海洋平台结构设计课程设计

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。

文章编号:1001-4500(2001)01-0015-06海洋平台结构整体优化设计胡涛,肖熙,孟庆毓(上海交通大学,上海200030) 摘　要:通过采用美国M SC NA STRAN程序,对导管架式海洋平台进行了三维有限元分析,并在此基础上以两个方案对其结构进行了大型优化设计,优化结果最终可为平台降低建造成本。

关键词:海洋平台,优化设计,N SC NA STRAN程序 中图分类号:P752 文献标识码:A1　前言 近年来,随着我国石油工业的突飞猛进,石油生产的重心正慢慢地从陆地转移到了海上,因而作为海上石油生产的“主力军”——石油平台越来越得到了人们的重视。

在进行结构优化设计过程中,由于海洋石油平台本身的复杂性,势必牵涉到大量的优化设计变量和约束条件,传统的优化手段将不能反映出平台的许多重要细节,甚至不能把优化继续下去,这也正是大型优化问题的症结之一。

为此,我们采用了发展日臻成熟的有限元技术来分析计算,以期得到较满意的结果。

本文结合某导管架式海洋平台结构,采用美国M ac N eal2Schw endler(M SC)公司的大型结构分析软件NA STRAN进行平台结构整体优化设计。

2　数值优化方法的基本原理 本文采用美国M SC NA STRAN程序系统的优化模块,运用改进的可行方向法来解决大型优化问题。

该模块利用近似概念,把结构有限元分析与数值优化有机结合起来。

所谓近似概念即通过设计变量的耦合、约束条件的区化和筛选、结构响应近似化、直接线性化、混合方法和凸线性方法建立近似模型。

图1显示了M SC NA STRAN中有限元分析、近似模型和数值优化方法之间的关系。

收稿日期:2000210230作者简介:肖熙(19402)男,教授、博导攻关项目:国家计委“九五”攻关项目(8202101) 设计灵敏度分析是M SC NA STRAN 优化模块中比较突出的优点,可以加快数值优化的进程。

设计灵敏度分析即计算结构设计参数变化时结构响应的变化率Κij =5r j 5x i x τ0在x τ0处结构响应r j 对于第i 个设计变量x i 的变化率。