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自升式鉆井平臺是指具有活動樁腿，且其主船體能沿支撐于海底的樁腿升至海面以上預定高度進行鉆井作業(yè)的平臺，此種平臺在海洋石油開發(fā)中被廣泛應用。自升式海洋平臺與導管架固定平臺相比，結(jié)構(gòu)整體柔性較大，振動響應較為強烈，且隨著海洋工程向深海發(fā)展，環(huán)境越來越惡劣，載荷不確定因素增多，因此，自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)安全越來越受到重視，而結(jié)構(gòu)強度有限元分析自然就成為設計階段的重要研究內(nèi)容。
本文以自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)安全為目的，闡述了結(jié)構(gòu)強度理論，包括屈服強度理論、屈曲強度理論和疲勞強度理論；并結(jié)合自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)特點，提出了總體性能分析、船體強度分析及局部強度分析3個主要的結(jié)構(gòu)強度分析；最后以一析架式樁腿的自升式鉆井平臺為例，通過有限元分析和求解，闡述此類移動平臺結(jié)構(gòu)強度分析的過程及方法，對工程實踐有指導作用，并為工程設計人員提供借鑒。
自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)強度失效形式主要有3種，即屈服強度失效、屈曲強度失效及疲勞強度失效。對于樁腿、甲板間支撐等獨立構(gòu)件，其屈服強度應滿足下式：疲勞校核的目的是確保平臺結(jié)構(gòu)在營運期間有足夠的疲勞壽命，一般不應少于20年。發(fā)生疲勞破壞的結(jié)構(gòu)一般要承受循環(huán)載荷，自升式鉆井平臺易發(fā)生疲勞的位置為析架式樁腿的桿件節(jié)點處，因此務需對之進行疲勞分析。疲勞強度校核一般采用譜分析方法，具體過程可參見文獻。
根據(jù)自升式鉆井平臺的工作特性和結(jié)構(gòu)特點，其結(jié)構(gòu)強度分析可分為總體性能、船體強度及局部強度分析。自升式鉆井平臺的總體性能分析主要是考核其站立工作狀態(tài)下的整體安全情況，包括樁腿強度、鎖緊系統(tǒng)(升降系統(tǒng))承載性能、預壓載性能、樁靴承載性能及抗傾穩(wěn)性�？傮w性能會直接影響平臺的操作安全及作業(yè)能力，因此需予重點關注。具體計算方法和過程請詳見參考文獻。
平臺設計時，應確保船體具有足夠的強度，除承載設備及人員外，還能抵御環(huán)境載荷及功能載荷產(chǎn)生的不利影響。船體強度的失效形式主要為船體板或梁發(fā)生屈服、屈曲。受力主要工況為站立工況和拖航工況。站立工況下，預壓載和懸臂梁外伸狀態(tài)，船體受力最大，預壓載時，船體壓載艙和甲板的應力較高，懸臂梁外伸作業(yè)時，懸臂梁底座處主甲板及艙壁受力較大，且圍阱周圍的結(jié)構(gòu)應力較高；拖航工況下，樁腿和固樁結(jié)構(gòu)局部強度分析主要是對自升式平臺局部受力較大的結(jié)構(gòu)單獨進行計算分析。根據(jù)自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)特點，應予強度分析的局部結(jié)構(gòu)為：圍阱區(qū)、樁靴、生活樓、直升機甲板、吊機底座、懸臂梁、鉆臺、設備底座等。局部結(jié)構(gòu)一般所受工作載荷較大，因此，這些結(jié)構(gòu)在設計時強度應予保證。局部強度分析一般采用有限元分析方法，由計算得到的應力進行板的屈服、屈曲校核。
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