海洋平台结构课程设计

如何对海洋平台进行结构优化设计引言：海洋平台是石油钻探与生产所需的平台，主要分钻井平台和生产平台两大类。

平台与海底井口有立管相通，最早出现的平台是导管架平台，由若干根导管组合成而。

先把导管架拖运到海上安装就位，然后顺着导管打桩，最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆，使导管固定于海底。

平台设于导管架的顶部。

导管架平台的整体结构刚性大，适用于各种土质，是目前最主要的固定式平台。

由于海洋平台工作环境是在近海海面上，受到风浪等载荷作用，因此对其安全性和可靠性的分析和评价是确保其在服役年限内正常使用的重要环节。

1 海洋石油平台结构特点海洋石油平台是高出海面的一种海洋工程结构，按结构类型可分为固定式平台和移动式平台。

固定式平台又可以分为导管架型、塔型和重力型等各种结构形式。

移动式平台则包括自升式、半潜式，浮船式和张力腿式等结构形式。

海洋平臺是海洋资源开发的基础设施，是海上作业和生活的基地。

在复杂和恶劣环境条件下，环境腐蚀、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳损伤积累等不利因素都将导致整体抗力的衰减、影响结构的服役安全度和耐久性。

合理地建立海洋环境载荷模型、系统地研究海洋平台结构可靠度，揭示海洋平台结构体系优化的理论和方法提高基于可靠度的海洋平台结构优化设计到一个新的水平、从而为海洋资源的安全开采提供科学可靠的保证。

2 海洋平台仿真建模导管架平台由上层平台结构和下部导管架结构组成，导管架底端通过桩基础固定。

上层平台包括支撑框架和甲板，主要提供生产和生活的场地，其外形为矩形。

下部导管由一系列钢管焊接而成，主体是六根主导管，其间用细管件作为撑杆，组成空间塔架结构，桩基础通过主导管插入海底土层。

整个模型采用三种单元类型：PIPE16，BEAM4，SHELL63。

下部导管架和上部甲板框架的主要竖向支撑构件采用PIPE16单元，甲板平面的框架梁采用BEAM4单元，水平甲板采用SHELL63单元。

整个模型采用同一种钢材，弹性模量EX=2e11Pa，泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7800kg/m3。

海洋平台结构课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习，使学生掌握海洋平台结构的基本概念、类型、设计和应用；培养学生运用结构力学原理分析问题和解决问题的能力；提高学生对海洋工程领域的认识，培养学生的创新意识和实践能力。

具体目标如下：1.知识目标：学生能够阐述海洋平台结构的基本概念、类型和应用；理解并掌握平台结构设计的原理和方法；了解海洋平台结构在我国海洋工程中的地位和作用。

2.技能目标：学生能够运用结构力学原理分析和解决海洋平台结构问题；能够运用相关软件进行简单的海洋平台结构设计和模拟；具备较强的动手能力和团队协作能力。

3.情感态度价值观目标：培养学生对海洋工程领域的兴趣和热情，提高学生对国家海洋战略的认识；培养学生遵纪守法、诚实守信的职业道德，增强学生的社会责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.海洋平台结构的基本概念和类型：包括平台结构的定义、分类及其在海洋工程中的应用。

2.海洋平台结构设计原理：主要包括平台结构的受力分析、强度计算、稳定性分析和耐久性设计。

3.海洋平台结构设计方法：包括传统设计和现代设计方法，如数值模拟、优化设计等。

4.我国海洋平台结构发展现状和趋势：介绍我国海洋平台结构的发展历程、现状及未来发展趋势。

5.海洋平台结构案例分析：分析典型的海洋平台结构案例，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。

三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：教师通过讲解海洋平台结构的基本概念、原理和设计方法，引导学生掌握课程知识。

2.案例分析法：教师通过分析典型海洋平台结构案例，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

3.讨论法：教师学生就海洋平台结构的相关话题展开讨论，提高学生的思考和表达能力。

4.实验法：学生动手进行海洋平台结构模型制作和实验，培养学生的动手能力和团队协作精神。

四、教学资源为实现课程目标，我们将运用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、科学的海洋平台结构知识。

第四章海洋平台的设计及建造施工第一节平台结构设计的一般步骤海洋平台的结构设计首先是根据平台作业海域的环境条件、海底土壤特性、平台的使用要求、安全性、营运性能、建造工艺和维护费用以及业主的期望等选择平台的结构型式方案。

由于平台长期固定或系泊于特定的海域中作业，它不像一般船舶那样，遇到大风浪可以避航，因此，在结构设计中正确的确定海洋环境条件显得非常重要.海洋环境条件一般包括海域的水深、风暴、波浪、海流、潮汐、海底冲刷和滑移、冰情和地震等.这些海洋环境因素对平台的安全和作业效率有极大的影响。

为了设计出满足各项设计条件，同时经济性能优良的平台结构，往往需要选择多种方案进行分析比较,最后选定最佳的方案.因此平台结构设计实际上是一个逐步逼近或试探的过程，例如挪威阿柯（AKER）集团设计的“阿柯—H3”号半潜式平台就选择了A至H的8中方案进行分析、筛选，最后选定了H方案中的第3种修改方案，平台也因而取名为“阿柯—H3”。

一般初步选定一种结构型式,确定平台主要尺寸，具体进行总体布置后，如果是移动式平台则需要进行运动性能和稳性的分析，倘若不满足设计任务要求和有关范围的规定，那么这种结构型式就要被淘汰。

为了进行结构安全性校核，需要进行外载荷计算、强力构件尺寸的初步确定和构件材料的选取等工作，最后进行结构的总体强度分析。

外载荷计算包括确定平台的浮力、结构重量、平台的甲板载荷，由风、浪、流、冰、地震引起的环境载荷等,这些载荷直接影响着构件的布置、连接和尺寸的大小，是决定结构设计优劣的重要因素.对于固定式平台，还需进行桩基计算以及桩—土—结构相互作用的分析。

平台的所有强力构件都必须符合规范的强度标准，否则应修改构件的尺寸和材料品种，直到满足要求为止.在结构强度尺寸确定后应对在总体布置时估算的结构重量进行校核，看其与实际的是否一致，若相差较大还需要进行调整.结构设计的最后一个阶段是局部节点结构设计，平台节点是重要的结构部位,它的强度和施工工艺往往直接影响平台总体结构的寿命.图4—1为平台结构设计的一般流程。

中国海洋大学本科生课程大纲一、课程介绍1.课程描述：海洋平台结构课程设计是针对船舶与海洋工程专业本科生开设的工作技术教育层面必修课。

本课程通过实践环节，完成具体典型导管架平台的总体设计思路训练，包括海洋环境计算及工程简化、桩基础承载能力计算、导管架结构整体强度及刚度分析，设计计算书撰写和工程图纸表达。

通过本课程的实践，使学生能够综合运用海洋平台结构及相关专业课程学习的基础理论和方法，系统完成结构分析计算，提高设计分析和工程表达能力。

2.设计思路：本课程以海洋平台结构设计的基本过程为主线，结合先修课程中学到的环境荷载计算、桩基承载力验算、结构整体强度分析、CAD制图等基础知识，使学生将掌握的海洋平台结构设计理论知识应用到实际设计和验算中，通过实际设计检验学生对于基础知识的把握，加深学生对理论知识的理解。

课程内容包括三个模块：目标平台调研、相关数据计算与分析、计算书编写及工程表达。

- 1 -（1）目标平台调研：该模块需要学生熟悉海洋平台设计的一般步骤，对目标平台进行参数和各项性能指标的调研，确定课程设计的各项数据标准。

（2）相关数据计算与分析：根据已确定的主尺度，对结构在选定工况下的其他参数进行计算，主要分为：海洋环境荷载计算、基础承载力计算、结构整体强度分析。

其中，海洋环境荷载计算为在选定海域环境条件下，对风、波浪、海流、冰荷载的计算，并且针对选定工况进行分析；基础承载力计算要求学生掌握桩基轴向承载力验算方法；结构整体强度分析主要包括设计目标平台在外荷载作用下的应力校核及位移校核方法。

（3）计算书编写及工程表达：本模块中，学生需要学习并完成计算书的编写，掌握目标平台设计资料编写，并且通过专业分析软件完成平台的响应输出分析。

最终上交课程设计纸质报告。

3. 课程与其他课程的关系先修课程：海洋平台结构、钢结构设计基本原理。

本门设计课程与先修课程密切相关，只有掌握了先修课程中的理论知识和设计方法，才能够在海洋平台结构设计中加以综合应用，设计出符合规范标准的结构。

教案总纲一、课程目的任务使学生初步掌握运用海洋平台规范进行设计的方法，加深对规范的理解和认识。

二、教学基本要求使学生了解学习本门课程的意义；了解规范制定的主要依据；规范中主要条款的运用方法；如何运用规范进行平台结构设计。

三、课程内容及学时安排第一章概述 2第二章设计载荷 2第三章设计通则 6第四章自升式平台 4第五章半潜式平台 2第六章坐底式平台 2第七章水密舱壁与深舱舱壁 2第八章课程设计 4四、教学方法及手段根据教室安排情况，尽可能使用多媒体教学。

授课中以讲课与设计实例相结合。

五、教材及主要参考资料中国船级社.海上移动平台入级与建造规范.人民交通出版社，1992.中国船级社.海上移动平台入级与建造规范.人民交通出版社，2005.孙丽萍，聂武编.海洋工程概论.哈尔滨工程大学出版社，1999.李治彬编.海洋工程结构.哈尔滨工程大学出版社，1999.中国船舶工业总公司.船舶设计施用手册-结构分册.国防工业出版社，2000.第一章概述1.1 课程性质介绍本课程主要授课对象；学生未来分配方向-中石油等相关企业；石油工业的开采与发展-开采技术、成本、海洋平台的用途；授课的方式-每次课以几个重点问题进行讨论。

1.2 规范在专业中的地位和作用1)什么是结构规范？结构规范—对船舶（海洋平台）结构及构件的形式、强度、刚度、稳定性以及建造工艺、焊接、材料等做出规定并强制执行的法规。

规范的特点：权威性（强制执行）、合理性、实用性（简单、易懂）。

2)什么是结构规范设计？结构规范设计—以结构规范为设计依据，确定船舶（海洋平台）结构形式、结构布置、构件规格以及结构使用的材料、焊接、建造工艺等，从而使船舶（海洋平台）具备足够的强度、刚度、稳定性的设计方法。

3)规范在专业中的地位和作用规范是专业理论的总结；规范是理论与实践的产物。

4)结构设计的一般步骤确定结构形式（构件的布置）、载荷、简化力学模型、选取构件（带板、剖面模数计算）、计算应力、根据材料和经验确定许用应力、比较二者值得出结论。

海洋平台设计原理课程教学大纲课程代码：74120610课程中文名称：海洋平台设计原理课程英文名称：Principles of Offshore Platform Design学分：3.0 周学时：3.0-0.0面向对象：预修要求：统计学、结构力学一、课程介绍（一）中文简介本课程就各式海洋平台特性，介绍其设计要点和设计程序，特别强调设计方法论，包括极限状态设计法、板壳结构之极限强度分析、海洋平台之波浪负荷分析；海洋平台的疲劳强度分析及可靠度设计法；设计分析中不确定因素的分类处理与机率方法；海洋平台的寿期安全设计法。

透过课程的理论与方法学习和实践训练，使学生可系统地了解和掌握平台设计的结构强度、结构使用寿命和平台结构运营期间的安全可靠度。

同时具备应用统计学和可靠度理论计算平台结构特征负荷的能力；应用结构力学知识分析平台结构极限强度和疲劳强度的能力；以及综合评估平台使用寿命和寿期可靠度的能力。

（二）英文简介The main items and the procedure related to the design of various offshore platforms are demonstrated in the course.The design method dologies are particularly emphasized.Inwhich,the syllabus encompasses the limit-state method of design,the analysis theory of the ultimate of design,the analysis theory of the ultimate strength of plate and shell structures,analysis theory of characteristic wave loads sustained by offshore platforms,complete reliability design method in considering fatigue strength,categorization and probability method used in dealing with the uncertainty factors encountered in designs,and the life-cycle reliability design method.Through the theoretical and methodological studies and the practice ofexercises,students may systematically understand and master the design methods for the analyses of wave loads and structural strength.Also,the students can be provided with the capability of the design assessment of the fatigue life time of platforms,and the reliability and safety during the period of in-service operation .一、教学目标（一）学习目标基于海洋设计与一般结构物设计的不同，风险分析的概念与思想的强化是学习的首要重点。

海洋平台钢结构的承重详细设计本文主要论述海上石油钻井平台钢结构在承重状态下的详细设计，以实际项目为例，介绍承重设计的整个过程以及相关软件的应用方法，目的在于提高设计人员的工作效率、减少错误的发生。

包括如下几个部分：一、工况概述和初步设计；二、型材选用和结构力学计算；三、节点分析和加强。

标签：承重；有限元；UC值；节点1 工况概述和初步设计海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，钢结构作为承受所有荷载的载体，力学计算就成为钢结构设计的主要依据。

本文以平台改造项目为例，论述承重状态下的详细设计的基本方法和工作思路。

1.1 工况概述：平台改造项目的目的是为了在平台上增加一台设备，以更好的进行原油处理，减少资源浪费。

该设备重70吨外形尺寸为长2米宽12米，放置于平台东侧，目前设备就位区没有结构，需要增加结构放置设备。

1.2 初步设计：首先，要进行节点设计，我们初步设计了28个节点，节点的名称和坐标如下：设备放置于节点6、7、N、M围成的方形区域内。

该设备的重量荷载是以面荷载的形式施加到节点6、7、N、M所连接的梁格上的。

2 型材选用和结构力学计算接下来可以选择H型钢了，由于该项目承重设备重量较大所以我们尽量选择屈服强度较大的H型钢进行设计，大梁选用H588X300X12X20的H型钢屈服强度355MPa，小梁选用H300X300X10X15的H型钢屈服强度355MPa。

将这两种型钢的数据输入SACS5.2。

梁格的规格确定以后还要选择甲板板的规格，按照规范选择8毫米厚的碳素结构钢材质为Q235B，输入SACS5.2。

选择好材料就可以开始结构力学计算了，我们先根据初步设计的蓝图建立SACS5.2的力学模型，经过计算发现单靠H型钢的悬臂结构无法满足该设备的承重要求，因此考虑增加斜撑，选择直径为273毫米壁厚为10毫米的20#钢的无缝钢管。

同时需要增加两个节点作为斜撑的支点，T号节点坐标为（0，0，-4）U号节点坐标为（0，18，-4）。

海洋平台结构与强度课程教学大纲课程代码：74120460课程中文名称：海洋平台结构与强度课程英文名称：Structure and Strength of Offshore Platform学分：3.0 周学时：3.0-0.0面向对象：预修要求：材料力学一、课程介绍（一）中文简介本课程从系统化介绍海洋平台结构型态、分类、与结构特性，先让学生对海域平台有清楚认识，再从海域平台结构特性，引导学生了解对复杂结构分层次建立合理的分析模型，配合结构模型应用相对应的材料强度特性与结构力学原理分析结构的应力分布、设计强度以及极限强度。

随著上课内容交付学生作业，使学生在课后阅读课件外，能自行思考并动手完成作业。

课程分成11章，春夏学期分別為５章與6章。

春学期包含：海洋平台结构简介、材料特性、材料应力应变关系与结构基本模型、薄壳梁理论、梁模型的挫屈与极限强度等5章，夏学期包含：海洋结构分析模型说明、板块弯曲与极限强度、板块与肋版挫屈强度、圆柱壳强度与挫屈强度、銲接結構強度及结构疲劳强度与破裂等6章。

本課程授课期使学生系统化地了解和掌握海洋平台结构特性、建立合理的简化分析模型而具备分析复杂海洋平台应力与评估强度的基础能力。

（二）英文简介This course introduces systematically the types, classifications, and structural characteristics of different types of offshore structures, enables the students to know the offshore platform and their structural properties first of all; then provide the guide to students to understand the multilevel analysis model for the complex offshore structures which integrates the material properties, mechanical principles and the analysis model to solve the stress distribution of structural members and their design strength as well as ultimate strength. Some home works were prepared let the students learn to solve the strength problems ofstructures by self, besides read lecture manuscript. This course contains 11 chapters, 5 chapters for spring semester and 6 chapter for summer semester. 5 chapters for spring course are: (1) introduction of marine structures, (2) material properties and test, (3) stress-strain relationship and the basic model of structures, (4) the thin walled structures and (5) buckling and ultimate strength of beam-column model. 6 Chapters for summer semester are: (1) structural modelling for complex offshore structures, (2) The plate bending and its ultimate strength, (3) buckling of plates, (4) strength and buckling of cylindrical shell structures, (5) the strength of welded structures and (6) fatigue and fracture of structures. This course aims the students understand the properties of offshore platform systematically, and has the abilities to build a reasonable analysis model, and solve the strength problem for complex offshore platforms.二、学习目标及可测量结果2.1 学习目标“海洋平台结构与强度”课程包括船舶结构与海洋平台结构，考慮海洋工程結構有別其他產業結構的特殊性，以学生未来从事海洋工程结构实务与研究所需结构强度知识与应用能力为主要重點，整合结构力学、材料强度特性与海洋结构分析模型特性，通过课程教学与课堂讨论方式，实现理论知识的学以致用。

《海洋石油平台设计》课程设计目录第一章综述 (1)1.1 平台概述 (1)1.1.1 海洋平台的分类 (1)海洋平台结构的发展历史及现状 (2)海洋平台结构的发展趋势 (4)1.2 海洋环境荷载 (5)海风荷载 (5)海流荷载 (5)波浪荷载 (6)海冰荷载 (7)地震作用 (8)1.3 ANSYS软件介绍 (8)1.3.1 ANSYS 的发展历史 (9)1.3.2 基本功能 (9)分析过程 (10)第二章导管架平台整体结构分析 (15)2.1 导管架平台简介 (15)2.2 平台整体模型建立 (15)工程实例基本数据: (15)平台几何模型的建立 (16)、波流耦合作用下导管架平台整体结构静力分析 (25)结构整体静力分析 (25)2.3.2 静力结果分析 (28)2.4 导管架平台整体结构模态分析 (32)结构模态计算 (32)观察模态分析结果 (33)2.5 波浪作用下平台结构瞬态动力分析 (38)瞬态动力分析 (38)动力分析结果处理 (42)第三章平台桩腿与海底土相互作用模拟 (47)3.1 基础数据 (47)前处理过程 (48)静力求解计算 (53)3.4 结构模态分析 (60)第四章总结 (68)第一章综述1.1 平台概述海洋平台是一种海洋工程结构物,它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。

随着海洋开发事业的迅速发展,海洋平台得到了广泛的应用,如海底石油和天然气的勘探与开发、海底管线铺设、海洋波浪能的利用、建造海上机场及海上工厂等。

目前应用海洋平台最为广泛的领域当属海上油气资源的勘探与开发。

用于海上油气资源勘探与开发的洋平台按功能划分主要分为钻井平台和生产平台两大类,在钻井平台上设有钻井设备,在生产平台上则设有采油设备。

若按结构型式及其特点来划分,海洋平台大致可分为三大类固定式平台、移动式平台和顺应式平台。

1.1.1 海洋平台的分类1.固定式平台固定式平台靠打桩或自身重量固定于海底,目前用于海上石油生产阶段的大多数是固定式平台,它又可分为桩式平台和重力式平台两个类别。