半潛式鉆井平臺設計規范分析應用及重要計算軟件的分析應用

半潛式鉆井平臺設計規范分析應用

半潛式鉆井平臺，又稱立柱穩定式鉆井平臺。大部分浮體沒于水面下的Ji種

小水線面的移動式鉆井平臺，是從坐底式鉆井平臺演變而來的。由平臺本體、立

柱和下體或浮箱構成。此外，在下體與下體、立柱與立柱、立柱與平臺本體之間

尚有某些支撐與斜撐連接。在下體間的連接支撐，一?般都設在下體的I上方，這樣,

當平臺移位時，可使它位于水線之上，以減小阻力；平臺上設有鉆井機械設備、

器材和生活艙室等，供鉆井工作用。平臺本體高出水面一定高度，以免波浪的沖

擊。下體或浮箱提供重要浮力，沉沒于水下以減小波浪的擾動力。平臺本體與下

體之間連接的立柱，具有小水線面的剖面，主柱與主柱之間相隔合適距離，以保

證平臺的穩性，因此又有立柱穩定式之稱。

半潛式鉆井平臺的類型有多種，其重要差異在于水下浮體的式樣與數目，按

下體的式樣，大體上可分為沉箱式和浮體式兩類。NDB半潛式鉆井平臺是浮體

式平臺，兩個浮體分列左右，每個浮體上具有3個剖面圓形的立柱。為了減小平

臺在移位時口勺水阻力，浮體H勺首尾兩端具有很好口勺流線型性。圖1給出了NDB

半潛式鉆井平臺的構造形式。

圖1NDB半潛式鉆井平臺構造示意圖

1平臺整體有限元模型

1.1整體構造有限元模型的建立

構造有限元模型的建立有兩種方式：1）直接建立有限元模型：2）建立幾何

模型，再進行網格剖分，形成有限元模型。使用Patran軟件建立NDB整體有限

元模型時，浮體、立柱、甲板部分采用直接建立有限單元日勺措施建立有限元網格,

撐管部分的多種類型的管節點采用先建立幾何模型，然后剖分獲得有限元網格啊

措施。圖1.1和圖1.2給出了撐管部分管節點的幾何模型及對應的有限元模型。

圖1.1幾種相交撐管日勺幾何模型圖

圖1.1幾種相交撐管日勺有限元模型圖

NDB平臺整體構造有限元模型為空間板梁組合構造力學模型。外板和艙壁

板等平板構件采用四邊形和三角形殼單元來模擬；平臺骨架包括縱桁、縱骨、橫

梁和肋骨等一般采用空間梁單元來模擬；對部分尺寸較大的骨材.，腹板采用殼單

元按實際構造尺寸來建模；對重要骨材口勺面板以及加強筋、扶強材等采用桿單元

來建模。

在整體有限元模型建立過程中，結合ABS規范日勺規定，需要遵守如下準則:

I）網格尺寸應不不小于等于所示日勺縱骨間距和肋骨間距（600mm）；

2）骨材以桿和/或梁建模，根據構造日勺變形和受力，確定骨材采用單元類型。

對于承受彎曲變形日勺骨材，采用梁建模；對于僅承受拉壓應力日勺骨材，

采用桿建模；

3）單元要盡量飽滿，長寬比應不超過1:4；

4）在劃分網格時，盡量防止三角形單元，尤其是高應力區域和開孔周圍、

肘板連接處和折角連接處等應力梯度大日勺區域;

5）重要支撐構件腹板沿高度方向至少分為3個單元。

對于鉆臺、救生艇平臺、直升機甲板等構造，其構造強度不是進行平臺主體

構造強度校核時所關懷的，因此在整個平臺H勺有限元模型中，可以不將上述構造

的有限元模型建出來，對于這些部位構造的I鋼料重量與重心位置，可以通過在構

造對應部位用剛性連接施加質量單元來模擬。在本項目中，為了更精確口勺模擬整

個平臺的實際受力狀況，上述提到的某些構造，如鉆臺、救生艇平臺、直升機甲

板，按照其實際尺寸在整體平臺模型中建出他們的有限元模型。圖1.3給出根據

上述規定NDB半潛鉆井平臺整體有限元模型。

圖1.3NDB半潛式鉆井平臺整體有限元模型圖

1.2平臺主體構造有限元模型的調平

由于在建立平臺有限元模型時，忽視了某些小時次要的構件，這樣有限元模

型日勺重量與重心位置和實際構造必然存在一定的誤差，因此需要對平臺整體構造

模型進行重量與重心位置的調整。采用日勺措施是通過修改平臺模型不一樣部位鋼

料日勺密度使其重量與重心位置和實際構造相符，詳細調整過程見圖4o

圖1.4NDB半潛式鉆井平臺船體鋼料重量日勺調平流程圖

模型在垂向分為浮體、立柱舷臺與甲板三部分，再按總體坐標系的原點將甲

板與浮體分為4塊，即14塊分別為：甲板（船部左舷、箱部右舷、解部左舷與

艇部右舷）、1?6號立柱舷臺、浮體（艄部左舷、艄部右舷、解部左舷與解部右

舷）。有限元模型鋼料日勺重量為鋼材、涂層及焊料三部分重量之和。

1.3平臺固定設備與可變載荷重量的模擬

對于平臺的固定設備與可變載荷等，除了要考慮其重量外，還要考慮其重心

位置以及平臺有加速度時所產生日勺慣性力，因此通過在整個平臺的有限元模型中

對應的位置施加質量單元來實現對其重量和重心位置H勺模擬。

該半潛平臺日勺固定設備可以分為兩部分：一部分為機器設備，這部分設備在

平臺上日勺分布位置較為明確，對于這部分設備，首先確定出其在有限元模型上的

分布位置，然后通過施加質量單元來模擬其重量分布與重心位置；另一部分重量

為管系、船體艇裝件等，這部分設備在整個平臺的分布位置非常分散，無法精確

時找到其對應的）位置，對于這部分設備重量日勺處理措施是：首先將整個平臺日勺模

型分為14塊，與前面鋼料重量處理時口勺分塊相似，然后記錄出管系、陋裝件等

設備在這14個部位的分布重量與重心位置，最終根據記錄成果將上各部位設備

的重量通過質量單元分散加到平臺模型時對應部位，并保證質量單元的重量與重

心位置與記錄值相符。

1.4三種工況下整個平臺的有限元模型

三種工況下整個平臺的重量可以分為兩部分，即空船重量與可變載荷重量。

其中空船重量又分為三部分:船體鋼料口勺重量、重量較大的機器設備重量和管系、

船體蒯裝件等詳細分布位置不明確啊固定設備的重量。

整個平臺的船體鋼料有限元模型建立并調平后，先在其上施加模擬大質量機

器設備重量口勺質量單元，然后施加模擬管系、船體犧裝件等設備重量的質量單元,

這樣可以得到空船的最終模型。

在得到的空船最終模型上，分別施加三種工況下可變載荷的質量單元，得到

三種工況下整個平臺的最終模型。由于在施加質量單元時，盡量保證了各項設備

與可變載荷重量與重心位置口勺精確性，因此將所有質量單元施加完畢后，可以不

對各工況下的模型再進行調平。

表3.1NDB半潛式鉆井平臺管系、陋裝件等固定設備重量分布匯總總表

平臺部位類型WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

脩部

合計202.2922.258.5524.68

左舷

腦部

合計207.0721.20-7.3924.65

主右舷

甲板腥部

合計865.04-16.4611.5824.39

左舷

解部

合計911.80-8.96-8.6825.07

右舷

肺部

合計218.9229.368.0428.47

左舷

船部

合計176.5432.41-6.6228.03

中間右舷

甲板服部

合計122.41-18.3813.1025.97

左舷

解部

合計287.80-20.50-10.6527.39

右舷

腦部

合計99.8823.9311.3028.24

左舷

艄部

合計92.7431.28-23.6633.15

上右舷

甲板服部

合計145.48-21.406.4532.70

左舷

艦部

合計188.73-9.93-10.5233.37

右舷

立柱合計590.558.810.3818.44

浮體合計874.623.!0-0.442.81

表3.2NDB半潛式鉆井平臺空船各分項日勺重量與重心位置

項目WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

平臺鋼料

12196.898.210.6215.44

（包括焊料和涂層）

大型機器設備4983.88-0.26-0.1721.39

管系、曬裝件等固

4819.51-2.14-0.6128.26

定設備

合計22023.294.020.1719.59

表3.3NDB半潛式鉆井平臺管系、曬裝件等固定設備重量分布匯總詳表

平臺部位類型WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

pipingsystem28.6237.6517.1224.65

pipingsupport43.3036.208.8523.61

machinery30.0516.5921.3925.53

主hulloutfitting24.3237.075.6423.77

ele0.000.000.000.00

甲1板IcA,

accommodaton2.9137.200.0025.60

?儲0即OP

ducting8.9439.008.5126.99

左舷

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable64.150.000.0025.00

合計202.2922.258.5524.68

pipingsystem83.0436.20-7.6924.07

pipingsupport16.8522.66-8.6324.16

machinery30.0516.59-18.6125.53

hulloutfitting6.4837.25-16.6424.07

—1-

ele0.000.000.000.00

中申柘供

accommodaton2.9237.200.0025.60

部

ducting3.5842.96-21.8127.08

右舷

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

主

maincable64.150.000.0()25.00

合計207.0721.20-7.3924.65

甲

pipingsystem171.79-13.7216.0123.04

pipingsupport72.84-2.4310.4323.82

板machinery30.05-33.4121.3925.53

主hulloutfitting65.20-7.699.1919.12

甲板ele461.01-22.1211.4325.57

accommodaton0.000.000.000.00

娓訃

ducting0.000.000.000.00

-左X—.>￡舷4

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable64.150.000.0025.00

合計865.04-16.4611.5824.39

pipingsystem435.57-9.97-9.6524.89

pipingsupport50.46-13.08-13.9123.78

machinery30.05-33.41-18.6125.53

hulloutfitting110.11-17.12-14.0224.07

主

ele0.000.000.000.00

甲板

accommodaton221.46-1.25-4.1126.17

解部ducting0.000.000.000.00

右舷insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable64.150.000.0025.00

合計911.80-8.96-8.6825.07

平臺部位類型WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

pipingsystem51.6218.512.7727.81

pipingsupport4.01-25.8115.9329.70

machinery().000.000.000.00

中間hulloutfitting0.0()0.000.000.00

ele59.9631.0818.8930.10

中大外方

accommodaton6.8737.8018.2028.30

月融百立部“

ducting10.213工975.0129.87

左舷

insulation24.5228.2710.0027.61

furniture61.7438.400.0027.50

maincable0.000.000.000.00

合計218.9229.368.0428.47

pipingsystem52.1922.23-6.7628.22

pipingsupport7.1935.06-9.3929.23

machinery0.000.000.000.00

hulloutfitting0.(M)0.000.000.00

中1間LJ

甲板ele25.8741.13-16.7028.80

accommodaton4.1037.20-13.0028.60

fl0加

ducting0.9332.14-19.3229.84

右舷

中insulation24.5228.27-10.0027.61

furniture61.7438.400.0027.50

間maincable0.000.000.000.00

合計176.5432.41-6.6228.03

pipingsystem27.26-25.9315.6829.48

甲

pipingsupport4.01-25.8115.9329.70

machinery0.000.000.000.00

板hulloutfitting66.62-9.9313.0223.70

丁中間lwJ

ele0.000.000.000.00

甲板

accommodaton0.000.000.000.00

服Au都

ducting0.00().000.000.00

左舷

insulation24.52-31.7310.0027.61

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計122.41-18.3813.1025.97

pipingsystem55.22-28.90-10.7229.66

pipingsupport8.35-23.26-11.6329.54

machinery0.000.000.000.00

中間hulloutfitting47.58-12.91-13.3219.82

ele152.13-17.86-9.8328.77

中甲麻外？

accommodaton0.000.000.000.00

娓由EJ都?/17

ducting0.000.000.000.00

右舷

insulation24.52-31.73-10.0027.61

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計287.80-20.50-10.6527.39

平臺部位類型WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

上上pipingsystem23.5529.1913.9332.61

甲板pipingsupport4.4237.367.8833.19

甲艄部machinery30.0516.5921.3931.53

左舷hulloutfitting37.8922.882.7421.82

板ele0.000.000.000.00

accoinmodaton0.000.000.000.00

dueling3.9743.254.9133.03

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計99.8823.9311.3028.24

pipingsystem14.1043.41-6.9233.20

pipingsupport2.8842.48-7.4733.27

machinery30.0516.59-18.6131.53

上hulloutfitting23.8744.68-59.4937.35

甲板ele0.000.000.000.00

accoinmodaton3.1043.80-3.0031.60

熊部

ducting18.7524.87-4.6130.59

右舷

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計92.7431.28-23.6633.15

pipingsystem9.34-47.121.6730.81

pipingsupport0.26-47.581.2230.83

niacliinery30.05-33.4121.3931.53

上hulloutfitting105.68-15.642.6033.21

0.00

甲板ele0.(M)0.000.00

accommodaton0.0()0.000.000.00

艇部

ducting0.14-31.9228.2128.55

左舷

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計145.48-21.406.4532.70

pipingsystem96.15-0.82-4.1634.27

pipingsupport8.31-0.08-3.3736.33

machinery30.05-33.41-18.6131.53

hulloutfitting44.80-17.87-20.4829.86

上ele0.000.000.000.00

甲板accommodaton2.000.000.0056.70

解部ducting7.421.30-10.8140.82

右舷insulation0.(M)0.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計188.73-9.93-10.5233.37

平臺部位類型WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

pipingsystem430.178.380.5718.63

立柱

pipingsupport25.6111.06-2.7617.92

machinery34.5819.783.3617.74

hulloutfitting75.299.27-0.9217.79

ele16.35-8.72-0.0322.63

accommodaton8.568.890.0011.04

ducting0.000.000.000.00

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計590.558.810.3818.44

pipingsysieni472.454.07-0.532.24

pipingsupport29.153.09-1.122.19

machinery47.638.840.008.53

hulloutfitting230.824.11-1.072.39

ele66.98-13.292.193.57

浮體accommodaton0.000.000.000.00

ducting27.598.02-0.255.16

insulation0.000.000.000.00

furniture0.000.000.000.00

maincable0.000.000.000.00

合計874.623.10-0.442.81

三種工況下平臺粗網格模型的基本信息

平臺整體有限元模型總節點數為192778個，殼單元總數為213686個，桿單

元總數為180792個。

工作狀態下總單元數為409215個,其中質量單元14737個;

自存狀態下總單元數為409173個,其中質量單元14695個;

遷航狀態下總單元數為406284個,其中質量單元11806個。

表3.4三種工況下平臺模型日勺重量與重心位置

工況WEIGHT(t)LCG(m)TCG(m)VCG(m)

理論值39927.819.000.0016.70

作業

模型值39915.469.030.0016.68

理論值35411.909.000.0018.92

自存

模型值35399.769.05-0.0118.92

理論值27101.807.800.0119.14

遷航

模型值27089.867.84-0.0219.13

2.平臺設計載荷的分析與計算

規范應用等效設計波措施（EDW）設定設計載荷，包括在靜水和波浪中垂

直于板材的側向載荷及平臺梁載荷。

2.1平臺運動和加速度

2.2平臺載荷

2.3平臺載荷工況

2.4平臺的裝載工況

3屈服強度評估

3.1屈服強度分析衡準

3.1.1參照應力

有限元分析中對于平面單元，參照應力為單元中面中心位置的VonMise等

效應力，對于線單元為單元軸向應力，并考慮平臺梁載荷。

根據ABS的MODU(MOBILEOFFSHOREDRILLINGUNITS)規范，Von

Mise等效應力的體現式為：

=收―。巴++3力

式中：q.、q.為單元在X、Y方向日勺正應力；r為單元的剪應力。

3.1.2許用應力

根據ABS的MODU規范，許用應力根據下式得到：

F、

F一,

F.S

其中：Fv——材料的最小屈服應力；

F.S一一安全因子。

有關式子計算得到H勺等效許用應力應滿足。《/，各型號鋼材的許用應力

如表3.1中所示。

表3.1ABS規范中各型號鋼材的許用應力

靜載荷工況組合工況

取小屈服應力

鋼板等級安全等效許用應安全等效許月應

N/mm2

因子力(MPa)因子力(MPa)

A-B-D-E2351.43164.341.11211.71

AH32-DH32-EH32315220.28283.78

AH36-DH36-EH36355248.25319.82

AH40-DH40-EH40390272.73351.35

EQ51490342.66441.44

3.2梁屬性處理

在平臺強度校核的各個階段，各板材與骨材的尺寸均取實際建造尺寸。在處

理梁單元時，不考慮與之相連的帶板，即單元的截面積和慣性矩只考慮梁自身，

慣性矩是對梁自身日勺形心計算而得，不過單元的I節點不在梁日勺形心軸上，而是在

腹板的趾部，這也就是所謂日勺偏心梁單元。

3.3計算工況

半潛式鉆井平臺構造強度計算分析時，應考慮如下三種最基本和最經典日勺操

作工況：作業工況、自存狀況和遷航工況。

作業工況是指平臺在井位上鉆井或進行其他操作時能承受和規定日勺作業狀

況設計原則對應的環境載荷與作業載荷的組合載荷的狀況。

自存工況是平臺處在和規定的自存狀況設計原則對應的最惡劣環境中H勺狀

況。此時，鉆井作業或類似作業已經中斷，深入的措施是關閉防噴器和脫開隔水

管，放出上風舷錨鏈和減小下風舷錨鏈的張力，平臺漂浮在水面上自存。

遷航，況是指半潛式平臺從一種地點轉移到另一種地點日勺過程中所處日勺狀

況。

構造強度計算分析時，應對每一種基本日勺設計工況考慮和列出多種最不利的

組合載荷條件作為計算分析日勺基礎。這里的組合載荷仍指環境載荷與作業載荷區I

組合。在三種基本工況下，又分別考慮平臺如下9種運動狀態：靜水、縱搖、橫

搖、縱向彎曲、縱向剪切、橫向分離、橫向擠壓、斜向扭轉以及加速上升等(如

圖3.1所示)。

(a)縱搖

(b)橫搖

(c)縱向彎曲

(d)縱向剪切

(e)橫向分離

(h)垂直上升

圖3.1平臺在多種組合工況下日勺受力與運動示意圖

3.3邊界條件

為了防止構造模型發生剛體位移，必須在模型中施加一定的位移邊界條件。

根據實際狀況，位移邊界條件可以彈性固定或剛性固定。一般在構造強度較大并

遠離構造強度評估區域選用三個不共線的節點，每個節點施加如下日勺位移邊界條

件：

節點1：限制X、Y、Z三個方向H勺位移；

節點2：限制Y、Z兩個方向的位移；

節點3：限制Z方向的位移。

如圖3.2所示，在NDB半潛平臺的強度校核過程中，所采用口勺邊界條件為:

節點1：平臺主甲板艄部的中點，約束節點X、Y、Z三個方向的位移；

節點2：平臺主甲板軀部右舷端點，約束節點Y、Z兩個方向的位移；

節點3：平臺主甲板艇部左舷端點，約束節點Z方向的位移。

節點3

節點2

圖3.2NDB平臺強度評估邊界條件

4構造細網格應力計算

在構造處在高應力區或者應力梯度變化很大的狀況下，粗網格有限元計算成

果是不可靠的，其原因重要體目前兩個方面：一是粗網格模型的單元尺寸較大，

計算成果也許會比最終收斂的精確數值解小諸多，假如粗網格的計算成果已經靠

近許用應力，那么它的實際精確數值解很也許會超過規定時許用應力，因而需要

深入細化，在獲得更為精確成果的基礎上，對構造進行更為可靠的強度校核；二

是對于構造應力集中部位，粗網格模型無法體現局部應力的梯度變化，諸多時候

從高應力區過渡到低應力區日勺范圍甚至要比一種粗網格模型的單元尺寸還要小

諸多，因此要獲得應力集中部位口勺真實應力，必須要進行局部細網格分析。

基于NDB半潛鉆井平臺粗網格整體有限元強度計算構造，在構造應力靠近

或不小于許用應力的區域進行網格細化，這些位置都是平臺構造應力集中比較嚴

重，輕易產生疲勞裂紋損傷敏感區域，通過更為精確口勺細網格分析成果，可以有

效地減少應力集中程度，提高平臺構造的安全性。

4.1細化區域

對于重要支撐構件高應力區域或者應力梯度變化較大的區域，整體粗網格有

限元模型不能精確地反應局部應力分布，需要對該區域的網格進行細化分析。基

于NDB平臺整體有限元強度分析構造，確定了撐管部位管節點的細化區域和某

些強框架區域。

網格細化分析可采用細化網格區域的獨立局部有限元模型，邊界條件從平臺

整體強度計算成果中提獲得到；也可采用在平臺整體有限元模型基礎上對各部位

局部區域進行網格細化，整體模型的邊界條件不變。前者需要從平臺總體強度計

算成果中提取邊界條件，后者對計算機硬件規定較高，兩種措施各有優缺陷，在

實際工程中可根據實際狀況進行選擇。本項目中，NDB平臺采用后者措施進行

細化分析。

4.2細化模型

結合ABS有關規范，建立局部細化網格所參照的原則如下：

1）細化網格區域口勺網格尺寸應不不小于50inmx50mmo一般狀況下，細化

網格區域的范圍在校核區域的所有方向應不少于10個單元。

2）細化網格區域內H勺所有板材應以殼單元表達，網格密度的過渡應保持平

穩。

3）細化網格區域內單元的長寬比應盡量保持靠近1,應防止網格密度II勺變

化和三角形單元的使用。任何狀況下，單元口勺長寬比應不超過3,防止使用角度

不不小于60。或不小于120叩勺畸變單元。

4）細化網格區域內H勺扶強材應使用板單元來建模，細化網格區域外的扶強

材可使用梁單元來建模。

5）細化網格區域內單元的建模厚度應基于凈厚度。

6）建模時，重要支撐構件及有關肘板口勺面板沿寬度方向應至少3個單元。

4.3平臺工況

細化網格有限元模型口勺平臺工況以及邊界條件的處理與粗網格整體有限元

模型完全同樣。

4.4許用應力

在進行細化區域應力分析時，平面單元的參照應力仍然為單元中心日勺von

mises等效應力，線單元區I參照應力為軸向應力。許用應力和粗網格整體有限元

屈服分析中日勺許用應力相似，見表3.1。

4.5細化網格圖

基于NDB平臺構造對稱性及多種工況下應力分析，選用9處進行網格細化,

這些位置都是撐管與撐管、浮體及甲板相連位置以及。各個區域細化網格圖見圖

4.1-4.9。

圖4.1斜撐與甲板下面箱型梁相交區域的細化網格圖

圖4.2水平撐管相交區域的細化網格圖

圖4.36個撐管相交區域日勺細化網格圖

圖4.43個水平撐管相交區域的細化網格圖

圖4.7立柱與箱型梁連接處區域的細化網格圖

圖4.8與浮體首部上甲板相交日勺斜撐區域細化網格圖

圖4.9撐管間肘板區域細化網格圖

5屈曲強度評估

海洋平臺是薄壁組合構造，其在海洋環境中將受到壓力、剪力等作用而輕易

發生屈曲。板及加筋板是海洋平臺的重要構造形式，本項目重要對板格及加筋板

進行屈曲強度評估，圖1為經典的加筋板示意圖，圖2為加筋板截面尺寸示意圖。

LongitudinalGirder

圖5.1經典加筋板

“

—::-----?

Centroidof

Stiffener

■0

圖5.2加筋板截面尺寸示意圖

5.1屈曲概念

板及加筋板日勺失效可分為三個水平，即板失效，加筋板失效以及整體桁架失

效，如圖3所示。海洋平臺在設計時就應當滿足后一種失效模式的屈曲和極限強

度高于前一種。

數■/小七二力口土爾r

圖5.3加筋板的失效模態

5.2屈曲強度評估的原則

所有原則均基于ABS規范：

?每個筋的屈曲強度一般不小于它所支持日勺板的屈曲強度。

?筋及其附加有效板的慣性矩仍不不不小于公式(1)的給定值。

/=————7(1)

°012(1-v2)0

u2

這里：Zo=(2.6+4.0b)/+12.4a-13.2a

b=4/(st)

a=I/s

s=縱向筋間距，cm(in.)

t=縱向筋支持日勺板厚，cm(in.)

v=泊松比，對于剛取0.3

4=筋(包括板)日勺橫截面積，cm2(in2)

/二筋日勺非支撐間距，cm(in.)

?深度支撐構件(如桁材)及其附加有效板的慣性矩左不不不小于公式(2)

的給定值。此外，假如有肘板，要防止tripping(如扭轉/彎曲失穩)日勺發生,

見公式(3)o

3

7C//O>0.2(B/Z)(^/5)(2)

這里：IG=支持桁材的慣性矩，包括有效板，cm3ii?)

&)=筋的慣性矩，包括有效板，cm(r?)

B=支持桁材的非支撐間距，cm(in.)

P=°O2b,,(8//+；&九,)(3)

這里：=在tripping肘板間有關軸向壓力的J臨界側向屈曲應力，

N/cnr(kgf/cm2,lbf/in2)

=0伙對于5?《匕。0

=々口—-(1-<)，/%]對于%>的

22

%=0.6EI(bfitf)(九/dJ],N/cm(kgf/cm\lbf/in)

《二構造n勺比例線彈性限定，對于剛取o.6

E二彈性模量，對于剛取2.06X107N/cnr(2.1X106kgf/cm\30X

106lbf/in2)

百）二材料最小屈服應力，N/cm2（kgf/cm2,lbf/in2）

?桁材與筋的面板及翼板要要成比例，以防止局部失穩發生（見公式（4））。

,2

b2/tf<OA（E/（y（y（4）

?桁材與筋的腹板要要成比例，以防止局部失穩發生（見公式（5）-（7））。

4./L?1.5（E/5）嚴對于角鋼及T型材（5）

4./。工0?85（七/。0產對于球扁鋼（6）

U2

dw/tw<0A（E/a.）對于扁鋼（7）

5.3載荷

板及加筋板重要考慮如圖4所示的載荷，即

?均勻面內壓力。ax,。ay

?面內彎矩加x，。禰

?邊緣剪力7

?側向壓力4

?上述所有組合

圖5.4板及加筋板口勺重要載荷

5.4最大許用強度因子

?靜水工況：〃=0.6；

?組合工況：〃=0.8,

5.5板格屈曲強度評估

假如構造H勺極限強度滿足公式(8)給定的原則，則對于筋之間H勺矩形板,

屈曲是可以接受的。實踐證明，板格僅需校核極限強度。當建立加筋板H勺附加板

寬時，板格日勺屈曲校核是必需的I。假如板不發生屈曲，全寬被采用，否則假如板

屈曲但不失效，有效寬度被采用。

僅在均勻側向壓力或面內組合應力作用下，筋間板格日勺極限強度滿足公式

(8)

這里；G=等效應力,N/cm2(kgf/cm2,lbf/in2)

=y/bxmax'-5tmaxbymax+bymax+3c

%max=縱向最大壓應力，N/cm2(kgf/cm2,lbf/in2)

22

cvmax=橫向最大壓應力，N/cm(kgf/cnr,lbf/in)

I=邊緣剪力，N/cm2(kgf7cm2,lbf/in2)

在面內及側向壓力作用下板格的屈曲狀態限定校核公式:

、2

bxmax°vmax

++<1(9)

\吐)

22

這里：(TCX=縱向單軸壓力作用下日勺臨界屈曲應力，N/cnr(kgf/cm,lbf/in)

=橫向單軸壓力作用下的臨界屈曲應力，N/cm2(kgf/cnr,lbf/in2)

22

rc=邊緣剪力作用下的臨界屈曲應力，N/cm(kgf/cnr,lbf/in)

筋間的板格在組合面內應力作用下極限強度滿足公式(10)：

/、2

°vn?ax

%inaxmax

++<1(10)

U7%八嗎.)JO"

這里：(P=縱橫應力間的互相作用系數

=1.0-/?/2

%=縱向單軸壓力作用下歐I極限強度，N/cm2(kgf/cm2,lbf/in2)

222

crUy=橫向單軸壓力作用下的I極限強度，N/cm(kgf/cm,lbf/in)

3=邊緣剪力作用下日勺極限強度，N/cm2(kgf/cm2,lbf/in2)

5.6加筋板屈曲強度評估

加筋板日勺失效模態包括梁柱屈曲、筋日勺扭轉和彎曲屈曲以及筋日勺腹板和面板

時局部屈曲。防止這些失效模態的加筋板強度用公式(11)