课程设计报告

海洋平台课程设计报告罗森林微信号：ls、设计依据环境条件波浪（50年重现期）：50

年一遇波高，周期；H＝6.4m，

T=8.6s，水深

15m。海流（50年重现期）：表层流速

1.7m/s，底层流速

1.3m/s；风速

：10

分钟平均风速

25m/s（50

年重现期）假设总风荷载平均分配施加在四个桩腿顶部4.海冰

：设计厚度：45cm，极限抗压强度：2424kpa假设作用位置在海面桩腿处。注：在施加荷载时，所有荷载的作用方向要保持一致2.

地质资料3.平台参数说明y

4

，

x

2

。较长水平撑杆加长4

/

5

0.8m

，较短水平撑杆加长2

/

5

0.4m

。本次建模的

x

方向平行于较长的撑杆，y

方向平行于较短的撑杆。各结构坐标情况：A

桩腿桩腿各点，在原来尺寸的基础上，横坐标绝对值增加

0.8/2=0.4m，纵坐标绝对值增加

0.4/2=0.2m。B

甲板甲板各点，与桩腿共用的四个点和与该四个点相交的梁上的各点横坐标绝对值增加

0.8/2=0.4m，纵坐标绝对值增加

0.4/2=0.2m。C

水平撑杆和内水平撑杆按照新的节点坐标，连接即可。D

斜撑杆按照新的节点坐标，连接即可E

等效桩壁平台用途和主要功能设计某油气生产平台，满足一定的油气生产任务和特定海区的环境和地质资料。平台用钢平台用钢

D32,屈服应力为

315MPa，许用应力为

189

MPa；甲板用钢为Q235-A，屈服应

力为235MPa，许用应力为141

MPa。E=2.1e11，泊松比0.3。使用年限平台设计寿命为

15

年，设计时极端环境条件采用

50

年重现期环境数据。依据规范中国船级社《浅海固定平台规范》（2007）API《浅海钢质固定平台结构设计与建造技术规范》计算工况风冰流组合工况、风浪流组合工况二、

环境载荷简化计算三、

有限元建模1、

轮廓建立先经过计算模型各点坐标，利用关键点建模。特别说明：在水平面

z

0

处增加四个关键点，以便于后期加冰荷载。将这些点用线连接。特别说明：遇到在一条线上的点，要依次连接，不能跨越连接，否则结构在该点将不是焊接结构2、

定义单元类型本平台模型共需要以下四种单元类型①

pipe59

用于泥面以上的各种管件（等效外弦管、桩腿、斜撑管、水平撑管、内水平撑管）；②

pipe16

用于泥面以下的管件（桩腿）；③

beam188

用于甲板处梁；④

mass21

用于甲板与桩腿的四个共用点。C

斜撑管、水平撑管D

内水平撑管A

等效外弦管B

桩腿E

甲板等效质量点F

甲板梁截面（具体尺寸参考《钢结构课程设计》）3、定义实常数及截面尺寸：4、mesh

过程先进行mesh

attributes

，为每个部分分配其相应的单元类型和实常数。然后进行mesh

，选择

plot

elements

，如右图所示：5、定义材料属性、密度、重力加速度弹性模量2.11011

pa

，泊松比0.3密度7800kg

/

m3重力加速度9.8m

/

s25、定义完后，模型显示重力加速度（以惯性力的形式呈现竖直向上）6、施加约束本模型设计的约束方式是在泥面以下的最底部四个节点施加全约束，如图：四、

刚度分析（一）风浪流组合：1、所有力沿

x

方向风荷载：每个点

4251.345N（FX）浪流联合：相位角

68

度，波向、流向角

0

度整体位移：整体结构最大位移约为

5.8mm，位置坐标（-6.99，-0.33，10.27）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大位移约为

5.6mm，位置坐标（-4.19，-4.20，10.87）泥面以下部分泥面以下部分最大位移约为

3.81mm，位置坐标（-6.85，-6.29，-15）甲板部分甲板部分最大位移约为

5.8mm，位置坐标（-6.99，-0.33，10.27）此位置也是整体最大位移点2、

所有力沿

y

方向风荷载：每个点

4586.105N（FY）浪流联合：相位角

67

度，波向、流向角

90

度整体位移整体结构最大位移约为

5.9mm，位置坐标（-8.64，-0.009，10.35）泥面以上管件部分泥面以上管件最大位移约为

5.8mm，位置坐标（-5.5，-2，10.87）泥面以下部分泥面以下部分最大位移约为

4mm，位置坐标（-7.68，-5.46，-15）甲板部分甲板部分最大位移约为

5.9mm，位置坐标（-8.64，-0.83，10.52）（二）风冰流1、所有力沿

x

方向风荷载：每个点

4251.345N（FX）冰荷载：每个点

1515284.82N（FX）流荷载：流向角

0

度整体位移整体最大位移约为

4.7cm，位置坐标（-3.03，-4.20，11.20）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大位移约为

4.7cm，位置坐标（-4.10，-4.20，10.92）泥面以下部分泥面以下部分最大位移约为

1.82cm，位置坐标（-6.84，-6.30，-14.96）甲板部分甲板部分最大位移约为

4.69cm，位置坐标（-3.89，-4.20，11.25）2、所有力沿

y

方向风荷载：每个点

4586.105N（FY）冰荷载：每个点

1515284.82N（FY）流荷载：流向角

90

度整体位移整体部分最大位移约为

4.58cm，位置坐标（-4.75，-2.48，11.21）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大位移约为

4.56cm，位置坐标（-4.56，-2.88，10.93）泥面以下部分泥面以下部分最大位移约为

1.77cm，位置坐标（-7.68，-5.46，-14.95）甲板部分甲板部分最大位移约为

4.58cm，位置坐标（-4.75，-3.34，11.25）小结：1、

风浪流作用时：结构泥面以上所有部分，最大位移为

5.9mm，该点坐标（-8.64，-0.009，10.35）结构泥面以下所有部分，最大位移为

4mm，该点坐标（-7.68，-5.46，-15）以上两种情况均为所有力沿

y

方向作用时。2、

风冰流作用时：结构泥面以上所有部分，最大位移为

4.7cm，该点坐标（-3.03，-4.20，11.20）结构泥面以下所有部分，最大位移为

1.82cm，该点坐标（-6.84，-6.30，-14.96）以上两种情况均为所有力沿

x

方向作用时。五、

强度分析（一）风浪流1、所有力沿

x

方向风荷载：每个点

4251.345N（FX）浪流联合：相位角

68

度，波向、流向角

0

度整体应力整体最大应力

73.92MPa（在泥面以下），最大应力位置（8.37，-7.1，-22.94）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大应力

17.5MPa，最大应力位置（-5.89，-6.28，-15.33）甲板部分甲板部分最大应力

12.77MPa，最大应力位置（-4.6，-4.05，11.21）2、所有力沿

y

方向风荷载：每个点

4586.105N（FY）浪流联合：相位角

67

度，波向、流向角

90

度整体应力整体最大应力

78.7MPa（泥面以下），最大应力位置（-7.80，-7.68，-22.94）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大应力

19.1MPa，最大应力位置（-6.97，-5.16，-15.31）甲板部分甲板部分最大应力

13.42MPa，最大应力位置（-5.05，4.52，10.71）（二）风冰流1、所有力沿

x

方向风荷载：每个点

4251.345N（FX）冰荷载：每个点

1515284.82N（FX）流荷载：流向角

0

度整体应力整体最大应力

358.97MPa（泥面以下），最大应力位置（8.37，-7.1，-22.94）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大应力

111.99MPa，最大应力位置（-5.04，-5.10，-2.7）甲板部分甲板部分最大应力

60.84MPa，最大应力位置（5.22，-4.35，10.75）2、所有力沿

y

方向风荷载：每个点

4586.105N（FY）冰荷载：每个点

1515284.82N（FY）流荷载：流向角

90

度整体应力整体最大应力

352.89MPa，最大应力位置（-7.80，7.67，-22.94）泥面以上管件部分泥面以上管件部分最大应力

118.92MPa，最大应力位置（-5.80，-4.34，-2.69）甲板部分甲板部分最大应力

65.98MPa，最大应力位置（-5.05，4.52，10.74）小结：1、

风浪流作用时泥面以下部分最大应力

78.7MPa。泥面以上部分最大应力

19.1MPa，最大应力位置（-6.97，-5.16，-15.31）甲板部分最大应力

13.42MPa，最大应力位置（-5.05，4.52，10.71）以上均为所有力沿

y

方向的情况。2、风冰流作用时泥面以下最大应力

358.97MPa。（所有力沿

x方向）泥面以上管件部分最大应力

118.92MPa，最大应力位置（-5.80，-4.34，-2.69）甲板部分最大应力

65.98MPa，最大应力位置（-5.05，4.52，10.74）后两部分为所有力沿

y

方向。六、

桩基承载力验算电算结果：（单个桩腿最大应力）1、风浪流：所有力沿

X

方向：最大压力：1458200N所有力沿

Y

方向：最大压力：1551100N

2、风冰流：所有力沿

X

方向：最大压力：4927400N，最大拔力：2909900N所有力沿

Y

方向：最大压力：5344100N，最大拔力：3326600N六、结构动力特性分析1、

前六阶固有频率：2、

前六阶振型123456七、

结论（一）

强度校核结论1、风浪流作用时泥面以下部分最大应力

78.7MPa<189MPa泥面以上部分最大应力

19.1MPa<189MPa甲板部分最大应力

13.42MPa<141MPa各部分均符合条件。因此，结构可以在

50

年一遇的风浪流条件下服役。

2、风冰流作用时泥面以下最大应力

358.97MPa>189MPa泥面以上管件部分最大应力

118.92MPa<189MPa甲板部分最大应力

65.98MPa<141MPa因此，泥面以下部位不符合要求，其他部位符合要求。3、改善措施：冬天在水面处加防冰锥；对个别应力较大部位防止应力集中；条件允许的话换用更高强度的钢材。（二）

刚度校核结论风浪流作用时：结构泥面以上所有部分，最大位移为

5.9mm结构泥面以下所有部分，最大位移为

4mm风冰流作用时：结构泥面以上所有部分，最大位移为

4.7cm结构泥面以下所有部分，最大位移为

1.82cm位移均远小于其对应的外径（风冰流的状态下最大也是

3.43%，风浪流则更小），因此结构刚度符合条件。（三）

桩基承载力验算结论1、

风浪流作用时抗压：最大压力：1551100N，小于无土塞时最大承压力。因此校核通过。由于桩端部分只存在抗压的情况，因此在风浪流情况下抗压抗拔均通过校核。2、风冰流作用时最大压力：5344100N最大拔力：3326600N均大于所能承受的抗压抗拔承载力，因此在风冰流情况下，结构不能通过桩基承载力验算。3、改善措施冬季可以在水平面处加防冰锥；可以考虑加入土塞。（四）动力学分析结论模型前几阶共振周期大致为

0.6s，0.53s，0.27s，0.18s。为防止出现共振现象，当实际波浪周期较小时，可根据情况在平台附近增设防波堤。首先，进行水力计算需要先勾选ANSYSFl