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自升式鉆井平臺(tái)是指具有活動(dòng)樁腿，且其主船體能沿支撐于海底的樁腿升至海面以上預(yù)定高度進(jìn)行鉆井作業(yè)的平臺(tái)，此種平臺(tái)在海洋石油開發(fā)中被廣泛應(yīng)用。自升式海洋平臺(tái)與導(dǎo)管架固定平臺(tái)相比，結(jié)構(gòu)整體柔性較大，振動(dòng)響應(yīng)較為強(qiáng)烈，且隨著海洋工程向深海發(fā)展，環(huán)境越來越惡劣，載荷不確定因素增多，因此，自升式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全越來越受到重視，而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析自然就成為設(shè)計(jì)階段的重要研究?jī)?nèi)容。
本文以自升式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全為目的，闡述了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度理論，包括屈服強(qiáng)度理論、屈曲強(qiáng)度理論和疲勞強(qiáng)度理論；并結(jié)合自升式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了總體性能分析、船體強(qiáng)度分析及局部強(qiáng)度分析3個(gè)主要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析；最后以一析架式樁腿的自升式鉆井平臺(tái)為例，通過有限元分析和求解，闡述此類移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的過程及方法，對(duì)工程實(shí)踐有指導(dǎo)作用，并為工程設(shè)計(jì)人員提供借鑒。
自升式鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效形式主要有3種，即屈服強(qiáng)度失效、屈曲強(qiáng)度失效及疲勞強(qiáng)度失效。對(duì)于樁腿、甲板間支撐等獨(dú)立構(gòu)件，其屈服強(qiáng)度應(yīng)滿足下式：疲勞校核的目的是確保平臺(tái)結(jié)構(gòu)在營(yíng)運(yùn)期間有足夠的疲勞壽命，一般不應(yīng)少于20年。發(fā)生疲勞破壞的結(jié)構(gòu)一般要承受循環(huán)載荷，自升式鉆井平臺(tái)易發(fā)生疲勞的位置為析架式樁腿的桿件節(jié)點(diǎn)處，因此務(wù)需對(duì)之進(jìn)行疲勞分析。疲勞強(qiáng)度校核一般采用譜分析方法，具體過程可參見文獻(xiàn)。
根據(jù)自升式鉆井平臺(tái)的工作特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析可分為總體性能、船體強(qiáng)度及局部強(qiáng)度分析。自升式鉆井平臺(tái)的總體性能分析主要是考核其站立工作狀態(tài)下的整體安全情況，包括樁腿強(qiáng)度、鎖緊系統(tǒng)(升降系統(tǒng))承載性能、預(yù)壓載性能、樁靴承載性能及抗傾穩(wěn)性�？傮w性能會(huì)直接影響平臺(tái)的操作安全及作業(yè)能力，因此需予重點(diǎn)關(guān)注。具體計(jì)算方法和過程請(qǐng)?jiān)斠妳⒖嘉墨I(xiàn)。
平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保船體具有足夠的強(qiáng)度，除承載設(shè)備及人員外，還能抵御環(huán)境載荷及功能載荷產(chǎn)生的不利影響。船體強(qiáng)度的失效形式主要為船體板或梁發(fā)生屈服、屈曲。受力主要工況為站立工況和拖航工況。站立工況下，預(yù)壓載和懸臂梁外伸狀態(tài)，船體受力最大，預(yù)壓載時(shí)，船體壓載艙和甲板的應(yīng)力較高，懸臂梁外伸作業(yè)時(shí)，懸臂梁底座處主甲板及艙壁受力較大，且圍阱周圍的結(jié)構(gòu)應(yīng)力較高；拖航工況下，樁腿和固樁結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度分析主要是對(duì)自升式平臺(tái)局部受力較大的結(jié)構(gòu)單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)自升式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)予強(qiáng)度分析的局部結(jié)構(gòu)為：圍阱區(qū)、樁靴、生活樓、直升機(jī)甲板、吊機(jī)底座、懸臂梁、鉆臺(tái)、設(shè)備底座等。局部結(jié)構(gòu)一般所受工作載荷較大，因此，這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)度應(yīng)予保證。局部強(qiáng)度分析一般采用有限元分析方法，由計(jì)算得到的應(yīng)力進(jìn)行板的屈服、屈曲校核。
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