老龄坐底式平台整体强度分析研究

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(中国船级社海工审图中心， 天津 300457)

老龄坐底式平台整体强度分析研究

宋长智，张格，唐广银

(中国船级社海工审图中心，天津300457)

该文结合某服役超过30年的老龄坐底式平台，利用ANSYS建立结构有限元模型，并利用AQWA软件计算船体水动力荷载，通过MSER系统录入实际测厚数据，对平台整体强度进行校核，并在此基础上总结了老龄坐底式平台的强度计算方法与流程，结论对于老龄坐底式移动平台的强度分析和安全管理具有参考意义。

坐底式平台；老龄化；结构强度；有限元

0 引言

坐底式海洋平台由于其设计建造周期短、造价低廉，在浅海及近海油气资源的开发中得到了广泛地应用[1]。我国渤海沿岸的胜利油田、大港油田和辽河油田的浅海海域，海况条件适合坐底式平台作业[2]，在国外北极浅海海域也设计建造了一批坐底式海洋平台。

图1 平台有限元模型图

图2 沉垫AQWA-line水动力计算模型图

然而近年来国内很多坐底式平台服役超过了30年，按照中国船级社对老龄海上移动平台加强检验的管理要求，对超过30年的老龄坐底式平台实行现场特检，根据实际测厚数据对平台进行结构强校核[3]。 现在国内外对超期服役的老龄化平台都还没有形成一套完善、成熟、有效的管理体系。该文利用实际测厚数据，通过MSER系统，以及ANSYS与AQWA软件[4]，对国内某服役超过三十年的坐底式平台，进行了整体强度计算，并通过CCS规范[5]进行校核，其强度满足规范要求。

图3 荷载加载后及约束模型图

1 平台参数及结构有限元

该平台为作业水深1.85 m～4.4 m的支柱式坐底平台，平台主尺度见表1。平台沉垫、主船体采用壳单元(shell63)进行模拟，面板筋采用梁单元(beam188)进行模拟，船体和沉垫连接处的立柱采用管单元(pipe59)进行模拟，整体有限元模型如图1所示。

表1 半潜平台主要参数

2 沉垫水动力及全船环境荷载

由于沉垫是大尺度构件，无法适用莫里森方程，以前采用Pipe59单元模拟下部沉垫的方法[6]，可是这种方法无法准确的模拟沉垫的受力，因此，该文采用AQWA软件对这种大尺度构件进行水动力计算。AQWA软件采用势流理论、三维辐射/衍射理论，能较精确地计算大尺度构件的波浪力，平台各工况波浪条件见表2。

表2 自存工况波浪条件

沉垫水动力计算模型采用湿表面模型(如图2所示)，环境荷载方向选择0°、45°、90°、135°、180°五个方向,计算后提取计算结果，并导入AQWA -WAVE模块，计算出各工况下海流以及波浪共同作用下的荷载，再转化为船体面压力加载到ANSYS模型中。风荷载按照CCS风荷载规范计算，以集中力的形式加载到船体模型上，钻台荷载、沉垫压载水及吊机荷载等均以质量点的形式(mass21单元)施加。由于是坐底式平台，平台约束采用底板处X、Y方向约束，Z方向采用shell63单元的弹性系数约束，模拟和土壤的接触，根据土壤条件弹性系数取100 000。约束和风力、波浪荷载施加后如图3所示。

3 整体结构计算结果

各个工况的下整体位移及强度计算结果见表3～表6。

表3 作业工况各角度最大位移

表5 自存工况各角度最大位移

表4 作业工况平台整体结构强度计算结果(MPa)

表6 自存工况平台整体结构强度计算结果(MPa)

由表6可知，船体最大应力为115 MPa，发生在自存工况45°入射时，在右舷距船舯8.92 m纵舱壁20号肋位上部，船体、沉垫及下部支撑结构应力云图如图4～图6所示。

图4 自存工况45°整体应力云图 图5 现在自存工况下计算结果

图6 下部支撑结构应力云图

4 老龄化坐底式平台的强度计算

通过以上的实例计算分析，以及一系列工程计算，总结出一套关于老龄化坐底式平台的整体强度计算的流程，如图7所示。

图7可以对确定老龄化的整体强度是否满足规范要求，以及对现场的年检、特检提供有效地帮助与指导。通过此强度计算方法、流程研究，对老龄化坐底式平台的安全管理提供参考[7]。

图7 老龄化坐底式平台的强度计算流程图

5 结论

(1) 该文通过实例分析，对老龄化坐底式海洋平台的强度分析进行了研究，并总结出一套流程，对老龄化坐底式平台的强度分析有了一个比较系统的总结。

(2) 通过此有限元计算方法，对现场的年检、特检提供一套有效的方法流程，对老龄化坐底式平台形成一套成熟、可靠的管理系统。

[1] 陶永宏. 我国海洋工程发展现状[J]. 中外船舶科技,2009，9(03):16-25.

[2] 任贵永,孟昭瑛. 坐底式平台特性及其在浅海开发中的应用[J]. 中国海洋平台,1994，9(03):32-35.

[3] 中国船级社.关于加强老龄化移动平台检验管理的规定[S].2009.

[4] 杨树耕,藤明清,孟昭瑛等.有限元分析软件ANSYS在海洋工程中的应用[J]. 中国海洋平台，2000，15(02) ：41-44.

[5] 中国船级社.海上移动平台入级规范[S]. 2012.

[6] 吴成利. 坐底式海洋平台整体结构强度有限元分析[C]. 中国科学技术协会、天津市人民政府.第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集，2011.

[7] 李红涛. 老龄海上移动平台结构安全管理初探[J]. 海洋工程,2012,30(02):123-128.

AnalysisofTheOverallStrengthofAgedBottomSupportedOffshorePlatform

SONG Chang-zhi， ZHANG Ge， TANG Guang-yin

(Offshore Engineering Plan Approval Center of CCS, Tianjin 300457, China)

In this paper, we used an existing bottom supported offshore platforms whose aged is older than 30 years for an example. By using ANSYS to established finite element model, and using AQWA to calculate the hull hydrodynamic loads and through MSER system inputting actual thickness measurement data, we checked on the overall strength of the platform. On this basis, we summarizes the calculation method and processes of analysis of the overall strength of aged bottom supported offshore platform. The conclusions have the reference value for strength analysis and security management of aged bottom supported offshore mobile platform.

bottom supported offshore platform; aged; strength check； finite element method

2014-04-01

宋长智(1987-)，男，助理工程师。

1001-4500(2015)01-0027-04

P75

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