下载文档原格式
海洋平台设计原理海洋平台是一种特殊的建设项目，可以在海上进行各种活动，如石油开采、风力发电、旅游观光等。
它需要经过精心的设计和规划，以确保其在恶劣海洋环境下的安全和可靠运行。
本文将介绍海洋平台设计的原理和相关要点。
首先，海洋平台设计的原理之一是稳定性。
由于海上环境的多变性，平台必须能够经受住各种风力、海浪和潮汐的冲击。
因此，设计师会考虑到平台的稳定性，采用合适的形状和结构来确保其不会倾覆。
其次，海洋平台设计的原理之一是材料的选择。
海水的腐蚀性是设计师必须考虑的重要因素。
他们会选择耐腐蚀的材料，如不锈钢或防腐蚀涂层，以延长平台的使用寿命。
同时，设计师还会考虑到材料的强度和刚度，以确保平台能够承受各类载荷。
此外，海洋平台设计还需要考虑到环境影响和生态保护。
平台可能会对海洋生态系统造成影响，设计师需要尽量减少对生态环境的破坏。
他们会采用环保技术和措施，如噪声控制、废水处理和废气排放控制，以保护周围海洋生态系统的完整性和稳定性。
另外，海洋平台设计还需要考虑到人员安全。
这些平台经常需要人员进行维护和操作，因此设计师必须确保平台提供良好的工作环境和安全设施，以预防事故和伤害。
他们会考虑到紧急撤离设备、消防系统、安全护栏等因素，以确保人员的安全。
此外，在海洋平台设计中，还需要考虑到平台的可维护性和可持续性。
由于平台将长期暴露在恶劣的海洋环境中，定期维护和保养是必需的。
因此，设计师会考虑到维护便利性和可持续性，以减少平台的维护成本和对环境的影响。
最后，海洋平台设计还需要考虑到经济性和可行性。
设计师需要在满足技术需求和安全要求的基础上，尽量降低平台的建设成本和运营成本，以实现项目的经济可行性。
总之，海洋平台设计涉及到多个方面的考虑，包括稳定性、材料选择、环境影响、人员安全、可维护性、可持续性、经济性和可行性等。
设计师需要综合考虑这些因素，以确保海洋平台在恶劣海洋环境中的安全运行和可持续发展。
1.如图1所示独桩海洋平台，其桩基由两段水平刚度不同的单元组成，其刚度分别为k1，k2，平台甲板处作用水平力p ，用有限元方法求解甲板水平位移、桩基两截面交点处A 点的位移。
（要求列出各单元刚度阵并组装成总刚度阵）
图1 平台简图
2.试确定图2所示海上结构节点2的波浪力表达式。
已知水深为d ，各杆件长度为L ，垂直杆外径为l 1，水平杆及斜杆外径为l 2。
结构的四个面相同。
设波高为Hm ，波长为λ，波浪频率为w ，节点2处波浪的速度幅值为E2,水质点的平均速度∧
2u ，水的密度ρ，1=D C ,2=M C 。
图2
注：∙
∙∙∧---+-=p p M p p p D p p op p U B C U u A C wt Kx F F )1()sin(ρρφ
1 2/122])()2
1[(w B C u A C E F p M p p D p op ρρ+=∧ w B C u A C tg p M p p D p 2∧
=φ，20πφ≤≤p
论述怎样选取次梁的截面。
第一章测试
1
【单选题】(2分)
下列哪项不属于船体设计？（）
A.
通风设计
B.
总体设计
C.
舾装设计
D.
结构设计
2
【单选题】(2分)
下列哪一个参数不属于船舶动力装置？（）
A.
主机的类型
B.
主机燃油系统
C.
主机的台数
D.
主机的转速
E.
主机的功率
3
【单选题】(2分)
船舶舯横剖面图描述了设计船（）。
A.
船舯0.4L区的船体纵横结构
B.
机舱的结构型式
C.
舯部以及上层建筑的结构型式
D.
全船的结构型式
4
【多选题】(2分)
船舶设计的指导原则有哪些？（）
A.
贯彻国家的技术政策
B.
遵守国际国内相关公约、规则、规范和法规
C.
充分考虑船东的要求
D.
节能与环保的要求
E.
最佳经济性的要求
5
【多选题】(2分)
船型的建筑特征应包括（）。
A.
货舱划分
B.
甲板层数
C.
船舶吃水
D.
甲板间高
E.
机舱部位
F.
上层建筑
6
【多选题】(2分)
船舶技术规格书中，相关结构方面有（）。
A.
结构形式
B.
甲板负荷。
海洋平台设施的结构与设计原理海洋平台设施是为了支撑和保护海洋石油、海底矿产等海洋资源开发和利用活动而建造的一种重要设备。
它承载着海洋作业的各种设备和人员，并提供了必要的生活、办公和储存空间。
本文将探讨海洋平台设施的主要结构和设计原理。
在设计海洋平台设施时，首要考虑因素是其安全性和稳定性。
考虑到海洋环境的复杂性、恶劣的气象和水域条件，海洋平台设施的结构需要具备抵御大风、巨浪、海啸和冰冻等自然灾害的能力。
此外，设施的设计也必须能够适应不同的水深、底质和地形条件。
海洋平台设施的主要结构包括：顶部结构、支撑系统和浮力系统。
顶部结构是海洋平台设施上方的建筑物，包括办公楼、居住区、作业平台和设备等。
支撑系统是将顶部结构固定在海底的重要框架，通常由支腿、桥墩或钢管构成。
浮力系统则通过各种浮力体，如船体、浮筒或弹簧吊架来提供平台的浮力。
为了确保在海洋环境下的安全和稳定，海洋平台设施的主要设计原理包括以下几个方面：1. 抗风稳定性：考虑到海上风力较大的环境，海洋平台设施的顶部结构和支撑系统都需要具备较强的抗风能力。
设计中通常会采用钢结构和一定的空气动力学设计，以减小风力对结构的影响。
2. 抗浪稳定性：巨浪是海洋环境的重要威胁之一。
为了保证海洋平台设施的抗浪能力，通常会考虑采用斜坡或斜板来减小波浪对结构的冲击。
此外，在设计过程中还会结合海浪预测模型进行合理的结构设计。
3. 抗冰稳定性：在极地和寒冷地区，海洋平台设施还需要考虑抗冰稳定性。
设计中通常会采用合适的材料和措施来预防冰冻，例如热水灌注、防冰材料覆盖等。
4. 浮力系统设计：海洋平台设施的浮力系统是保证平台上浮并保持平衡的重要组成部分。
设计中通常会考虑到平台的总重量、浮力体积和浮力中心的位置，以保证平台在水体中的稳定性。
5. 地基设计：由于海洋平台设施需要在海底固定，地基设计也是关键因素之一。
不同的地质条件可能需要采用不同的支撑系统和固定方式，如钻井或地基桩基础。
海洋平台工程施工组织设计原理海洋平台工程是指在海洋上建设各种用于石油、天然气、风电等资源开发的人工结构物。
为了确保工程的顺利进行，施工组织设计是至关重要的一环。
本文将就海洋平台工程施工组织设计的原理进行探讨，并提出相应的解决方案。
1. 工程背景及需求分析在开始施工组织设计之前，必须先充分了解工程背景及需求，包括工程的规模、工期、预算等。
通过对工程特点的分析，确定施工组织设计的目标和原则，为后续的施工工作奠定基础。
2. 施工方法选择根据海洋平台工程的不同类型和特点，选择适用的施工方法。
常见的施工方法包括浮动式施工、沉管式施工和宜人式施工等。
需要根据工程实际情况，综合考虑施工效率、施工成本、安全性等因素，选择最合适的施工方法。
3. 施工工序安排根据工程的具体要求和施工方法的选择，对施工过程进行分解和安排，确保施工工序的合理性和连贯性。
在施工工序安排时，要充分考虑各施工单元之间的协调与配合，尽量减少工序之间的等待时间和资源浪费。
4. 施工资源配置合理配置施工所需的各种资源，包括人力、物力、机械设备等。
通过综合考虑各种资源的供需状况，确保在施工过程中各种资源能够得到充分利用，提高施工效率和质量。
5. 安全管理措施在海洋平台工程施工过程中，安全是至关重要的。
必须制定详细的安全管理措施，建立安全管理体系。
包括对施工人员的安全培训、施工现场的安全设施和安全操作规程的制定等。
通过合理的安全管理措施，保障施工人员的生命安全和工程的顺利进行。
6. 施工质量控制为了确保海洋平台工程的质量达到设计要求，必须建立严格的施工质量控制体系。
包括对施工过程中关键环节的监控和检验，及时发现和纠正施工中存在的质量问题。
通过有效的施工质量控制，确保工程的安全可靠和长期运行的稳定性。
7. 环境保护措施海洋平台工程施工可能对海洋环境产生一定的影响，应采取相应的环境保护措施。
包括减少施工过程中对海洋生物的干扰，避免水质污染等。
倡导绿色施工理念，最大限度地保护海洋生态环境。
海洋平台设计原理复习一、思考题1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。
各类型的优缺点有哪些？1）固定式平台（导管架平台、重力式平台）：优点——整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小，抗风暴的能力强。
缺点——机动性能差，较难移位重复使用。
2）活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO）：优点——机动性能好缺点——整体稳定性较差，对地基及环境有要求。
3）半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）：优点——适应水深大，优势明显。
缺点——较多的技术问题有待解决。
2.海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？1）总体布置与优化设计研究2）环境载荷研究3）平台极限承载能力研究：必要性——评价平台的安全性、强度储备、优化研究方法——试验方法、数值方法4）平台稳性研究：必要性——研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力研究方法——规范校核（CCS、ABS)、软件分析(NAPA、ANSYS)5）关键结构或节点的疲劳性研究：必要性——结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。
研究方法——疲劳试验、疲劳仿真6）平台模块化技术研究：必要性——便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。
研究方法——疲劳性能试验、计算分析7）焊接工艺与结头韧性评定技术研究：必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。
研究方法——CTOD试验、数值仿真（CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力）8）振动、噪声预报与控制研究必要性——振动噪声会使结构疲劳、影响健康研究方法——振动分析、噪声预报9）平台碰撞分析和防撞技术研究必要性——平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计研究方法——模拟碰撞场景，分析结构响应以上关键技术问题的研究方法主要都是规范校核、软件分析、数值分析、试验分析这几种。
3.平台设计荷载的种类？并列举各个种类所包括的荷载。
使用荷载：固定荷载、活动荷载环境荷载：风荷载、波浪荷载、海流荷载、冰荷载、地震荷载施工荷载：吊装力、装船力、运输力、下水力和扶正力、安装期地基反力四大荷载组合：1）设计的工作环境与平台上固定荷载和相应的最大活荷载组合；2）设计的工作环境与平台上固定荷载和相应的最小活荷载组合；3）设计的极端环境与平台上固定荷载和相应的最大活荷载组合；4）设计的极端环境与平台上固定荷载和相应的最小活荷载组合；4.导管架平台的结构组成？导管架平台主要由两大部分组成：一是由导管架和钢管桩组成，用来支撑上部设施与设备的基础结构，通常称为支承结构；另一部分是由甲板及其以上的设施和设备组成的，作为钻井或采油及其他用途的场所，统称为上部设施与设备。
即主要由4小部分组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块5.导管架平台的设计依据有哪些？1）平台的用途和甲板的尺寸：使用要求、工艺要求和布置；2）平台的位置和方位：位置决定设计条件和建设方式，方位根据环境和使用要求确定（正北方向）；3）平台所在位置水深和甲板高程：潮汐资料决定水深，甲板高程保证气隙高度和使用要求；4）平台总体布置：合理布置、估算重量（载荷）；5）海洋环境资料和场地调查。
6.导管架平台设计的一般要求？使用要求、安全要求、环境保护要求、施工条件要求、经济条件要求7.导管架平台结构设计有哪些原则和特点？1）特点：总体布局合理，传力路径短，构件综合利用性能好，材料利用率高，满足其他专业对结构型式的要求。
2）原则：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；不宜在飞溅区内设置水平构件；不宜在冰作用区内设置水平构件的斜撑；一般情况下，管节点设计为简单节点；导管架的斜撑角度（即与水平面夹角）宜在45度左右；导管架腿的表观斜度宜在10:1和7:1之间；如没有指定，对于动力响应较好的平台（三腿或独腿）的水上部分、隔水导管和甲板、导管架的连接要用焊接方式固定，水下部分用楔块固定；各桩受力要求均匀；对于滑移装船吊装下水的类型，滑靴的布置与吊点分布置要协调考虑；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；应考虑钻井、修井的要求。
8.桩基是如何分类的？按施工方法分类：打入桩基础、钻孔灌注桩基础、钟型桩基础按承载性状分类：摩擦型桩、端承型桩（详见课本92页）9.受压桩的轴向承载力计算方法有哪些？静力法：一种半经验方法，也称为静力公式法；动力法：包括动力打桩公式、波动方程和动力试验三种方法；静载试桩法：在现场直接对桩顶加载，测试土对桩的阻力；地区性半经验公式法：地基状况差别，经验总结。
10.什么是群桩效应，何时考虑？当组成群桩的各个单桩间距较小时，由于相邻桩的相互作用，一般群桩的承载能力变形特性要受到影响，这种影响称为群桩效应。
当桩距小于8倍桩径时，应考虑群桩效应对承载力及变形特性的影响。
11.如何对刚性桩和弹性桩进行划分？刚性桩：当桩很短、桩顶自由时，由于桩的相对刚度很大，破坏时桩身不产生扰曲变形，而是绕靠近桩端的一点作刚体转动，全桩长范围的土都达到屈服，这种受力和破坏状态的桩称为刚性桩。
半刚性桩：桩顶在横向载荷作用下，桩身发生扰曲变形，但桩身位移曲线只出现一个位移零点。
柔性桩：当桩的长度足够大且桩顶自由时，在横向载荷作用下桩身位移曲线出现2个以上位移零点和弯矩零点，且位移和弯矩随桩身衰减得很快。
半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩。
12.导管架平台的设计步骤？1）根据平台使用目的和要求对导管架进行总体布置，确定主尺寸，确定使用荷载；2）根据导管架所处海域位置确定环境条件，确定平台高程和方位；3）根据土壤地质资料进行桩基初步布置，确定桩径、桩数、桩长，确定导管架尺寸及倾斜度；4）根据设计规范、长细比等要求，结合经验，确定导管、立表面支撑、水平支撑等；5）根据以上初步估算结果，输入计算机专用软件，最后确定出详细的结构。
13.导管架平台结构总体分析中哪些情况应进行动力分析？1）地面加速度大于或等于0.05g时，应作地震响应的总体分析；2）平台收到冰荷载时，应注意冰荷载的动力影响；3）凡冲击性荷载频率接近于平台固有频率，且使结构产生重大响应时；4）当平台固有频率接近所在海域内的波浪中具有主要能量的波分量频率时。
14.简析影响平台疲劳强度的主要因素？1）应力幅和应力循环次数：高（低）应力幅低（高）寿命；2）残余应力：焊接应力高导致塑性变形，产生裂纹，导致结构破坏；3）材料缺陷4）海洋环境5）S-N曲线二、考试简答题及论述题1.海洋平台的类型及其优缺点？见思考题第1题。
2.导管架的主要作用？1）支承上部结构，提高整体稳定性；2）作为打桩定位和导向的工具；3）将平台上的负荷比较均匀地传递到桩上；4）可安装系靠船的设备，作为附属设备支撑；5）可作为安装上部结构时的临时工作平台。
3.自升式平台从移航就位到作业完成有哪些步骤？移航——就位——放桩——预压——升起主体——作业——降下主体——拔桩——提桩——固桩后移航4.活动荷载和固定荷载的不同？固定荷载是作用在平台上的不变荷载，当水位一定时荷载为一定值。
主要包括平台在空气中的重量和平台水下部分的浮力。
活动荷载是与平台使用和正常操作有关的荷载，其作用位置、大小和方向是可变的，主要分为可变荷载（缓慢变化，静载）和动力荷载（循环、冲击、事故荷载，动力特性显著）。
5.导管架平台常见施工载荷有哪些？见思考题第3题四大荷载组合。
6.导管架平台的特点和组成？特点：结构简单、整体结构刚性大、安全可靠、适用于各种土质、造价低、海上安装工作量小。
组成：导管架、钢管桩、甲板结构、设施和设备模块。
7.自升式平台桩腿长度和组成？桩腿分为桩身和桩垫2部分，上部桩身结构与升降机构相配合完成升降动作，下部桩垫形式需适应不同海底地基要求。
1）上部桩身结构：壳体式桩腿上部结构由外壳板和加强构件组成，桁架式桩腿上部结构由弦杆、水平腹杆、斜腹杆，以及水平撑杆组成。
2）下部桩垫结构：带整体沉垫的桩腿，其底部穿过沉垫甲板插入沉垫内，直达沉垫底，使桩腿的弯矩与剪力作用在沉垫甲板和底板上，桩腿的轴向力传到沉垫内垂直舱壁上。
插桩式桩腿的底部结构形式要适应不同的海底地基情况。
桩腿长度应考虑最大工作水深、设计入土深度、波峰高度和峰隙高度等因素。
8.海洋平台设计有哪些关键技术？见思考题第2题。
9.导管架平台的设计特点？总体布局合理，传力路径短，构件综合利用性能好，材料利用率高，满足其他专业对结构型式的要求。
10.论述题：1）海洋平台设计中涉及哪些专业知识？2）列举主要环境荷载，并论述其对结构和工作的影响。
风荷载：风荷载作为侧向荷载作用于平台结构上，其力作用点高，力矩大，并有动力效应，使平台产生位移、摇动或疲劳。
当风作用于高而细的柔性建筑物上时，需要考虑风的动力效应。
波浪荷载：波浪对海洋结构物有以下四种效应：1.由于流体的粘滞性而引起的粘滞效应，使结构受到阻力作用；2.由于流体运动的惯性及结构物存在而引起的附加质量效应，使结构物受到质量力作用；3.由于结构物存在对入射波浪的散射作用而产生散射效应；4.结构物与流体自由表面之间产生的自由表面效应。
海流荷载：海流作用在平台水下部分构件及海底管线上引起海流荷载，同时对平台的方位选择、船舶靠离和基础的冲淤等方面有显著影响。
冰荷载：造成海洋平台倒塌、破坏事故。
地震荷载：……三、其他知识点1.海洋工程的研究内容：广义的海洋工程是应用海洋基础科学和有关的技术学科开发、利用海洋的一门新兴的综合性技术学科，它主要研究的内容分为海洋资源开发技术和为海洋资源开发服务的建筑物及设备建造技术；狭义的海洋工程就是为海洋开发建造的结构物的总称，按爱养开发的海域深浅分为海岸工程、近海工程、深海工程。
2.海洋油气开发的特点：高技术、高投入、高风险、建设周期长且油气田寿命短。
3.海上油气集输系统类型：全陆式、半海半陆式、全海式。
4.导管架撑杆连接的形式有单斜式支撑、X型支撑、K型支撑，撑杆的基本作用有：帮助把水平载荷传至基础；在建造和安装期间保持结构的完整性；防止安装导管架桩系统时的扭曲变形；支持油井导管等附属结构，把这些构件产生的波浪力传至基础。
5.导管架平台方位确定原则：有利于抵抗环境载荷作用；便于工作船停靠、要满足平台上部设施与设备工艺布置的要求。
6.导管架平台的设计方法：母型设计、规范设计、按强度理论进行设计。
7.对于管型构件的选取要考虑下列因素：1）D/t:不宜大于60，对于卷制焊接钢管不应小于20，最好大于30；2）Kl/r:对主要杆件不宜大于120；3）-Y-K节点：主要节点：d/D=0.4-0.8,次要节点取值可稍小。
