海洋平臺設(shè)計原理復(fù)習(xí)

海洋平臺設(shè)計原理復(fù)習(xí)—、思考題1?海洋平臺按運動方式分為哪幾類？列舉各類型平臺的代表平臺。各類型的優(yōu)缺點有哪些？1） 固定式平臺（導(dǎo)管架平臺、重力式平臺）：優(yōu)點——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。缺點——機動性能差，較難移位重復(fù)使用。2） 活動式平臺（坐底式平臺、自升式平臺、半潛式平臺、鉆井船、FPSO）：優(yōu)點 機動性能好缺點 整體穩(wěn)定性較差，對地基及環(huán)境有要求。3） 半固定式平臺（張力腿式平臺、Spar平臺）：優(yōu)點 適應(yīng)水深大，優(yōu)勢明顯。缺點——較多的技術(shù)問題有待解決。海洋平臺設(shè)計所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題有哪些？各關(guān)鍵技術(shù)的必要性及其可采用的研究方法？1） 總體布置與優(yōu)化設(shè)計研究2） 環(huán)境載荷研究3） 平臺極限承載能力研究：必要性——評價平臺的安全性、強度儲備、優(yōu)化研究方法——試驗方法、數(shù)值方法4） 平臺穩(wěn)性研究：必要性——研究海洋平臺支撐在海底的抗傾覆能力研究方法——規(guī)范校核（CCS、ABS）、軟件分析（NAPA、ANSYS）5） 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或節(jié)點的疲勞性研究：必要性一一結(jié)構(gòu)疲勞影響結(jié)構(gòu)使用壽命，要考慮海洋環(huán)境和波浪載荷作用，能判斷易疲勞部位，優(yōu)化結(jié)構(gòu)并預(yù)測結(jié)構(gòu)壽命。研究方法——疲勞試驗、疲勞仿真6） 平臺模塊化技術(shù)研究：必要性——便于安裝、拆裝改造、達到多功能要求，主要設(shè)計模塊化結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式并分析聯(lián)接結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)響應(yīng)。研究方法 疲勞性能試驗、計算分析7） 焊接工藝與結(jié)頭韌性評定技術(shù)研究：必要性——焊接接頭韌性不足會導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)破壞，因此需優(yōu)化焊接工藝。研究方法——CTOD試驗、數(shù)值仿真（CTOD指的是裂紋體受到張開型載荷后原始裂紋尖端處兩表面所張開的相對距離，CTOD值得大小反映了裂紋尖端材料抵抗開裂的能力）8） 振動、噪聲預(yù)報與控制研究必要性 振動噪聲會使結(jié)構(gòu)疲勞、影響健康研究方法——振動分析、噪聲預(yù)報9） 平臺碰撞分析和防撞技術(shù)研究必要性——平臺碰撞會威脅平臺安全，該技術(shù)主要研究防護裝置的設(shè)計研究方法——模擬碰撞場景，分析結(jié)構(gòu)響應(yīng)以上關(guān)鍵技術(shù)問題的研究方法主要都是規(guī)范校核、軟件分析、數(shù)值分析、試驗分析這幾種。平臺設(shè)計荷載的種類？并列舉各個種類所包括的荷載。使用荷載：固定荷載、活動荷載環(huán)境荷載：風(fēng)荷載、波浪荷載、海流荷載、冰荷載、地震荷載施工荷載：吊裝力、裝船力、運輸力、下水力和扶正力、安裝期地基反力四大荷載組合：1） 設(shè)計的工作環(huán)境與平臺上固定荷載和相應(yīng)的最大活荷載組合；2） 設(shè)計的工作環(huán)境與平臺上固定荷載和相應(yīng)的最小活荷載組合；3） 設(shè)計的極端環(huán)境與平臺上固定荷載和相應(yīng)的最大活荷載組合；4） 設(shè)計的極端環(huán)境與平臺上固定荷載和相應(yīng)的最小活荷載組合；導(dǎo)管架平臺的結(jié)構(gòu)組成？導(dǎo)管架平臺主要由兩大部分組成：一是由導(dǎo)管架和鋼管樁組成，用來支撐上部設(shè)施與設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，通常稱為支承結(jié)構(gòu)；另一部分是由甲板及其以上的設(shè)施和設(shè)備組成的，作為鉆井或采油及其他用途的場所，統(tǒng)稱為上部設(shè)施與設(shè)備。即主要由4小部分組成：導(dǎo)管架、鋼管樁、甲板結(jié)構(gòu)、設(shè)施和設(shè)備模塊導(dǎo)管架平臺的設(shè)計依據(jù)有哪些？1） 平臺的用途和甲板的尺寸：使用要求、工藝要求和布置；2） 平臺的位置和方位：位置決定設(shè)計條件和建設(shè)方式，方位根據(jù)環(huán)境和使用要求確定（正北方向）；3） 平臺所在位置水深和甲板高程：潮汐資料決定水深，甲板高程保證氣隙高度和使用要求；4） 平臺總體布置：合理布置、估算重量（載荷）；5） 海洋環(huán)境資料和場地調(diào)查。導(dǎo)管架平臺設(shè)計的一般要求？使用要求、安全要求、環(huán)境保護要求、施工條件要求、經(jīng)濟條件要求導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計有哪些原則和特點？1） 特點：總體布局合理，傳力路徑短，構(gòu)件綜合利用性能好，材料利用率高，滿足其他專業(yè)對結(jié)構(gòu)型式的要求。2） 原則：應(yīng)盡量使桿件在各種受力狀態(tài)下都能發(fā)揮較大作用，桿件數(shù)量和規(guī)格力求少，結(jié)構(gòu)盡量對稱；不宜在飛濺區(qū)內(nèi)設(shè)置水平構(gòu)件；不宜在冰作用區(qū)內(nèi)設(shè)置水平構(gòu)件的斜撐；一般情況下，管節(jié)點設(shè)計為簡單節(jié)點；導(dǎo)管架的斜撐角度（即與水平面夾角）宜在45度左右；導(dǎo)管架腿的表觀斜度宜在10:1和7:1之間；如沒有指定，對于動力響應(yīng)較好的平臺（三腿或獨腿）的水上部分、隔水導(dǎo)管和甲板、導(dǎo)管架的連接要用焊接方式固定，水下部分用楔塊固定；各樁受力要求均勻；對于滑移裝船吊裝下水的類型，滑靴的布置與吊點分布置要協(xié)調(diào)考慮；裝船滑靴的橫向間距的確定應(yīng)考慮預(yù)制場地與運輸駁船滑道的間距；應(yīng)考慮鉆井、修井的要求。樁基是如何分類的？按施工方法分類：打入樁基礎(chǔ)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、鐘型樁基礎(chǔ)按承載性狀分類：摩擦型樁、端承型樁（詳見課本92頁）受壓樁的軸向承載力計算方法有哪些？靜力法：一種半經(jīng)驗方法，也稱為靜力公式法；動力法：包括動力打樁公式、波動方程和動力試驗三種方法；靜載試樁法：在現(xiàn)場直接對樁頂加載，測試土對樁的阻力；地區(qū)性半經(jīng)驗公式法：地基狀況差別，經(jīng)驗總結(jié)。10?什么是群樁效應(yīng)，何時考慮？當(dāng)組成群樁的各個單樁間距較小時，由于相鄰樁的相互作用，一般群樁的承載能力變形特性要受到影響，這種影響稱為群樁效應(yīng)。當(dāng)樁距小于8倍樁徑時，應(yīng)考慮群樁效應(yīng)對承載力及變形特性的影響。如何對剛性樁和彈性樁進行劃分？剛性樁：當(dāng)樁很短、樁頂自由時，由于樁的相對剛度很大，破壞時樁身不產(chǎn)生擾曲變形，而是繞靠近樁端的一點作剛體轉(zhuǎn)動，全樁長范圍的土都達到屈服，這種受力和破壞狀態(tài)的樁稱為剛性樁。半剛性樁：樁頂在橫向載荷作用下，樁身發(fā)生擾曲變形，但樁身位移曲線只出現(xiàn)一個位移零點。柔性樁：當(dāng)樁的長度足夠大且樁頂自由時，在橫向載荷作用下樁身位移曲線出現(xiàn)2個以上位移零點和彎矩零點，且位移和彎矩隨樁身衰減得很快。半剛性樁和柔性樁統(tǒng)稱為彈性樁。導(dǎo)管架平臺的設(shè)計步驟？1） 根據(jù)平臺使用目的和要求對導(dǎo)管架進行總體布置，確定主尺寸，確定使用荷載；2） 根據(jù)導(dǎo)管架所處海域位置確定環(huán)境條件，確定平臺高程和方位；3） 根據(jù)土壤地質(zhì)資料進行樁基初步布置，確定樁徑、樁數(shù)、樁長，確定導(dǎo)管架尺寸及傾斜度；4） 根據(jù)設(shè)計規(guī)范、長細比等要求，結(jié)合經(jīng)驗，確定導(dǎo)管、立表面支撐、水平支5）根據(jù)以上初步估算結(jié)果，輸入計算機專用軟件，最后確定出詳細的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管架平臺結(jié)構(gòu)總體分析中哪些情況應(yīng)進行動力分析？1） 地面加速度大于或等于0.05g時，應(yīng)作地震響應(yīng)的總體分析；2） 平臺收到冰荷載時，應(yīng)注意冰荷載的動力影響；3） 凡沖擊性荷載頻率接近于平臺固有頻率，且使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大響應(yīng)時；4） 當(dāng)平臺固有頻率接近所在海域內(nèi)的波浪中具有主要能量的波分量頻率時。簡析影響平臺疲勞強度的主要因素？1） 應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：高（低）應(yīng)力幅低（高）壽命；2） 殘余應(yīng)力：焊接應(yīng)力高導(dǎo)致塑性變形，產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；3） 材料缺陷4） 海洋環(huán)境5） S-N曲線二、考試簡答題及論述題海洋平臺的類型及其優(yōu)缺點？見思考題第1題。導(dǎo)管架的主要作用？1） 支承上部結(jié)構(gòu)，提高整體穩(wěn)定性；2） 作為打樁定位和導(dǎo)向的工具；3） 將平臺上的負荷比較均勻地傳遞到樁上；4） 可安裝系靠船的設(shè)備，作為附屬設(shè)備支撐；5） 可作為安裝上部結(jié)構(gòu)時的臨時工作平臺。自升式平臺從移航就位到作業(yè)完成有哪些步驟？移航一一就位——放樁一一預(yù)壓一一升起主體一一作業(yè)一一降下主體——拔樁——提樁一一固樁后移航活動荷載和固定荷載的不同？固定荷載是作用在平臺上的不變荷載，當(dāng)水位一定時荷載為一定值。主要包括平臺在空氣中的重量和平臺水下部分的浮力?；顒雍奢d是與平臺使用和正常操作有關(guān)的荷載，其作用位置、大小和方向是可變的，主要分為可變荷載（緩慢變化，靜載）和動力荷載（循環(huán)、沖擊、事故荷載，動力特性顯著）。導(dǎo)管架平臺常見施工載荷有哪些？見思考題第3題四大荷載組合。導(dǎo)管架平臺的特點和組成？特點：結(jié)構(gòu)簡單、整體結(jié)構(gòu)剛性大、安全可靠、適用于各種土質(zhì)、造價低、海上安裝工作量小。組成：導(dǎo)管架、鋼管樁、甲板結(jié)構(gòu)、設(shè)施和設(shè)備模塊。自升式平臺樁腿長度和組成？樁腿分為樁身和樁墊2部分，上部樁身結(jié)構(gòu)與升降機構(gòu)相配合完成升降動作，下部樁墊形式需適應(yīng)不同海底地基要求。1） 上部樁身結(jié)構(gòu)：殼體式樁腿上部結(jié)構(gòu)由外殼板和加強構(gòu)件組成，桁架式樁腿上部結(jié)構(gòu)由弦桿、水平腹桿、斜腹桿，以及水平撐桿組成。2） 下部樁墊結(jié)構(gòu)：帶整體沉墊的樁腿，其底部穿過沉墊甲板插入沉墊內(nèi)，直達沉墊底，使樁腿的彎矩與剪力作用在沉墊甲板和底板上，樁腿的軸向力傳到沉墊內(nèi)垂直艙壁上。插樁式樁腿的底部結(jié)構(gòu)形式要適應(yīng)不同的海底地基情況。樁腿長度應(yīng)考慮最大工作水深、設(shè)計入土深度、波峰高度和峰隙高度等因素。&海洋平臺設(shè)計有哪些關(guān)鍵技術(shù)？見思考題第2題。9?導(dǎo)管架平臺的設(shè)計特點？總體布局合理，傳力路徑短，構(gòu)件綜合利用性能好，材料利用率高，滿足其他專業(yè)對結(jié)構(gòu)型式的要求。論述題：1）海洋平臺設(shè)計中涉及哪些專業(yè)知識？2）列舉主要環(huán)境荷載，并論述其對結(jié)構(gòu)和工作的影響。風(fēng)荷載：風(fēng)荷載作為側(cè)向荷載作用于平臺結(jié)構(gòu)上，其力作用點高，力矩大，并有動力效應(yīng)，使平臺產(chǎn)生位移、搖動或疲勞。當(dāng)風(fēng)作用于高而細的柔性建筑物上時，需要考慮風(fēng)的動力效應(yīng)。波浪荷載：波浪對海洋結(jié)構(gòu)物有以下四種效應(yīng)：由于流體的粘滯性而引起的粘滯效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)受到阻力作用；由于流體運動的慣性及結(jié)構(gòu)物存在而引起的附加質(zhì)量效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)物受到質(zhì)量力作用；由于結(jié)構(gòu)物存在對入射波浪的散射作用而產(chǎn)生散射效應(yīng)；結(jié)構(gòu)物與流體自由表面之間產(chǎn)生的自由表面效應(yīng)。海流荷載：海流作用在平臺水下部分構(gòu)件及海底管線上引起海流荷載，同時對平臺的方位選擇、船舶靠離和基礎(chǔ)的沖淤等方面有顯著影響。冰荷載：造成海洋平臺倒塌、破壞事故。地震荷載：……三、其他知識點1.海洋工程的研究內(nèi)容:廣義的海洋工程是應(yīng)用海洋基礎(chǔ)科學(xué)和有關(guān)的技術(shù)學(xué)科開發(fā)、利用海洋的一門新興的綜合性技術(shù)學(xué)科，它主要研究的內(nèi)容分為海洋資源開發(fā)技術(shù)和為海洋資源開發(fā)服務(wù)的建筑物及設(shè)備建造技術(shù)；狹義的海洋工程就是為海洋開發(fā)建造的結(jié)構(gòu)物的總稱，按愛養(yǎng)開發(fā)的海域深淺分為海岸工程、近海工程、深海工程。2?海洋油氣開發(fā)的特點：高技術(shù)、高投入、高風(fēng)險、建設(shè)周期長且油氣田壽命短。海上油氣集輸系統(tǒng)類型：全陸式、半海半陸式、全海式。導(dǎo)管架撐桿連接的形式有單斜式支撐、X型支撐、K型支撐，撐桿的基本作用有：幫助把水平載荷傳至基礎(chǔ)；在建造和安裝期間保持結(jié)構(gòu)的完整性；防止安裝導(dǎo)管架樁系統(tǒng)時的扭曲變形；支持油井導(dǎo)管等附屬結(jié)構(gòu)，把這些構(gòu)件產(chǎn)生的波浪力傳至基礎(chǔ)。5?導(dǎo)管架平臺方位確定原則：有利于抵抗環(huán)境載荷作用；便于工作船?？?、要滿足平臺上部設(shè)施與設(shè)備工藝布置的要求。6?導(dǎo)管架平臺的設(shè)計方法：母型設(shè)計、規(guī)范設(shè)計、按強度理論進行設(shè)計。7.對于管型構(gòu)件的選取要考慮下列因素：1） D/1:不宜大于60,對于卷制焊接鋼管不應(yīng)小于20,最好大于30；2） Kl/r:對主要桿件不宜大于120；3） -Y-K節(jié)點：主要節(jié)點：d/D=0.4-0.8,次要節(jié)點取值可稍小。8?節(jié)點布置的基本原則：1） 節(jié)點的布置應(yīng)避免支桿落在節(jié)點段的縱向焊縫上；2） 相鄰管段縱縫應(yīng)錯開至少90°；3） 加厚段應(yīng)超出撐桿邊緣至少D/4且不小于305mm；4） 拉筋桿在節(jié)點部位采用加厚壁段時，其從節(jié)點延伸的長度包括焊腳在內(nèi)，至少為拉筋桿直徑且不小于610mm；5） 一般同心管節(jié)點采用工作點的偏離不超過D/4，以達到非搭接支桿間具有51mm的最小間隙；6） 當(dāng)兩根及以上管件相交，大直徑管應(yīng)作為連續(xù)構(gòu)件，拉筋桿的裝配順序應(yīng)有壁厚/直徑確定，壁厚最大的應(yīng)為直通構(gòu)件，其他管件按照壁厚遞減順序，如壁厚相同則直徑較大者作為直通構(gòu)件；7）節(jié)點桿件坡口應(yīng)做成斜面構(gòu)造。9.深水導(dǎo)管架采用臥式建造，淺水的采用臥式和立式均可。10?圓管構(gòu)件優(yōu)點：材料分布合理，各方面穩(wěn)定性相等，在相同面積下剛度最大，抗壓和抗扭性能最好，因而是中心壓桿的理想截面；有近流線型表面，在海上風(fēng)浪冰等環(huán)境載荷作用下受到的繞流阻力??；便于引導(dǎo)鋼樁夯打；外表光潔，和做成封閉管端，防止水汽浸入，便于油漆，抗蝕性能好；在同樣荷載作用下圓管構(gòu)件作用鋼量最小。圓管構(gòu)件缺點：相交處的管節(jié)點應(yīng)力分布復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴重；管節(jié)點的設(shè)計和制造比普通形式的構(gòu)件節(jié)點復(fù)雜。疲勞破壞：材料或結(jié)構(gòu)的某點或某些點在重復(fù)交變應(yīng)力作用下逐漸產(chǎn)生永久的結(jié)構(gòu)變化，并在一次循環(huán)次數(shù)后形成裂紋或繼續(xù)擴展直至完全斷裂。疲勞壽命：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的某點達到疲勞時的交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)或時間；疲勞強度：金屬材料在無限次交變荷載作用下而不破壞的最大應(yīng)力。自升式平臺指具有活動樁腿且其主體能沿支撐于海底的樁腿升降至海面以上預(yù)定高度進行作業(yè)，并能將主體降回海面和回收樁腿的平臺。優(yōu)點：所需鋼材少，造價低，在各種海況下能平穩(wěn)作業(yè)。缺點：樁腿長度有限，使它工作水深受限制。自升式海洋平臺設(shè)計工況：1） 正常作業(yè)工況：在規(guī)定環(huán)境條件下，平臺滿載并升到預(yù)定標高進行正常作業(yè)。2） 遷移工況：平臺進行遷移的狀態(tài)；3） 升降工況：平臺升降樁腿、預(yù)壓及升降平臺主體時的狀態(tài)；4） 自存工況：在極端環(huán)境條件下，平臺不能繼續(xù)作業(yè)，但可通過調(diào)整可變載荷或放棄部分載荷以及其他措施達到某種較為安全的狀態(tài)。氣隙：平臺相互提升到作業(yè)位置時，主體結(jié)構(gòu)最低構(gòu)件下沿與最大設(shè)計波高的波峰之間的凈空距離。危險區(qū)是指平臺在作業(yè)中使用機械或電氣設(shè)備室，對可能存在于周圍的易燃氣體未加適當(dāng)防范而可能引起火災(zāi)或爆炸的區(qū)域。0類危險區(qū)：易燃天然氣、空氣的混合物持續(xù)或長期存在的區(qū)域；1類危險區(qū)：在正常作業(yè)中可能產(chǎn)生易燃天然氣、空氣混合物的區(qū)域；2類危險區(qū)：不大可能產(chǎn)生易燃天然氣、空氣的混合物的區(qū)域。半潛式海洋平臺優(yōu)點：極強的抗風(fēng)浪能力、優(yōu)良的運動性能、巨大的甲板面積和裝載容量、高效作業(yè)效率、易于改造并具有鉆井、修井、生產(chǎn)等多種功能，無需海上安裝，具有全球全天候的工作能力和自持能力。半