浅水导管架平台下沉式防沉板结构设计

导管架平台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解导管架平台的基本概念、分类及在海洋工程中的作用。

2. 学生能够掌握导管架平台的构造、设计原理及其与海洋环境相互作用的关系。

3. 学生能够了解导管架平台的施工技术、检测与维护方法。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析导管架平台的优缺点，并提出改进措施。

2. 学生能够通过团队合作，设计简单的导管架平台模型，提高实际问题解决能力。

3. 学生能够运用专业软件或工具进行导管架平台的模拟分析，提高实践操作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生对海洋工程及导管架平台产生浓厚兴趣，培养探索精神和创新意识。

2. 学生能够认识到导管架平台在我国海洋开发中的重要性，增强国家意识和国防观念。

3. 学生能够在学习过程中，培养严谨的科学态度和团队协作精神。

课程性质分析：本课程为海洋工程领域的一门专业课程，旨在帮助学生掌握导管架平台的相关知识，提高实际问题解决能力。

学生特点分析：高二年级学生具备一定的物理、数学基础，思维活跃，求知欲强，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。

教学要求：1. 结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

2. 创设情境，激发学生兴趣，引导学生主动探究和思考。

3. 注重培养学生的创新意识和团队协作精神，提高综合素质。

二、教学内容1. 导管架平台基本概念与分类：介绍导管架平台的基础知识，包括定义、分类、应用场景等，参考课本第二章第一节。

2. 导管架平台构造与设计原理：详细讲解导管架平台的构造、设计原理及主要性能参数，以课本第二章第二节为核心内容。

3. 导管架平台与海洋环境相互作用：分析导管架平台在海洋环境中的稳定性、耐久性等，结合课本第二章第三节。

4. 导管架平台施工技术：介绍导管架平台的施工流程、关键技术及注意事项，以课本第二章第四节为基础。

5. 导管架平台检测与维护：讲解导管架平台的检测方法、维护措施及故障处理，参考课本第二章第五节。

导管架设计第五篇海上平台结构第⼆章导管架设计第⼀节结构总体确定⼀、结构总体布置1. 基本原则总体布局合理，传⼒路径短，构件综合利⽤性好，材料利⽤率⾼，满⾜其他专业对结构型式的要求。

2. ⼀般考虑在进⾏结构总体布置时，⼀般应考虑如下⼏个⽅⾯：1）应尽量使杆件在各种受⼒状态下都能发挥较⼤作⽤, 杆件数量和规格⼒求少，结构尽量对称；2）不宜在飞溅区内设置⽔平构件；3）不宜在冰作⽤区内设置⽔平构件和斜撑；4）⼀般情况下，管节点宜设计为简单节点；5）导管架斜撑的⾓度（即与⽔平⾯夹⾓）宜在45度左右；6）导管架腿的表观斜度宜在10：1 7：1；7）隔⽔导管与结构的连接: 如业主没有指定，对于动⼒响应较明显的平台（如三腿或独腿平台），⽔上部分（包括在甲板和导管架的⽔上⽔平层上），隔⽔导管和甲板﹑导管架的连接要⽤焊接⽅法固定，⽔下部分⽤楔块固定；8）各桩的受⼒⼒求均匀；9）对于滑移装船吊装下⽔型导管架，滑靴的布置与吊点的布置要协调考虑；10）装船滑靴的横向间距的确定应考虑预制场地与运输驳船滑道的间距；11）应考虑钻井﹑修井的要求。

⼆、结构构件的选取1．结构构件的选取要综合考虑强度、刚度、稳定性和经济性这⼏⽅⾯的因素。

2．不论是成品钢管还是卷制钢管，如有可能，尽量减少所⽤材料的规格。

3．对于管型构件的选择要考虑下列因素：1） D/t⽐：不宜⼤于60，对于卷制焊接钢管不应⼩于20，最好⼤于30；注： D---中性直径，t---壁厚。

2） Kl/r：对主要杆件不宜⼤于120；注： k---有效长度系数，l---侧向⽆⽀撑长度，单位为⽶（m），r---回转半径, 单位为⽶（m）。

3） -Y-K节点:主要节点: d/D=0.4～0.8次要节点: d/D取值可稍⼩些；注： d---⽀杆直径，D---弦杆外径。

三、结构材料选取1. 基本原则结构材料的选取既要考虑强度要求，⼜要考虑结构⼯作场所的环境条件，在结构中的部位和可能使⽤的加⼯⽅法等。

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。

浅水海域导管架平台桩基形式分析81 桩基形式简介在导管架平台设计中，桩基起着至关重要的作用。

导管架所受到的荷载通过桩基传递到海床中，起到稳定整个导管架平台的作用。

导管架平台桩基形式包含两种：一种是主桩形式，其桩基通过导管架腿中的环形空隙打入泥中，最后通过灌浆固定；另一种是导管架在泥面处设置裙桩套筒，桩从裙桩套筒中打入泥中，然后通过灌浆固定[1]。

2 结构重量对比对于浅水水深（约40m）的导管架平台，涠洲地区已经存在很多类似的平台。

近两年刚实施的WZ11-2 WHPA 平台在基本设计的时候采用的是主桩形式，到详细设计的时候改为裙桩形式，该平台在不同设计阶段的采用不同的桩基形式非常具有可比性。

下面以WZ11-2 WHPA平台为例先对重量情况进行比较。

针对WZ11-2 WHPA平台，结构质量对比如表1所示。

表1 WZ11-2 WHPA平台质量对比项目主桩形式裙桩形式形式3腿3桩3腿3桩水深/m 35.935.9主结构/t 397.3439附属结构/t 142104桩径/in 6060桩长/m 331224.4桩重/t 430311总钢材量/t969.3854对于导管架主结构来说，由于裙桩形式需要增加裙桩套筒部分结构，而主桩形式的导管架不需要裙桩套筒，桩直接从主腿的环空中打入，因此采用裙桩形式的导管架主结构重量会略微比主桩形式的导管架主结构重量大。

从桩总长方面来看，由于裙桩形式的导管架桩不需要从主腿内灌入，裙桩只需要高出裙桩套筒约5m高度，保留套桩锤的位置即可，不需要伸到主腿以上，因此裙桩形式的桩比主桩形式的桩要短。

具体如图1所示。

图1 主桩与裙桩的桩长对比由图1可看出，对于水深40m的平台：对于主桩形式的单根桩长：80m（入泥深度）+40m （水深）+8m（导管架工作点高程）+5m（套锤空间）=133m对于群桩形式的单根桩长：80m（入泥深度）+10m （裙桩套筒高度）+5m（套锤空间）=95m因此，裙桩形式的单根桩约比主桩形式桩短133-95=38m。