(gòu)如下：</b></p><p><b>　　圖5.1總體結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　圖5.2加載后的總體結(jié)構(gòu)圖</p>

68、<p>　　圖5.3水面以上的平臺結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖5.4水面以下平臺結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　圖5.5導(dǎo)管圖</b></p><p><b>　　圖5.6斜撐</b></p><p><b>　　圖5.7樁腿</b></p>&

69、lt;p>　　因為平臺工況可以分為四種情況，即：</p><p>　　1）風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:0°</p><p>　　2）風(fēng)+冰+甲板載荷, 作用方向:45°</p><p>　　3）風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:0°</p><p>　　4）風(fēng)+浪+甲板載荷，作用方向:45°</

70、p><p>　　所以各種工況下的受力也是不同的。</p><p>　　5.5第一種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.5.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.8總體結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm

71、，最大值為27MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力144MPa，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.9泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node662處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（2665，-7181.6665，-10666.667），單位為mm，最大值為19.4MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力144MPa，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.10水面以上平臺結(jié)構(gòu)軸

72、向應(yīng)力圖</p><p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000），單位為mm，最大值為2.92MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.11水面以下平臺結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node152處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（1129.1664,6775，-7000），單位為mm，最大值為11.4MP

73、a，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.12導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最大值為17.9MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　5.5.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.1

74、3總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6,5777,2000），單位為mm，最大值為64.5MPa，小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.14泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6,5777,2000），單位為mm，最大值為64.5

75、MPa，小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.15水面以上平臺結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6,5777,2000），單位為mm，最大值為64.5MPa，小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.16水面以下平臺結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在

76、node146處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-5645.8335,6775，-7000），單位為mm，最大值為57.8MPa，小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.17導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node489處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6664.1113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大值為48.7MPa，小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。&

77、lt;/p><p><b>　　5.5.3位移云圖</b></p><p>　　圖5.18總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node36處有最大位移，坐標(biāo)為（-6664.1113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大位移為503mm。</p><p>　　圖5.19泥樁以上結(jié)構(gòu)位移圖</p>

78、<p>　　在node36處有最大位移，坐標(biāo)為（-6664.1113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大位移為503mm。</p><p>　　圖5.20斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node646處有最大位移，坐標(biāo)為（-666.25，-6876.6665，-7916.667），單位為mm，最大位移為186mm。</p><p>

79、;　　5.6第二種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.6.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.21總體結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為36.9MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力144MPa，符合規(guī)范。</p><p&

80、gt;　　圖5.22泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083,9215.083，-29000），單位為mm，最大值為24MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.23水面以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000）

81、，單位為mm，最大值為3.42MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.24水面以下結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node345處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9326,9326，-30000），單位為mm，最大值為13.8MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.25導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p>&

82、lt;p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083,9215.083，-29000），單位為mm，最大值為24MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　5.6.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.26總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node908處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，-10385,395

83、41），單位為mm，最大值為81.8MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.27泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node489處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6664.1113,-6664.1113，-6000），單位為mm，最大值為69.1MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.28水面以上結(jié)構(gòu)彎曲

84、應(yīng)力圖</p><p>　　在node105處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-5777，-5777,2000），單位為mm，最大值為51.9MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.29水面以下結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node183處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6775，-6775，-7000），單位為mm，最大值為62.7MPa，遠(yuǎn)

85、小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.30導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node489處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-6664.113，-6664.1113，-6000），單位為mm，最大值為69.1MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p><b>　　5.6.3位移云圖</b></p>

86、<p>　　圖5.31總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node33處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000,9000），單位為mm，最大值為506mm。</p><p>　　圖5.32泥樁以上結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node3處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000,9000），單位為mm，最大值為506mm。</p>

87、<p>　　圖5.33斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node177處有最大位移，坐標(biāo)為（-6775,-5643.8335，-7000），單位為mm，最大值為185mm。</p><p>　　5.7第三種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.7.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.34總體結(jié)構(gòu)

88、軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為5.08MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.35泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最

89、大值為4.05MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.36水面以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000），單位為mm，最大值為1.78MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.37水面以下結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　

90、　在node157處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（6775,6775，-7000），單位為mm，最大值為1.92MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.38導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最大值為4.05MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</

91、p><p>　　5.7.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.39總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node888處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為5.88MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.40泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p

92、>　　在node362處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-8289.773,9326，-30000），單位為mm，最大值為2.52MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.41水面以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node74處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6001,5777,2000），單位為mm，最大值為2MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。&

93、lt;/p><p>　　圖5.42水面以下結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node362處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-4621.6001,5777,2000），單位為mm，最大值為2.52MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.43導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node517處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（9

94、215.083，-9215.083，-29000），單位為mm，最大值為2.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p><b>　　5.7.3位移云圖</b></p><p>　　圖5.44總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node35處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-4000，9000），單位為mm，最大位移為23.9

95、mm。</p><p>　　圖5.45泥樁以上結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node35處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-4000，9000），單位為mm，最大位移為23.9mm。</p><p>　　圖5.46斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node757處有最大位移，坐標(biāo)為（-5329.1436，-8755.5713，-248

96、57.145），單位為mm，最大位移為16.9mm。</p><p>　　5.8 第四種工況下的軸向應(yīng)力圖、彎曲應(yīng)力圖、位移圖</p><p>　　5.8.1軸向應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.46總體結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node878處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（10385,10385，-39541），單位為mm，最大值為6

97、.01MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.47泥樁以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（1332.2854,8185.1431，-19714.285），單位為mm，最大值為4.5MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.48水面以上結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p>

98、<p>　　在node83處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（5777,5777,2000），單位為mm，最大值為1.82MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.49水面以下結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node345處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9326,9326，-30000），單位為mm，最大值為2.19MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。&l

99、t;/p><p>　　圖5.50導(dǎo)管結(jié)構(gòu)軸向應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大軸向應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，9215.083,-29000），單位為mm，最大值為4.5MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　5.8.2彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　圖5.51總體結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p>

100、<p>　　在node908處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385,-10385，-39541），單位為mm，最大值為8.86MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.52泥樁以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083，9215.083,-29000），單位為mm，最大值為3.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計

101、的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.53水面以上結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node104處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-54621.5996，-5777,2000），單位為mm，最大值為1.99MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.54水面以下結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node3

102、64處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（-9326,-9326，-30000），單位為mm，最大值為2.82MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.55導(dǎo)管結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力圖</p><p>　　在node590處有最大彎曲應(yīng)力，坐標(biāo)為（9215.083,9215.083，-29000），單位為mm，最大值為3.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p>

103、<p><b>　　5.8.3位移云圖</b></p><p>　　圖5.56總體結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node33處有最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000，9000），單位為mm，最大位移為28.5mm。</p><p>　　圖5.57泥樁結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node33處有

104、最大位移，坐標(biāo)為（-5000，-5000，9000），單位為mm，最大位移為28.5mm。</p><p>　　圖5.58斜撐結(jié)構(gòu)位移圖</p><p>　　在node757處有最大位移，坐標(biāo)為（-5329.1436，-8755.5713，-24857.145），單位為mm，最大位移為18.1mm。</p><p>　　5.9 最大組合應(yīng)力圖</p>

105、<p>　　圖5.55風(fēng)冰0°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node888處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，10385，-39541），單位為mm，最大值為77.7MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.55風(fēng)冰45°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node908處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（

106、-10385，-10385，-39541），單位為mm，最大值為112MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　圖5.55風(fēng)浪0°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node888處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，10385，-39541），單位為mm，最大值為4.02MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　

107、　圖5.55風(fēng)浪45°最大組合應(yīng)力圖</p><p>　　在node908處有最大組合應(yīng)力，坐標(biāo)為（-10385，-10385，-39541），單位為mm，最大值為7.93MPa，遠(yuǎn)小于設(shè)計的許用應(yīng)力，符合規(guī)范。</p><p>　　根據(jù)上面的受力圖和位移圖可以列出下表</p><p>　　表5.1最大軸向應(yīng)力表</p><p>　

108、　由表5.1得平臺主體在風(fēng)冰載荷45°工況時，軸向應(yīng)力最大為36.9MPa<144MPa，符合強(qiáng)度要求。</p><p>　　表5.2最大彎曲應(yīng)力表</p><p>　　由表5.2得平臺主體在風(fēng)冰載荷為45°工況時，彎曲應(yīng)力最大為81.8 MPa<144MPa，符合強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　表5.3最大位移表&

109、lt;/b></p><p>　　由表5.3得平臺主體在風(fēng)冰載荷45°工況時，位移最大為506mm，符合規(guī)范要求。</p><p>　　表5.4最大組合應(yīng)力表</p><p>　　由表5.4得平臺主體在風(fēng)冰載荷45°工況時，組合應(yīng)力最大為112 MPa<144MPa，符合規(guī)范要求。</p><p><b&

110、gt;　　6.平臺防腐</b></p><p>　　6. 1海洋平臺的腐蝕規(guī)律</p><p>　　海洋平臺的使用環(huán)境極其惡劣,陽光暴曬、鹽霧、波浪的沖擊、復(fù)雜的海水體系、環(huán)境溫度和濕度變化及海洋生物侵蝕等使得海洋平臺腐蝕速率較快。海洋平臺在不同的海洋環(huán)境下,腐蝕行為和腐蝕特點會有比較大的差異。因此要對海洋平臺結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中腐蝕區(qū)域的腐蝕情況進(jìn)行分析和界定,才能針對性地提出有

111、效的保護(hù)措施。根據(jù)海洋環(huán)境、腐蝕特點和平均腐蝕率不同,海洋平臺在海洋環(huán)境中可分為海洋大氣區(qū)、飛濺區(qū)和全浸區(qū)3大區(qū)域。為了更好地分析海洋平臺鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕情況,許多研究者又將飛濺區(qū)分為飛濺區(qū)和潮差區(qū),全浸區(qū)分為海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū),即分成5大腐蝕區(qū)域。</p><p>　　海洋大氣區(qū):海洋大氣區(qū)海鹽粒子使腐蝕加快,干燥表面與含鹽的濕膜交替變換形成物理、化學(xué)和電化學(xué)作用影響金屬腐蝕。</p><p

112、>　　飛濺區(qū):在海洋環(huán)境中腐蝕最嚴(yán)重的部位是在平均海潮以上的飛濺區(qū)。由于經(jīng)常成潮濕表面,表面供氧充足,無海生物污損。長時間潤濕表面與短時間干燥表面的交替作用和浪花沖刷,造成物理與電化學(xué)為主的腐蝕破壞,且破壞最大。</p><p>　　潮差區(qū):鋼結(jié)構(gòu)在潮差區(qū)的腐蝕為最低,甚至小于海水全浸和海底泥土的腐蝕率。在平均低潮位以下附近區(qū)域的腐蝕出現(xiàn)一個峰值,這是因為鋼樁在海洋環(huán)境中,隨著潮位的漲落,在水線上方濕潤的鋼

113、鐵表面供氧總量比水線下方的浸在海水中的鋼結(jié)構(gòu)表面要充分得多,且彼此構(gòu)成一個回路,由此成為一個氧濃度差宏觀腐蝕電池。腐蝕電池中富氧區(qū)為陰極,即潮差區(qū);相對缺氧區(qū)為陽極,即平均低潮位水線下方的區(qū)域?？偟男Ч钦麄€潮差區(qū)中每一點分別受到了不同程度的陰極保護(hù)。而在平均低潮位以下則經(jīng)常作為陽極而出現(xiàn)的腐蝕峰值。</p><p>　　海水全浸區(qū):在海水全浸區(qū)的腐蝕中,淺海腐蝕可能比海洋大氣中更迅速,深海區(qū)的氧含量往往比表層低

114、得多,水溫近于0℃,腐蝕較輕。</p><p>　　海底泥土區(qū):存在硫酸鹽和還原菌等細(xì)菌,海底沉積物的來源及特征不一。受海水影響少,且溫度低,腐蝕程度小,只是在海流作用交界處有一定腐蝕。</p><p>　　6. 2海洋平臺的防腐措施</p><p>　　在如今的平臺防腐措施中，用涂料層涂裝保護(hù)是一種重要的防腐方法。通常是大氣區(qū)結(jié)構(gòu)均采用涂料涂層保護(hù);飛濺區(qū)結(jié)構(gòu)采用

115、大膜厚的涂料涂層保護(hù),亦有采用耐腐蝕包復(fù)層保護(hù);浸水區(qū)結(jié)構(gòu)和插入海底泥土中的鋼樁采用涂料涂層加陰極保護(hù)。</p><p>　　鋅加保護(hù)也是一種優(yōu)質(zhì)便捷的鋼結(jié)構(gòu)防腐保護(hù)方法,鋅加保護(hù)對基體材料擁有陰極保護(hù)和屏蔽保護(hù)雙重作用。鋅加保護(hù)技術(shù)具有優(yōu)異的防腐性能在于鋅加鍍鋅涂層干膜中含鋅量達(dá)96%。鋅加保護(hù)還具備獨(dú)特的重融性,新的鋅加涂層與原有的鋅加鍍層可完全融合,便于維修補(bǔ)涂。鋅加保護(hù)與傳統(tǒng)有機(jī)涂料相比,具有很強(qiáng)的陰極保

116、護(hù)作用并且可以作為良好的底層,其耐腐蝕能力高于常規(guī)的富鋅底漆5～6倍,防腐保護(hù)年限可達(dá)到25～30年。在海洋平臺全浸區(qū)的腐蝕程度比大氣區(qū)嚴(yán)重,但比飛濺區(qū)要輕。全浸區(qū)一般采用陰極保護(hù)或涂料與陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù),而很少單獨(dú)采用涂料保護(hù),原因是目前防銹、防污涂料使用期限很難達(dá)到海洋平臺永久性的保護(hù)。鋅加保護(hù)技術(shù)在涂層保護(hù)和陰極長效保護(hù)的雙重作用下,具有較長的防腐保護(hù)年限從而彌補(bǔ)了一般涂料在防腐作用使用年限的不足。鋅加保護(hù)在海洋平臺全浸區(qū)部位鋼

117、結(jié)構(gòu)防腐蝕涂裝方案如表3所示。經(jīng)國內(nèi)外海洋平臺的工程證明,鋅加保護(hù)涂層技術(shù)的防腐性能十分優(yōu)異。2000年鋅加保護(hù)技術(shù)被應(yīng)用在國內(nèi)深圳蛇口海上鉆井平臺和東海平湖油田海上鉆井平臺的局部維修上,修復(fù)的鋅加涂層用到至今未發(fā)現(xiàn)銹蝕,防腐性能良好。</p><p><b>　　7.設(shè)計總結(jié)</b></p><p><b>　　7.1 設(shè)計目標(biāo)</b><

118、/p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計的題目是30m水深固定式海洋平臺設(shè)計，本次設(shè)計的目標(biāo)是在老師指導(dǎo)下按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范能夠獨(dú)立完成渤海海域簡易固定式導(dǎo)管架式海洋平臺的設(shè)計。其設(shè)計的主要內(nèi)容包括了一下幾個方面：學(xué)習(xí)Patran在平臺結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；參照一些文獻(xiàn)和規(guī)范對平臺的主尺度和構(gòu)件尺寸進(jìn)行確定；根據(jù)相關(guān)的規(guī)范計算環(huán)境載荷；按要求對各工況的載荷進(jìn)行組合；在CAD中畫出草圖；通過Patran建立平臺有限元模型；將各種工況的載荷

119、加載到有限元模型中；對平臺進(jìn)行強(qiáng)度校核；出圖等。</p><p>　　在本次設(shè)計中我對平臺的強(qiáng)度分析是用有限元軟件Patran來實現(xiàn)的。因為對這個有限元軟件接觸地不是很多，所以對于它的功能和命令只是一些模糊的了解。所以能否熟練掌握并運(yùn)用該軟件的各項功能是進(jìn)行設(shè)計的關(guān)鍵一步。因為該軟件全都是英文界面，所以學(xué)習(xí)有限元軟件的英文也成了熟練運(yùn)用該軟件的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在大三的時候，我們初步學(xué)了Patran軟件的使用，也了解了

120、一些基本的命令，這也為這次的畢業(yè)設(shè)計打下了一定的基礎(chǔ)。在這畢業(yè)設(shè)計開始前，我又通過一些視屏和書籍以及同學(xué)的幫助對Patran軟件進(jìn)行了深一步的學(xué)習(xí)，大概地了解了一些運(yùn)用于導(dǎo)管架式海洋平臺強(qiáng)度分析的的主要命令，例如如何建模、布種子、布導(dǎo)管、加載、分工況、分析、讀圖、出圖等。所以在之后的設(shè)計中我基本可以運(yùn)用該軟件對平臺進(jìn)行強(qiáng)度分析，保證了本次畢業(yè)設(shè)計的按時進(jìn)行和完成。平臺的設(shè)計過程就是一個方案預(yù)設(shè)、建立模型、強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、最終尺定的過