1、本科毕业论文（20 届）50m 水深固定平台结构设计所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文 目录I目 录摘要 .11.前言 .31.1 引言 .31.2 国内外海洋工程 发展状况 .31.3 海洋平台技术概述 .41.4 海洋平台技术的未来发展 .41.5 本毕业设计的主要内容 .52.环境条件和设计依据 .62.1 平台用途和主要功能 .62.2 环境条件 .62.2.1 设计水深 .62.2.2 潮位 .62.2.3 波浪 .62.2.4 海流 .62.2.5 风 .72.2.6 设计风速 .72.2.7 海冰 .72.3 平台设
2、计依据 .72.3.1 平台用钢材 .72.3.2 使用年限 .72.3.3 依据规范 .72.3.4 计算工况 .73 平台选型和主尺度 .93.1 平台结构形式 .93.2 平台主尺度 .93.2.1 平台首层 .93.2.2 桩的尺寸 .93.2.3 各单元属性 .104.平台载荷计算及结果 .114.1 环境载荷 .114.1.1 风荷载计算 .114.1.2 计算依据 .114.1.3 计算公式 .114.1.4 计算结果 .124.2 波浪载荷 .154.2.1 计算公式 .15本科毕业论文 目录II4.2.2 计算结果 .164.2.3 平台首层载荷 .184.3 冰载荷计算 .
3、194.3.1 计算公式 .194.3.2 计算结果 .195 平台模型在 Patran 软件上的建立 .205.1 Patran 软件介绍 .205.2 有限元法基本思路 .215.3 结构简化 .225.4 边界条件 .235.5 计算程序 .235.6 模型的建立及出图 .235.6.1 第一种工况下的轴向应力图，弯曲应力图，位移图，组合应力图：.285.6.2 第二种工况下的轴向应力图，弯曲应力图，位移图，组合应力图：.305.6.3 第三种工况下的轴向应力图，弯曲应力图，位移图，组合应力图：.325.6.4 第四种工况下的轴向应力图，弯曲应力图，位移图，组合应力图：.345.6.5
4、计算结果分析 .36总结 .38参考文献 .39外文翻 译 .40译文 .50本科毕业论文 摘要1摘要导 管 架 平 台 又 称 桩 式 平 台 ， 是 由 打 入 海 底 的 桩 柱 来 支 承 整 个 平 台 ， 能 经 受 风 、 浪 、流 等 外 力 作 用 ， 可 分 为 群 桩 式 、 桩 基 式 (导 管 架 式 )和 腿 柱 式 。导 管 架 平 台 用 钢 桩 固 定 于 海 底 。 钢 桩 穿 过 导 管 打 入 海 底 ， 并 由 若 干 根 导 管 组 合 成 导管 架 。 导 管 架 先 在 陆 地 预 制 好 后 ， 拖 运 到 海 上 安 放 就 位 ， 然 后
5、顺 着 导 管 打 桩 ， 桩 是 打 一节 接 一 节 的 ， 最 后 在 桩 与 导 管 之 问 的 环 形 空 隙 里 灌 入 水 泥 浆 ， 使 桩 与 导 符 连 成 一 体 固 定于 海 底 。 这 种 施 工 方 式 ， 使 海 上 工 作 量 减 少 。 平 台 即 设 于 导 管 架 的 顶 部 ， 高 于 作 业 的 波高 ， 具 体 高 度 须 视 当 地 的 海 况 而 定 ， 一 般 大 约 高 出 4 5 米 ， 这 样 可 避 免 波 浪 的 冲 击 。桩 基 式 的 整 体 结 构 刚 性 大 ， 能 适 用 于 各 种 土 质 ， 是 目 前 最 主 要 的
6、固 定 式 平 台 。 但 其 尺 度 、重 量 随 水 深 增 加 而 急 骤 增 加 ， 所 以 在 深 水 中 的 经 济 性 较 差 。本设计以中国渤海海域的自然环境条件为设计依据，运用 MSC.Patran 有限元软件，立平台有限元模型。在考虑了海风、海流和波浪以及冰等环境荷载的基础上，结合安全性，可操作性和经济性，对其结构进行了静力分析、动力分析和位移分析计算，从而得到结构合理的最后设计方案。关键词 导管架平台；结构；静力；强度；本科毕业论文 摘要2Structure Designing of 50m Depth Jacket Platform AbstractPlatform j
7、acket, also known as platform into the seabed by piles to support the entire platform, can withstand wind, wave, current and other external force, can be divided into group pile type, base pile type (jacket) and legs column type. Platform jacket fixed on the seabed. Steel piles through the catheter
8、into the sea, by the combination of a number of catheters into the jacket. Jacket after the first prefabricated on land, hauled to the sea placed in position, and then along the catheter piling, pile is a pick a fight, and finally the question pile and catheter poured cement in the annular gap, the
9、pile fused with the lead character fixed on the seabed. The construction methods to reduce the workload of the sea. Platform that is located in the top of the jacket, above the operating wave height, subject to the specific height of the local sea conditions, are generally higher than about 4 to 5 m
10、eters, it can avoid the impact of waves. The overall structure of pile type rigid, can be applied to all kinds of soil, is the most important fixed platform. But its scale, the weight of dramatic increase with increasing water depth, so deep in the economy is poor.The design of the Bohai Sea of Chin
11、as natural environment for the design basis, using MSC.Patran finite element software, make element model of the Legislative Platform. In considering the wind, currents and waves, and ice and other environmental loads, based on the combination of safety, operability and economy, its structure of sta
12、tic analysis, dynamic analysis and displacement analysis and calculation, resulting in the final structured design.Key words Platform jacket; structure; static; strength;本科毕业论文 正文31.前言1.1 引言我国是海洋大国，有广阔的专属经济区，发展海上平台对建立我们这个人口大国的能源战略有着深远的影响，发挥着重要作用。而海洋石油、天然气的勘探、开采主要依赖海上平台。现在国内外海上平台主要分为移动式平台和固定式平台两种。移动式
13、平台包括：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台。固定式平台包括：导管架式平台、重力式平台。1.2 国内外海洋工程发展状况自改革开放以来,我国船舶工业有了迅猛发展,已从过去的“造船小国”转变为世界第三造船大国, 2006 年船舶产量突破 1400 万载重吨, 2007 年达到 1893 万载重吨, 2008 年则猛增到2881 万载重吨。我国已经生产了众多的大型散货船、大型油船和大型集装箱船三大主力船型以及不少的超大型油船、超大型集装箱船、LPG 船、LNG 船、滚装船等高新技术船,出口船舶遍及世界 102 个国家和地区。取得如此业绩的重要原因是我国船舶制造业在
14、研究、设计和建造领域的技术进步和技术创新,而其中船舶基础共性技术船舶性能技术发展所作的贡献功不可没。我国利用自力更生建成的各类大型试验设施,通过船舶性能技术的广泛研究,已经掌握了船舶水动力外形的设计技术,建立了船舶水动力性能的预报和优化技术,开发了一些能提高船舶技术经济性能的船舶性能先进实用技术,为自行研制各种船舶产品提供了有力的技术支撑。例如,船舶性能预报和优化技术、新型推进器水动力性能设计技术、肥大船和集装箱船模型系列试验数字化图谱等。从 20 世纪 80 年代起,我国按照国际船舶科学技术发展趋势,综合应用电子计算机、数据库、CAD 和计算力学等技术,开始研发船舶性能技术领域内实用且急需的
15、各种设计、预报、评估的计算机集成软件,并取得了若干重点突破海洋工程及装备项目在各国的海洋规划中会越来越重要，发展海洋工程事业已经成为国际性大趋势和各沿海国家的战略抉择。北美和西欧国家一直是世界海洋工程市场上的最活跃分子，他们通过政策鼓励和资金扶持来保持海洋工程产业的持续发展。非洲国家有着的得天独厚的海洋矿产资源，除了发达国家大力投资开发以外，他们自身也越来越重视本本科毕业论文 正文4国海洋工程产业的发展。在亚洲，日本和韩国处在前列，但中国和印度等国也逐渐把海洋工程产业提高到国家战略产业的高度，并取得了令世人注目的成就。世界海洋工程产业正日益壮大，将成为重要的战略产业之一。1.3 海洋平台技术概
16、述海洋工程项目是一个庞大的科技系统工程，而主要针对海洋石油开采而言的海洋工程装备包括油气钻采平台、油气存储设施、海上工程船舶(海洋地质勘探船、供应船、拖船、起重船、打捞救助船、海底电缆铺设船、铺管船) 等。这其中的海洋平台是集油田勘探、油气处理、发电、供热、原油产品储存和外输、人员居住于一体的综合性海洋工程装备，是实施海底油气勘探和开采的工作基地。海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵，特别是与陆地采油设备相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣，台风、海浪、海流、海冰和潮汐还有海底地震对平台的安全构成严重威胁。此同时，由于环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、构件材料老化、缺陷损伤扩大以
17、及疲劳损伤累积等因素都将导致平台结构构件和整体抗力逐渐衰减，影响平台结构的服役安全性和耐久性。因此，海洋平台的设计与制造只有在一个国家的综合工业水平整体提高与进步的基础上才能完成。1.4 海洋平台技术的未来发展深海开采是未来热点近年来，世界上取得的重大油气发现大部分在海上，尤其是深海。目前，海上油气勘探开发向深海转移的趋势十分明显，深海水域将是未来全世界油气战略接替的主要区域，深海油藏的勘探开发已成为世界主要石油公司的投资热点。国内方面目前中国海上油田开发基本上是在滩海、浅海和近海区域，目前一般行业深度限制在为400m以内的常规水深范围。而我国300m 水深以上的海域有153 万平方公里，目前
18、只勘探了16 万平方公里，尚有90%还没有勘探，所以，未来深海油气开发将成为中国海洋油气的主战场。根据中海油的规划，我国2008年海洋油气产量达4000万方油当量，2010年油气产量将达50005500万方油当量，意味着年均超过10%的复合增长率。国际方面世界著名的海洋油气工程研究咨询机构道格拉斯- 威斯伍德公司（DW 公司）指出，未来5 年全球海洋油气工业将投资1 890亿美元在遍及全球的海洋上建立15000个油气勘探和开采井，其中有4500个勘探井，投资750亿美元；10500个开采井，投资1140亿美元。其中的深海水域将是未来各国大力开发的方向，预测深海海洋平台的投资支出增长率将达到38
19、%，浅海海洋平台的增本科毕业论文 正文5长率将达到14%，未来5年，深海海洋平台的投资将达到 1520亿美元。深海开采设备是研发方向目前全球约有100家公司从事海上钻井，其中海上钻井承包商约90家，其余为国家石油公司或国际石油公司。随着深海勘探开发力度的增加，有些公司看好深海钻井承包市场，通过新建半潜式钻井平台或钻井船跻身深海钻井承包商行列。在这些公司中，目前拥有半潜式钻井平台或钻井船的只有33家，而真正从事深海钻井的仅有26家，这其中美国拥有最多，其次是挪威。而中国的深水石油勘探开发尚处在起步阶段，现在我国正准备加快推进对南中国海油气资源的勘探开发工作。由于这一海域水深在500m到2000m
20、，而我国目前还不具备在这一海域进行油气勘探和生产的能力，因此迫切需要发展深海油气勘探和开采技术，需要大力开发、设计和建造适合深海油气开发的海上钻井平台。1.5 本毕业设计的主要内容本文进行了渤海 50 米水深固定平台结构的设计，主要包括以下几方面内容：1） 学习 MSC.Patran 有限元软件在平台结构中的应用；2） 平台选型、主尺度和构件尺寸的确定；3） 环境载荷计算及各工况载荷的组合；4） 用有限元软件 MSC.Patran 建立平台有限元模型；5） 分别对平台进行不同工况载荷分析比较；6） 结果分析。本科毕业论文 正文62.环境条件和设计依据2.1 平台用途和主要功能此导管架采油平台为
21、四桩腿导管架固定式采油平台，包括导管架、桩基等部分。桩腿形势为摩擦桩基础。2.2 环境条件2.2.1 设计水深设计水深 50m2.2.2 潮位校核高水位（50 年重现期）3.08m设计高水位 1.48m平均海平面 0.00m设计低水位 -0.69m校核低水位 -2.32m2.2.3 波浪自存工况 100 年一遇最大波高 H=6m最大波浪周期 T=8.65s2.2.4 海流本海区潮流的运动形式为往复流，主流的方向大致与等深线平行，涨潮流的方向约为ESE 向，落潮流为 WNW。海流最大速度 1.026m/s。本科毕业论文 正文72.2.5 风海冰作用下工况波浪作用下工况2.2.6 设计风速海冰作用下工况作用下 36.0 m/s波浪作用下工况作用下 51.5 m/s2.2.7 海冰设计冰厚（50 年一遇） 0.7 m抗压强度 1717 kPa2.3 平台设计依据2.3.1 平台用钢材导管架和桩使用钢材 Q235-A。按照规范要求，Q235-A 钢材的屈服应力为 235MPa，许用应力取 141MPa。2.3.2 使用年限设计使用年限为 15 年2.3.3 依据规范中国船级社浅海固定平台规范 （2003 年）2.3.4 计算工况平台在自存状态下受到风冰载荷作用：风+冰+甲板载荷,作用方向:横向风+冰+甲板载荷,作用方向:45
