[發明專利]確定自升式鉆井平臺三角形桁架式樁腿拖航載荷的方法

有效

• 申請號: 201210510593.7
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102966127A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 林海花;石強;馬延德;那榮慶
• 申請（專利權）人: 大連船舶重工集團有限公司
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 大連智慧專利事務所 21215
• 代理人: 劉琦

技術領域

本發明涉及一種海洋工程技術領域，更具體地說，涉及設計階段鉆井平臺樁腿拖航載荷的確定方法。

背景技術

自升式鉆井平臺在船廠建造完畢后，需被拖船拖至作業地點，該過程稱之為拖航。在拖航過程中，三角形桁架式的樁腿高高矗立于主船體上，由于樁腿長度較長，因此平臺較小的加速度也能在樁腿上引起較大的慣性載荷，可能導致樁腿結構的破壞損傷。計算分析拖航工況下作用在樁腿上的慣性載荷并進一步對樁腿進行強度評估是保證樁腿甚至整個自升式平臺結構安全性的重要工作之一。

如圖4所示，自升式平臺包括三條樁腿，分別位于平臺艏部、左舷和右舷，位于平臺艏部的樁腿稱之為前樁腿，位于平臺左舷和右舷的兩條樁腿稱之為后樁腿，每條樁腿呈等邊三角形桁架式結構。

上述三角形桁架自升式平臺是目前數量最多的鉆井平臺。拖航包括油田拖航和遠洋拖航兩種工況。此時，自升式鉆井平臺的樁靴收入主船體內，長長的樁腿矗立在主船體以上，平臺較小的運動也將在樁腿上產生較大的慣性載荷，給樁腿的強度帶來了較大的安全隱患。拖航工況下自升式鉆井平臺的運動較為復雜，其所遭受的載荷主要有平臺運動引起的慣性載荷、自重以及風載荷等。

現有技術下，平臺拖航時樁腿所遭受載荷的獲取方法以及載荷加載的方法是：

1、利用直接確定方法對包含主船體以及樁腿的自升式鉆井平臺進行拖航工況運動響應分析。直接確定方法需要首先創建平臺的水動力模型和質量模型，利用復雜的邊界元方法計算平臺所遭受的水動力載荷，后將平臺視為剛體，進一步對平臺的運動響應進行分析；

2、根據運動響應分析結果和拖航的海況進行運動響應預報，得到樁腿運動的角加速度或者加速度；

3、根據加速度值計算得到作用在樁腿上的慣性載荷；

4、根據半經驗半理論的Morison公式進行風載荷的計算；

5、將慣性載荷、風載荷以及自重等手動加載到結構模型上進行強度分析校核等。

直接確定方法涉及到運動響應分析和運動響應預報，求取慣性載荷的過程較為復雜，加上風載荷的計算和載荷的手動加載，使得整個計算分析過程十分的麻煩，工作效率低下。

發明內容

本發明根據自升式鉆井平臺的拖航特點，歸納出確定自升式鉆井平臺等邊三角形桁架式樁腿在拖航工況下所遭受載荷的簡便方法，在設計或測定相關平臺模型參數后，通過公式計算即可得到結構分析所需要的載荷。可使用本方法對所有自升式鉆井平臺或類似平臺進行拖航工況下三角形桁架式樁腿載荷的確定，且載荷的加載過程十分簡便，大大提高了工作效率。

為了達到上述目的，本發明提供了一種確定自升式鉆井平臺三角形桁架式樁腿拖航載荷的方法，包括如下步驟：

S1、設計或測定等邊三角形桁架式樁腿的如下參數：

縱搖周期/橫搖周期T；單根樁腿重；前樁腿距船尾的距離為a；后樁腿距船尾的距離為b；漂心距船尾的距離為c；后兩個樁腿的間距為d；樁腿弦桿與樁腿形心之間的水平距離為e；樁腿總長度L；吃水t；

S2、假設一條樁腿的自重分別由樁腿的三根弦桿承載，每根弦桿承受1/3樁腿自重，且樁腿所遭受的慣性載荷由弦桿來承受。這樣的假設避免了將載荷一一加載到樁腿的弦桿以及水平撐桿或斜撐桿上的繁瑣過程，且不影響樁腿強度的分析結果，加載分為七種基本工況，分別為：

將一條三角形桁架式樁腿自重G的1/3分別加載到樁腿的前、左和右弦桿上的三種工況LC1、LC2、LC3；三種工況又分別存在橫搖或縱搖的情況，分別對應了三個弦桿上所遭受的垂向載荷，載荷為：LC1橫、LC2橫、LC3橫以及LC1縱、LC2縱、LC?3縱；

將1/3樁腿自重G的載荷均勻加載于樁腿的三個弦桿上，有LC4或LC5兩種工況，分別對應橫搖或縱搖的情況，都對應于水平載荷，載荷為：LC4橫、LC5縱；

將1/6樁腿自重G的載荷分別線性加載于樁腿的三個弦桿上，有LC6或LC7兩種工況，分別對應橫搖或縱搖的情況，都對應于水平載荷，載荷為：LC6橫、LC7縱；

S3、分別確定LC1橫、LC2橫、LC3橫、LC1縱、LC2縱、LC3縱、LC4橫、LC5縱、LC6橫、LC7縱的比例因子：

其中，

LC1橫、LC2橫、LC3橫、LC1縱、LC2縱、LC3縱，選用下述公式(1)獲得比例因子f1橫、f2橫、f3橫、f1縱、f2縱、f3縱；

LC4橫、LC5縱，選用下述公式(2)獲得比例因子f4橫、f5縱；

LC6橫、LC7縱選用下述公式(3)獲得比例因子f6橫、f7縱；