第6章 导管架式平台强度分析

导管架平台动力性能及安全性分析作为常见的海上结构,导管架平台在完成钻井、采油、储油等作业的同时,由于长期暴露在海洋环境当中,会受到恶劣的天气环境以及其他诸多复杂因素的影响,有时还会受到爆炸、撞击等偶然载荷的作用,因此平台倒塌事故时有发生,这不仅造成了严重的环境污染,同时也带来了巨大的经济损失。

为保证结构在恶劣环境下的抗倒塌能力,延长结构的服役期,有必要从整体结构层面出发,研究平台结构的整体安全性能。

目前导管架平台的整体安全水平研究主要围绕在静力载荷作用分析的阶段,由动力载荷造成的整体倒塌以及所体现的安全储备方面研究较少。

同时,对于导管架的倒塌过程,很少进行结构内部杆件的屈服过程与塑性发展特性相关探讨。

本文针对以上几个问题展开了相关研究：探究了非线性方法在有限元分析中的实施手段。

对于常见的倒塌分析,一般要求考虑材料、几何非线性,从而能够模拟更为反映实际情况的倒塌过程,因此有必要深入了解非线性在结构分析中的实施过程与分析手段。

将推导二维梁单元的几何、材料非线性有限元模型,结合Newton-Raphson方法编制程序,研究非线性在结构分析中对计算结果产生的影响。

研究了导管架平台的静力倒塌安全性。

采用某冰工况下的环境要素,以及基于提高重现期的载荷增量方法,对平台进行了Pushover分析,得到了不同方向的结构承载力与杆件塑性发展过程,进而根据其储备强度(RSR)探讨了结构整体安全性能；编制了逐步回归响应面程序,该方法不需提前给出功能函数,且计算效率较高。

然后,计算了结构的整体可靠度,并通过给定拟合方程的JC法验证了程序的可靠性。

研究表明,尽管两类指标的研究侧重点不同,但两类指标均能很好地对结构的安全性进行描述。

在地震作用下,对导管架平台进行了动力性能研究。

选择了26条具备不同频谱特性的三向地震记录,采用IDA方法对结构进行了动力增量分析,在分析中记录不同地震波作用下结构全过程响应信息与杆件状态信息,以及塑性点、倒塌点对应的载荷水平。

导管架式平台导管架平台的历史和发展进程世界上第一座固定式海洋平台建于1887年，它安装在美国加利弗尼亚的油田上，实际上是一座木结构的栈桥。

二战后，用于战争中的许多先进科学技术成果被应用到海洋开发中。

1947年在美国墨西哥湾水深6米处成功地安装了世界上第一座设备齐全的钢质导管架平台。

开创了海洋开发的新时期。

此后，海洋平台得到了迅速的发展。

上世纪七十年代末，钢制导管架平台已经安装于300多米的海域，而到了1990年具有486米高的巨型导管架平台也已工作与墨西哥湾400多米的水深中。

这种导管架式平台在随后的多年中逐渐地扩展到更深的水域和更恶劣的海洋环境中。

这些平台以勘探、开发海洋资源为主，其中尤以开发、储藏石油和天然气的平台占多数。

自上世纪四十年代美国安装使用了世界上第一座钢质导管架式平台(Steel Jacket Offshore Platform)以来，这种结构已经成为中浅海海洋平台的主要结构型式。

随着海洋石油开发的迅速发展，导管架式海洋平台被广泛用于海上油田开发、海上观光以及海洋科学观测等方面。

迄今为止，世界上建成的大、中型导管架式海洋平台约有2000余座。

工作水深已达到四、五百米。

结构形式“导管架”的取名基于管架的各条腿柱作为管桩的导管这一实际。

固定式钢质导管架海洋平台主要由两部分组成: 一部分是由导管架腿柱和连接腿柱的纵横杆系所构成的空间构架。

腿柱(或称导管)是中空的，钢管桩是一根细长的焊接圆管，它通过打桩的力一法固定于海底，由若干根单桩组成的群桩基础把整个平台牢牢地固定于海床。

腿柱和桩共同作用构成了用来支撑上部设施一与设备的支撑结构:另一部分由甲板及其上面的设施与设备组成，是收集和处理油气、生活及其它用途的场所。

图1-2为典型的导管架式海洋平台结构的示意图。

固定设施的类型：桩基式固定设施、重力式固定设施、人工岛、顺应型平台、简易平台属于桩基式固定设施导管架式平台，主要由四大部分组成：导管架、桩、导管架帽和甲板。

第五章 导管架平台
§5.1导管架平台强度的校核状态与分析方法
一、平台强度的校核状态
平台作业主要状态海上运输；下水；安装()⎧⎨⎩
二、总体强度的分析方法
1. 静力分析
2. 动力分析
时域方法设计波法频域方法设计谱法()
()⎧⎨⎩ 选择静力分析还是动力分析方法，主要取决于导管架平台的工作水域深度h （愈小，平台刚度愈大，结构自振频率h ωn 愈远大于波浪干扰力频率，动力放大效应可以忽略不计）
§5.2平台总体强度的静力分析
一、计算载荷
环境载荷——风浪流、地震使用载荷即工作载荷施工载荷——建造、装船、运输、下水及安装()⎧⎨⎪⎩
⎪二、结构的模型化
导管架平台
导管架——空间刚架
桩基——“桩元”（只有个节点的特殊梁元）1⎧⎨⎩三、“桩元”刚度阵
四、平台结构分析的计算流程图
§5.3运输、下水及安装过程中的平台受力分析与应力计算
平台受力分析／应力计算 高应力构件 运输 重力、风力及惯性力 驳船-导管架组合体在波浪中的运动⇒
导管架按空间刚架分析
导管架与驳船固定连接的构件
下水 重力、浮力、阻力及惯性力
空间刚架分析
与摇臂接触的构件，下水支撑构件 安装
需考虑浮吊运动所引起的动力效应，
即设计载荷＝静载荷×动荷系数 吊眼；直接与吊眼相连的构件。

- 39 -第5期导管架海上湿拖运输中的结构强度分析王衍鑫，黄山田，梁学先，魏佳广，江锦（海洋石油工程股份有限公司安装事业部， 天津 300457）[摘 要] 本文提出了一种可用于分析导管架湿拖过程中导管架强度状态的方法。

湿拖是一种风险较高但非常经济的运输方式。

为了降低运输过程中的风险，应充分考虑所有可能影响导管架强度的因素。

为了实现导管架结构强度分析，进行了水动力分析和结构分析，以获得准确的波浪力和流力。

导管架特殊附件是重点分析部位，如防沉板、群桩套筒。

本文还提出了一种特殊分析方法用于分析此种湿拖运输方案。

[关键词] 导管架；湿拖运输；结构分析作者简介：王衍鑫（1983—），男，山东淄博人，硕士学位，中级职称，主要从事海洋工程结构安装设计工作。

1 简介作为一个典型的海上平台，导管架大量应用于大陆架附近海域的石油开发。

通常导管架在陆地码头建造，然后通过运输驳船运输至目标油田。

湿拖运输很少用于导管架从建造码头运输至目标油田。

但从经济角度看，湿拖方式不需要运输驳船，也不需要任何固定方式，对短距离导管架运输来讲，是一个很好的选择。

因此，本文提出来一种湿拖方法用于评估导管架湿拖过程中的强度情况。

以下几个关键问题决定了运输过程中是否安全：（1）导管架的大部分杆件浸没在海水中。

运输过程中发生损坏或出现问题难以观察到。

（2）导管架运输过程是一个不稳定状态，很难控制其运动，如仰角和偏航角。

（3）缺乏真实的导管架湿拖工程记录。

（4）导管架的许多附属部件，如防沉板就受到波浪载荷和绝大多数拖曳载荷的受力结构。

2 方法当导管架以一定速度湿拖时，控制导管架浮动位置的稳定性非常困难。

通常情况下，导管架水平平躺方式作为一种运输摆放方式，如图1。

对于导管架的这种布置形式，导管架的控制和操作变得容易。

如果导管架浮力不足以将其保持在一个合适的浮态位置，可以通过在导管架上绑扎浮筒的方法，用于保持导管架的倾斜和纵倾。

水动力分析需要获得每个构成部分载荷，特别是波浪载荷和惯性载荷。

第48卷第1期2019年2月船海工程S H I P & O C E A N E N G I N E E R I N GVol.48 No.1Feb.2019D O I：10. 3963/j. issn. 1671-7953.2019.01.034导管架平台管节点强度校核及影响因素分析王梦颖(中海油能源发展装备技术有限公司设计研发中心，天津300452)摘要:导管架平台结构设计规范A P I R P 2A 22版后对管节点强度校核的方法和要求进行了修改，为了 使导满足新，结合工程实际情况，计算分析的厚、撑与壁厚对结果的影响，对弱化撑杆截面，及新型的、T加强分析#关键词$导管架平台;管节点;强度校核;影响因素中图分类号:U661.43文献标志码:A文章编号$1671-7953 (2019)01-0146-04作为导 结构设计中关键而又薄弱的 ，历来是设计者十分关注的 。

由于导 结构设计中大 ，简单位于同一平面内，撑之，没有隔板、加筋及的，本文主要针对简单分析。

的 分析 主有 和 分析两大类[1]。

在工程设计 泛 的是 数据为依据，结合 •分析而 的半经 公式 ，APIRP2A 针对 的分析 正是基于上述方法。

着 A P I R P 2A从 21 (2000)到 22 版（2014 &的和修订[2-]，关于 的改动很大，对 了更为严格的 。

为了探讨分析A P I R P2A22 (下22 )对 的影响，以导 其中一个 为例，研的，分析 各构 数对管的影响。

，对目前工程实际及 •的结，分析其对管节点强度的影响。

1管节点强度校核A P I R P2A22版规范对于管节点的强度分为基本承载能 和 承载能 [6]，两者 满足 。

构收稿日期$2018 -07 -25修回日期$2018 -08 -10第一作者:王梦颖（1985—），女，硕士，工程师研究方向:海洋工程结构设计意于图1。

!1基本承载能力校核基本承载能 针对导 的所有，所有 结果满足 ：$A P I R P2 A22版规范规定对于简单管节点，撑杆的轴向 能力为F T1C7s sin-(1)撑杆的弯矩容许能力为>_Q Q f!t Ta_ A V/f —-(2)式中:Fs为安全系数，静力工况F s ?1. 6,地震工况F s ? 1. 0$Q x为强度系数（与节点类型和几何 构造有关&，参见A P I RP2A22版表格7. 2 $Q/为数，Q/ = [1'i1(F C)-(FM Msb)% 1$]⑶其中:$为系数，$ = [(*)'(賢)2]01.5(4)7!为弦杆的屈服强度或0.8倍的抗拉强度，取 $此之外，22版规范针对T/Y和X型管节146，还 厚段对承载能力的影响，具体修正如下。

导管架式平台在呼吸系统介入治疗中的应用评估引言：呼吸系统疾病是世界范围内的主要健康问题之一，包括慢性阻塞性肺病、呼吸窘迫综合征等。

针对这些疾病的介入治疗是一个重要的治疗手段。

导管架式平台作为一种新发展的技术，在呼吸系统介入治疗中展现出了巨大的潜力。

本文将对导管架式平台的应用进行评估，并讨论其在呼吸系统介入治疗中的优势和挑战。

一、导管架式平台的基本原理导管架式平台是一种通过导管架的螺旋结构支撑、定位和管理呼吸系统疾病的介入治疗工具。

它主要由导管架、支撑平台和可自由伸缩的外壳组成。

导管架通过插入患者的呼吸系统中，对病变部位进行支撑，实现疾病的治疗和管理。

二、导管架式平台在呼吸系统介入治疗中的应用优势1. 支持复杂的病变结构：导管架式平台的螺旋结构使其能够支持复杂的病变结构，如支气管狭窄、气道重塑和支气管扩张等。

这种特点使导管架式平台成为处理多种呼吸系统疾病的理想工具。

2. 个性化治疗方案：导管架式平台可根据患者的具体情况制定个性化的治疗方案。

通过调整导管架的大小和形状，可以实现对不同类型疾病的精确治疗。

3. 降低侵入性：与传统的外科手术相比，导管架式平台的介入治疗是一种较为微创的方法。

它可以降低患者的痛苦和并发症风险，并缩短住院时间。

4. 可调节和可撤回：导管架式平台可以根据患者的治疗需求进行调节和撤回。

当疾病得到有效控制后，可以通过简单的操作将导管架取出，减少对患者的不适。

三、导管架式平台在呼吸系统介入治疗中的应用挑战1. 技术要求高：导管架式平台的操作需要高度专业化的技术支持和经验。

医生需要进行专门的培训和学习，才能熟练地使用导管架式平台进行治疗。

2. 患者选择的限制：导管架式平台在治疗过程中需要插入患者的呼吸系统，因此需要患者合适的病变结构和生理状况。

有些患者可能由于其他原因无法接受导管架式平台的治疗。

3. 长期效果和并发症：尽管导管架式平台在短期内可以取得较好的治疗效果，但长期效果仍需进一步研究。

导管架式平台在心脏血液循环动力学监测中的应用评估心脏疾病是目前社会上常见的一种健康问题，而准确监测心脏血液循环动力学则是诊断和治疗心脏疾病的关键。

导管架式平台作为一种新兴的技术手段，广泛应用于心脏血液循环动力学监测中，提供了更准确、便捷的监测结果，有助于医生制定个性化的诊疗方案。

导管架式平台是一种通过导管将传感器放置在心脏或大血管内，以监测心脏血液循环动力学参数的技术。

与传统的非侵入式监测相比，导管架式平台能够提供实时、连续、准确的监测结果，并能够掌握更多的重要参数，如心衰指数、肺动脉压力等，帮助医生全面了解患者的心脏功能。

在心脏血液循环动力学监测中，导管架式平台具有以下几个方面的应用优势：首先，导管架式平台能够提供实时准确的心脏血液循环动力学参数。

由于采用了直接插入导管的方式，导管架式平台可以直接测量心脏和大血管内的压力和流速等指标，无需依赖模型或估计方法。

这种直接测量的方法能够更精准地反映心脏功能的变化，对于及时调整治疗方案和评估疗效具有重要意义。

其次，导管架式平台能够监测更多临床重要的指标。

心脏血液循环动力学监测中，除了传统的心率、心输出量等参数外，导管架式平台还能监测肺动脉压力、肺动脉嵌顿压、心衰指数等更多重要指标。

这些指标对于了解患者的心脏状态、危险程度和病情发展具有重要意义，能够帮助医生更好地制定个性化的治疗方案。

第三，导管架式平台具有较高的安全性和可操作性。

导管架式平台在临床应用中已经有数十年的历史，经过不断的改进和优化，已经成为一种相对安全的技术手段。

准确的插管技术和监测仪器，以及专业的护理团队的配合，能够保障患者的安全和监测结果的准确性。

当然，导管架式平台也存在一些局限性。

首先，插管操作相对侵入性较高，可能会引起并发症，如感染、出血等。

因此，在选择使用导管架式平台时，需要慎重权衡利弊，遵循适应证，确保操作安全。

其次，导管架式平台需要经过专业团队的操作和监护，对医疗资源的需求较高，特别是一些资源匮乏的地区可能难以开展。

海上设施测厚指南—固定导管架式平台部分天津分社海工处2006年7月28日丁果林第三章规范对测厚的要求3.4 固定导管架式平台综合下列规范、规则：《海上固定平台入级与建造规范1992》中国船级社《海上固定设施安全技术规则1997》中华人民共和国船舶检验局《海上平台安全规则1984》中华人民共和国船舶检验局《浅海固定平台建造与检验规范2004》中国船级社《海上固定平台安全规则》国家经贸委固定导管架式平台的测厚要求归纳如下：固定平台每五年进行一次定期检验，每一年进行一次年度检验。

年度检验时没有特别指定测厚范围，只有在年检外观检查结构发现有可疑区域时，才进行测厚工作。

而在定期检验时，要求同时进行水下检验，应对严重腐蚀的杆件、高应力杆件以及有代表性的杆件进行测厚，而水上结构，如发现有腐蚀也应进行有代表性的测厚。

上述规范对固定导管架式平台的与测厚有关的详细要求请参见附录一。

第四章测厚位置的选择4.4 固定导管架式平台固定导管架式平台按模块结构可划分为上部组块结构和下部导管架结构两部分，另外按照水上水下所在区域又可分为大气区（水上部分）、飞溅区、全浸区三部分。

大气区结构的测厚，施工条件要求低，对测厚人员、测厚设备的要求也低，测厚工作安排也很容易。

但飞溅区和全浸区的测厚则较为困难，测厚公司要求具有水下作业的相关资质，测厚人员要求具有潜水员证书并取得水下测厚作业的证书，并且得配有水下作业所用的呼吸器、潜水服、减压舱、水下测厚仪、水下录像仪等等相关设备，施工当天的天气情况、海水能见度等要求高，测厚之前必须先清除海生物，等等。

所以在这里，分别对大气区、飞溅区、全浸区的各自测厚位置选择进行阐述。

一、大气区测厚范围为：所有甲板板（包括直升飞机甲板）；上部组块立柱、主斜支撑梁以及支撑管、主要甲板横梁以及纵桁、钻修井机底座的轨道梁等；吊机底座筒、救生艇艇架以及下面的主要支撑结构、直升飞机平台下主要支撑管、火炬臂、平台群连接栈桥的主要结构件等；导管架结构的大气区部分；可疑区域；其它高应力集中区域；以前检测发现有问题的区载；曾经修理改造过的重要区域。

导管架平台力学性能分析研究
肖美蛟;王海涛
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2013(035)003
【摘要】平台结构在海洋中长期承受着风、冰、浪以及地震等多种环境因素的干扰,尤其是对于服役中后期的海洋平台,及时掌握平台结构的安全状况是十分必要的.本文以某导管架式固定平台为研究对象,基于大型有限元分析软件平台,建立了导管架平台的结构模型.在此基础上进行了静力分析、冰荷载影响下的瞬态分析、模态分析、波浪荷载下的结构响应分析以及地震响应分析,并分析了平台的自振特性及随机波浪影响下的结构位移响应,得到了平台在冰荷载、波浪力作用下的受力特点以及平台的模态振动规律.分析结果显示,该平台具有较好的抗冰、抗波浪力能力,但应避免平台的低频振动和较大强度的冲击载荷,而且平台桩腿和支撑杆始终是其较为薄弱的构件.
【总页数】3页(P47-49)
【作者】肖美蛟;王海涛
【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TU476.1
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