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自升式平臺(tái)由平臺(tái)主體、樁腿和升降機(jī)構(gòu)三大部分組成。平臺(tái)主體的平面形狀一般有三角形(三腿)、矩形(四腿)和五邊形(五腿)等，如圖所示。平臺(tái)主體通常是一個(gè)具有單底或雙層底的單甲板箱形結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部根據(jù)作業(yè)、布置和強(qiáng)度要求設(shè)有縱艙壁和橫艙壁，但在樁腿之間的連線上必須設(shè)置強(qiáng)力艙壁作為平臺(tái)主體的主析材。甲板、底板、艙壁等和一般船舶一樣需要扶強(qiáng)材或強(qiáng)析材加強(qiáng)。為了增加海洋平臺(tái)的作業(yè)范圍及功能，船東提出了一個(gè)中間大開(kāi)口矩形平臺(tái)主體的設(shè)計(jì)方案。
由于中間大開(kāi)口，平臺(tái)主體實(shí)際上相當(dāng)于兩個(gè)船體與兩個(gè)連橋的組合體，整個(gè)平臺(tái)的總縱強(qiáng)度受到很大的削弱。對(duì)于這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，按照現(xiàn)有的平臺(tái)建造規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)可能是偏于危險(xiǎn)的。因此，為了保障平臺(tái)的安全性，本研究對(duì)平臺(tái)整體進(jìn)行了三維有限元分析，并提出了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的改進(jìn)方案。平臺(tái)結(jié)構(gòu)主體部分全部采用普通碳素鋼，屈服應(yīng)力和許用應(yīng)力分別取23SMPa和141MPa，固樁室和樁腿采用高強(qiáng)度鋼，屈服應(yīng)力和許用應(yīng)力分別取355MPa和213MPa。
平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)有限元分析采用空間板梁組合模型，即平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的板全部簡(jiǎn)化為空間板單元，平臺(tái)骨架如縱析、縱骨、橫梁、肋骨等全部簡(jiǎn)化為空間梁?jiǎn)卧谄脚_(tái)內(nèi)部還有很多撐桿，用空間桿單元來(lái)處理。固樁室同樣簡(jiǎn)化為空間板梁組合模型。樁腿簡(jiǎn)化為圓管梁。平臺(tái)整體三維有限元模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)為21602個(gè)，單元總數(shù)為41566個(gè)，其中板單元24474個(gè)，梁?jiǎn)卧?6612個(gè)，桿單元480個(gè)。在自存工況下，根據(jù)不同的海況分析三種計(jì)算方案，即平臺(tái)在滿載情況下，分別受縱向、橫向和斜向三個(gè)方向的風(fēng)浪流載荷。同時(shí)考慮海底橫向傾斜1度，且只有三條樁腿插入海底。經(jīng)過(guò)三維有限元分析，發(fā)現(xiàn)平臺(tái)主體的總體強(qiáng)度是偏弱的。
平臺(tái)在四個(gè)區(qū)域的等效應(yīng)力是比較大的。1)兩個(gè)連橋部分的橫艙壁應(yīng)力值是很大的，尤其是最外側(cè)的封板。整個(gè)平臺(tái)的最大等效應(yīng)力為243MPa，出現(xiàn)在連橋與船體相接的肘板處。由于連橋的高度只有船體的一半，因此從總體上講，連橋部分是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。2)在平臺(tái)首部的開(kāi)口處，外板的等效應(yīng)力也很大，最大值達(dá)到207MPa。3)由于平臺(tái)中間開(kāi)了一個(gè)大方口，在四個(gè)拐角處的應(yīng)力集中是很嚴(yán)重的，最大等效應(yīng)力為205MPa。雖然局部采用了高強(qiáng)鋼，但當(dāng)考慮到疲勞問(wèn)題時(shí)，它仍然是個(gè)敏感部位。4)平臺(tái)左右舷側(cè)的等效應(yīng)力也很大，最大值達(dá)到200MPa。平臺(tái)在中間開(kāi)口以后，其總縱強(qiáng)度受到很大削弱，在這種情況下，實(shí)際上就靠四個(gè)縱艙壁來(lái)承受。另外，固樁室結(jié)構(gòu)相對(duì)較強(qiáng)，在船體與固樁室連接處，難免會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。
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