2023深水导管架结构分析技术指南

深水导管架结构分析技术指南2023PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目录第1章 通 则 1第1节 一般规定 1第2节引用文件 1第3节定义和缩写 1第2章 结构建模 4第1节 一般规定 4第2节 依据的图纸资料 5第3节 平台的结构模拟 6第4节 平台的荷载模拟 7第5节建模命名规则 8第3章 静力分析 9第1节 一般规定 9第2节基本工况 9第3节 组合工况 10第4节 结构校核 10第4章 动力响应分析 12第1节 一般规定 12第2节 动力放大系数 12第3节 响应的最可能极大值 13第4节 惯性荷载分布 14第5章 地震分析 15第1节 一般规定 15第2节 桩基线性化 15第3节 模态分析 15第4节 地震响应分析 16第5节 结构校核 16第6章 疲劳分析 18第1节 一般规定 18第2节 桩基线性化 18第3节 模态分析 19第4节 波浪响应分析 19第5节 疲劳寿命计算 19第7章 装船分析 22第1节 一般规定 22第2节 导管架强度分析 22第8章 运输分析 23第1节 一般规定 23第2节 运输船总纵强度分析 23第3节 运动响应分析 23第4节 导管架结构分析 24第9章 下水与扶正分析 25第1节 一般规定 25第2节 下水动力分析 25第3节 下水结构分析 26第4节 扶正分析 26第5节 扶正结构分析 27第10章 附加分析 28第1节 坐底稳定性及防沉板结构分析 28第2节 节点加强环 29第3节 裙桩套筒及连接结构局部强度分析 36第4节 涡激振动 36第5节 波浪砰击 39附录A 结构模型的节点编号和杆件分组规则 41第1节 节点编号的设置规则 41第2节 杆件和板单元分组编号的设置规则 41深水导管架结构分析技术指南第1深水导管架结构分析技术指南第1章通则PAGEPAGE1第1章通则1节一般规定（CS120m3s（适用时CCS（2015）5第2节引用文件SY/T10030CCSCCS第3节定义和缩写通过考虑人命安全和失效后果所确定的结构分类等级。由于受潮汐、风和波浪的影响，平台干湿交替的区域。结构设计时预计不失去使用功能的有效使用时间，期间需要有针对性、有计划的维护，但不需要大量的维修工作。材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。0.2%（峰值应力和不考虑应力集中时的应力（即名义应力）的比值，它反映了应力集中程度。海况在特定时间内，用以表征固定的随机过程的海洋波浪条件。4√𝑚0或𝑚0σ（30S-N曲线疲劳循环次数（N）与疲劳应力范围（S）之间的关系曲线。63%31/1000峰值。主腿立柱拉筋导管架水平层内或里面内斜向布置的用于加强结构稳定性的管型构件，通常有K型拉筋和X型拉筋等。斜撑上部组块的立面内斜向布置的，用于连接立柱和甲板主梁的的管型构件。对保持导管架结构整体完整性具有重要影响的关键构件，如主腿、撑杆等构件。缩写DAF动力放大系数（DynamicAmplificationFactor）MPME最可能极大值（MostProbableMaximumExtreme）RAO响应幅算子（ResponseAmplitudeOperator）深水导管架结构分析技术指南第2深水导管架结构分析技术指南第2章结构建模PAGEPAGE4第2章结构建模第1节一般规定YSY/T10.40.35LY，LZ。LY，LZ的K。折系数K 表结构部位系数K主腿或立柱1.0斜撑0.8K型拉筋0.8X型拉筋0.9K型拉筋和XK拉筋的原始长度取主腿表面至节点中心线的长度，X构件最大长细比 表杆件类型受压杆件受拉杆件主要构件120200次要构件120240208060SY/T10030-6.2.212060加强环以阻止发生局部屈曲。305mm1/4，（如2.1..海流阻挡系数 表导管架结构型式不同方向的系数端面对角线侧面4腿0.800.850.806腿0.750.850.808腿0.700.850.801.00.95𝐶𝑑考虑。水动力系数𝑪𝒅，𝑪𝒎 表分析类型构件类型𝑪𝒅𝑪𝒎静力/地震分析光滑构件0.651.6粗糙构件1.051.2疲劳分析光滑构件0.502.0粗糙构件0.802.0SY/T4第2节依据的图纸资料/（。第3节平台的结构模拟1mLYLZ与在桩基、Q-Z、P-Y桩土相互作用文件中应包含钢桩结构图中所体现的分段及对应的截面尺寸信8、Q-Z、P-Y第4节平台的荷载模拟深水导管架结构分析技术指南深水导管架结构分析技术指南PAGEPAGE8改隔水套管的密度考虑该部分重量。（）10m1产生额外的波流荷载，应通过修正主结构的𝐶𝑑和𝐶𝑚极块和外部静水压溃环，可在总体波流载荷设置固定系数，考虑额外的波浪载荷，一般取5%~10%。SY/T3Stokes54789第5节建模命名规则节点编号可按本指南附录A1杆件的分组编号可按本指南附录A2深水导管架结构分析技术指南第3深水导管架结构分析技术指南第3章静力分析PAGEPAGE10第3章静力分析第1节一般规定第2节基本工况J22.4.2MPME4第3节组合工况（100）（1下，高低水如有1年37.5%；100%75%。载荷组合工况表 表基本工况组合工况作业工况极端工况拔桩工况内波工况结构自重（含浮力）1.01.01.01.0设备干重1.01.01.01.0湿重-干重1.00.750.251.0活载荷0.50.3750.000.5钻修机操作载荷1.0--1.0钻修机极端载荷-1.01.0-作业风、波、流载荷（条件极值）1.0极端风、波、流载荷（条件极值）-1.01.0-内波、作业波浪及相关风载荷1.0第4节结构校核SY/T工作应力设67应根据静力分析得到的名义撑杆载荷和50%有效强度载荷校核导管架主要节102SY/T工61.52.0。深水导管架结构分析技术指南第4深水导管架结构分析技术指南第4章动力响应分析PAGEPAGE12第4章动力响应分析第1节一般规定对深水导管架平台的动力响应分析应采用带有修正的峰能量的随机线性波浪。Morison动力响应分析得到的惯性荷载应作为在位分析的基本荷载之一与平台的结构第2节动力放大系数应采用随机波浪响应的时域方法分别计算作业条件和极端条件下的平台动力DAFWinterstein/Jensen方法计算。随机波浪的选取准 表规则波数量≥200波高均值0最大波峰高𝐻𝑚0.95𝐻𝑠√2ln𝑁<𝐻𝑚<1.075𝐻𝑠√2ln𝑁4 4标准差σ0.99𝐻𝑠<σ<1.01𝐻𝑠4 4偏度S−0.03<𝑆<0.03峰度K2.9<𝐾<3.1注：𝐻𝑠为有义波高，𝑁=模拟时长/𝑇𝑧，对于3小时的模拟时长，N可取为1000。200s。随机波浪结构响应的DAFMPME按公式（−1）进行计算。式中：

=

(−1)𝐹𝑖——X，Y方向的基底剪力和倾覆弯矩；ds可以考虑取多个满足高斯性条件的随机种子计算DAFDAF第3节响应的最可能极大值Winterstein/JensenMPME1 1 3 4第2步：构建标准化响应过程，Z=(R−μ)/σ，并利用该过程计算响应跨零周期的出现次数N。对于3小时的模拟时间，N可以假设为1000。第3步：利用第1步的特征值根据公式(-1)-(-3)计算参数h3，h4，K。3ℎ= 𝛼3 3

(−1)4+2√1+1.5(𝛼4−3)4h=√1+1.5(α4−3)−1418

(−2)𝐾=(1+2h32+6h42)−0.5 (−3)如果第1步计算得到的峰度α4>5，则需要采用Jensen方法对参数h3，h4，K进行更新，更新方法如下：(1)构C1，𝐶2，的元线方组σ2 = C12+6C1C3+2C22+15C32σ3α3 = C2(6C12+8C22+72C1C3+270C32)σ4α4 = 60C24+3C14+10395C34+60C12C22+4500C22C32+ (−630C12C32+936C1C22C3+3780C1C33+60C13C3(2)设置C1，𝐶2，𝐶3的初始值，C1=σK(1−3h4)，C2=σKh3，C3=σKh4；(3)求解非线性方程组(−4)，得到新的𝐶1，𝐶2，𝐶3；(4)更新参数h3，h4，𝐾的值，𝐾=(𝐶1+3𝐶3)/σ，h3=𝐶2/(σK)，h4=𝐶3/(σK)。第4步：采用公式(−5)计算传递过程的最可能值U，该值代表零均值高斯过程：𝑈=√2ln(𝑁∙ 3小时 ) (−5)模拟时间（小时）第5步：采用公式(−6)计算转换成标准化变量的最大可能值Z𝑀𝑃𝑀：Z𝑀𝑃𝑀=K(U+h3(U2−1)+h4(U3−3U)) (−6)第6步：采用公式(−7)计算过程的响应最可能极值R𝑀𝑃𝑀𝐸:R𝑀𝑃𝑀𝐸=μ+σZ𝑀𝑃𝑀 (−7)第4节惯性荷载分布DAFMPME𝑁×𝑁𝑁=3𝑖，iy，z（-1）𝛼𝑥𝜙𝑥1𝑀+𝛽𝑥𝜙𝑥2𝑀=(𝐷𝐴𝐹𝑓𝑥−1)𝑀𝑃𝑀𝐸𝑠，𝑓𝑥𝛼𝑥𝜙𝑥1𝑀𝑍+𝛽𝑥𝜙𝑥2𝑀𝑍=(𝐷𝐴𝐹𝑚𝑥−1)𝑀𝑃𝑀𝐸𝑠，𝑚𝑦𝛼𝑦𝜙𝑦1𝑀+𝛽𝑦𝜙𝑦2𝑀=−1)𝑀𝑃𝑀𝐸𝑠，𝑓𝑦 （−1）𝛼𝑦𝜙𝑦1𝑀𝑍+𝛽𝑦𝜙𝑦2𝑀𝑍=(𝐷𝐴𝐹𝑚𝑦−1)𝑀𝑃𝑀𝐸𝑠，𝑚𝑥式中：𝑍——质量点的垂向坐标矩阵;𝑀——质量矩阵；𝛼𝑥、𝛽𝑥、𝛼𝑦、𝛽𝑦——x、y方向一、二阶模态参与系数；𝜙𝑥1、𝜙𝑥2、𝜙𝑦1、𝜙𝑦2——平台x、y方向一、二阶振型。（-1）𝐹𝑖𝑥=𝛼𝑥𝜙𝑥1𝑀+𝛽𝑥𝜙𝑥2𝑀=𝛼𝑦𝜙𝑦1𝑀+𝛽𝑦𝜙𝑦2𝑀 (−1)式中：𝐹𝑖𝑥，𝐹𝑖y——平台𝑥，𝑦方向惯性力分布荷载。深水导管架结构分析技术指南第5深水导管架结构分析技术指南第5章地震分析PAGEPAGE15第5章地震分析第1节一般规定定义单）200年。1000第2节桩基线性化第3节模态分析X，Y90%，Z70%。第4节地震响应分析（75%的最大供应和储备载荷。5%（SRSS）来组合各（XY向）100%（Z向）50%。（P-Delta第5节结构校核70%。0.05g~0.10g（0.10g）基础系统具60%。5.5.20.1g（0.1g）深水导管架结构分析技术指南第6深水导管架结构分析技术指南第6章疲劳分析PAGEPAGE18第6章疲劳分析第1节一般规定1.0𝐶𝑑选取。2%第2节桩基线性化（的=×𝐻𝑠𝑖)/∑(𝐷𝑖) (−1)=×𝑇𝑧𝑖)/∑(𝐷𝑖) (−2)=×(𝐻𝑠𝑖)𝑎×𝑚/(𝑇𝑧𝑖) (−3)=𝑏×ℎ𝑐𝑠 (−4)=𝑐×(−5)式中：a ——系数,建议根据ISO19902第A..253CCS53Hcs——中心损伤波的有义波高，m；Hmax——中心损伤波的最大波高，m；Hsi——第i个波浪的有义波高，m；m ——S-N3.0；Pi iTcz s；Tmax——中心损伤波的最大波高对应的波浪周期，s；Tzi isCCS53第3节模态分析90%70%。5%～10%第4节波浪响应分析52%5%的频率，以便准确捕获平台的波浪动力响应作用。Morison𝑆𝜎𝑖,𝑗

(𝑓)=H𝑖(𝑓)2𝑆𝑖,𝑗(𝑓) (−1)其中：H𝑖为第i个方向的传递函数，𝑆𝑖,𝑗为第i个方向第j个海况的波浪谱。第5节疲劳寿命计算33.5.222带内加强环管节点的应力集中系数详见33.5.42533.3.13.3.2。CCS33.5.5。S-NS-NlgNS-N25节。WJ16mm𝑆=𝑆(𝑡

/𝑡)0.25 (−1)式中：𝑡𝑟𝑒𝑓——参考厚度，16mm；S

0𝑟𝑒𝑓S-Nt SY/T10030-20180.20。对于焊趾进行打磨处理，指数可替换为0.15。823节。通常每个节点和构件的设计疲劳寿命应不小于考虑了安全系数后的结构使用寿命。对设计疲劳寿命，损伤比D1.0。（和疲劳安全系数表 表疲劳关键部位可检测不可检测否25是5101深水导管架结构分析技术指南深水导管架结构分析技术指南PAGEPAGE21为该节点的计算疲劳寿命。𝐹=1= 1

(−1)式中：

𝐷 ∑𝐷𝑖,𝑗𝐷𝑖,𝑗——不同方向下各海况对应的损伤值。深水导管架结构分析技术指南第7深水导管架结构分析技术指南第7章装船分析PAGEPAGE22第7章装船分析第1节一般规定第2节导管架强度分析20~25mm7.2.2节中的高度差。7.2.4 SY/T10030--工作应力设计法》第6&7章进行校核。深水导管架结构分析技术指南第8深水导管架结构分析技术指南第8章运输分析PAGEPAGE23第8章运输分析第1节一般规定42节。43节。第2节运输船总纵强度分析第3节运动响应分析导管架和运输船联合体的运动响应结果是进行绑扎方案设计和结构完整性校（10%3.1450°~180水动力分析方法基于二维切片理论/三维势流理论进行水动力计算得到运动RAO，然后通过统计预报得到3小时MPME。)横揺)（纵向1或纵揺运2%~3%。第4节导管架结构分析或6SY/T6&7深水导管架结构分析技术指南第9深水导管架结构分析技术指南第9章下水与扶正分析PAGEPAGE25第9章下水与扶正分析第1节一般规定导管架滑移下水分析中对驳船的校核另行考虑，不在本指南中涉及，可参照CCS《大型海工结构物运输和浮托安装分析指南》第5章第2节5.2.4驳船强度。0.2552/第2节下水动力分析第3节下水结构分析/销轴处施加垂直于摇臂的固定约束，并在导管架端部施加小刚度的水平弹簧约束。图给出了导管架转动前、转动时、分离时以及下水后的边界条件示意图。图 导架水构分模示图SY/T--工作应力设计法》第6&7章进行校核。第4节扶正分析62/（或第5节扶正结构分析（SY/T--工作应力设计法》第6&7章进行校核。深水导管架结构分析技术指南第10深水导管架结构分析技术指南第10章附加分析PAGEPAGE28第10章附加分析第1节坐底稳定性及防沉板结构分析J1B(/4，B、L1.5。SY/T1003091211.5。1.52.0。防沉板结构强度分析应建立局部有限元模型，该模型应包括防沉板主梁、槽3434定。34节的相第2节节点加强环3方法(3)(2)概述根据装船过程中导管架的位置，节点撑杆被定义为面内撑杆和面外撑杆。图(1)显示面内撑杆的典型侧视图，图(2)显示了面外撑杆的典型俯视图，图(3)图(1) 内杆典型视图图(2) 外杆典型视图图(3) 点典横截图根据图(3)，可得出以下关系式：𝛼=𝑠𝑖𝑛−1

2𝐷𝑏𝑖() (−1)𝐷=𝐹L𝑠𝑖𝑛𝜃𝑏𝑖+𝜋𝑀𝑖) (−2)𝐷𝑏𝑖𝑃𝑢𝑜

=

+𝜋�𝑜) (−3)𝐷𝑏𝑜=cos𝛼 (−4)式中：𝛼——至上塑性铰的角度，°；𝐹L——塑性分析载荷因子，取1.7；𝑃𝑁——面内撑杆轴向载荷的垂向分量，kN；𝑃𝑖——面内撑杆的轴向载荷，kN；𝐷𝑏𝑖——面内撑杆的直径，mm；�i——面内撑杆的弯矩，包括面内弯矩和面外弯矩，m-kN；𝑃𝑢𝑖——面内撑杆的设计横向载荷，kN；𝑃o——面内撑杆的轴向载荷，kN；𝐷𝑏o——面内撑杆的直径，mm；�o——面内撑杆的弯矩，包括面内弯矩和面外弯矩，m-kN；𝑃𝑢o——面内撑杆的设计横向载荷，kN。加强环节点的抗剪切能力校核公式如下：=+(−1)式中：𝑉𝑎𝑙𝑙𝑜𝑤——加强环节点的抗剪切能力，kN；𝑉𝑠ℎ𝑒𝑙𝑙——弦杆加厚段的抗剪切能力，𝑃𝑎sin𝜃，kN；𝑉𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠——加强环的抗剪切能力，kN；kN；𝐽𝑇+𝐽𝑋) (−2)、——𝐾𝑇𝑋SY/T10030第4𝐽𝐾、𝐽𝑇、𝐽𝑋——K、T、X型节点百分比。=(−3)式中：𝐹𝑦𝑟——环的屈服强度，Mpa；�𝑟——环的数量；mm；𝐻mm；𝑖𝑛𝑐𝑟1.01.333。𝑆𝑅𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟

=

(−4)所示。图 点意图在硬点处的设计载荷由下式确定：( 𝑃 = (

(−1)𝐻𝑃

+

2𝑟

𝐹L注：𝑃𝐻𝑃用于加强环侧、撑杆侧的腹板屈服和屈曲校核。(1)(2)。图(1) 加环腹板曲屈面型图(2) 撑侧板屈和服典截图①加强环侧𝐴 𝑤𝑦𝑟=+5+2)] (−1)=0.66𝐹𝑦𝑟𝐴𝑤𝑦𝑟𝐼𝑛𝑐𝑟 (−2)𝑆𝑅𝑤𝑦𝑟

=

(−3)式中：𝐴wyr——加强环侧屈服面积，cm2；𝑃𝑤𝑦𝑟——许用载荷，kN；𝑆𝑅𝑤𝑦𝑟——加强环屈服应力比。②撑杆侧𝐴𝑤𝑦𝑏

=

+5

+(−4)2=0.66𝐹𝑦𝑏𝐴𝑤𝑦𝑏𝐼𝑛𝑐𝑟 (−5)𝑆𝑅𝑤𝑦𝑏

=𝑃𝐻𝑃𝑃𝑤𝑦𝑏

(−6)式中：𝐴𝑤𝑦𝑏——撑杆侧屈服面积，cm2；𝑃𝑤𝑦b——许用载荷，kN；𝑆𝑅𝑤𝑦b——撑杆侧屈服应力比。①加强环侧=(−7)𝑃 =0.4𝑇2(1+3

1.5)𝐼𝑛𝑐𝑟 (−8)𝑏𝑛𝑟

𝑟=

𝐻(𝑇𝑐)

𝑇𝑟

(−9)式中：�𝑏𝑛𝑟——加强环侧最小承载长度，mm，见图(1)；𝑃𝑏𝑛𝑟——许用载荷，kN；𝑆𝑅𝑏𝑛𝑟——加强环侧局部屈曲应力比；𝐸 MPa。②撑杆侧=(−10)2

1.5

𝐸𝐹𝑦𝑏𝑇𝑐=(1+

) )

𝐼𝑛𝑐𝑟 (−11)𝑆𝑅𝑏𝑛𝑏

=

(−12)式中：�𝑏𝑛𝑏——最小承载长度，mm，见图(2)；𝑃𝑏𝑛𝑏——许用载荷，kN；𝑆𝑅𝑏𝑛𝑏——屈曲应力比。Le(1)所示。图(1) 合面有效有效长度按照下式进行计算：

L𝑒=+𝑠 (−1)(2)图(2) 性假位置(3)所示。图(3) 性间由体(4)组合截面的最大轴向载荷由下式定义：(5)𝑃𝑚𝑎𝑥=𝑚𝑎𝑥(𝑃𝑢𝑖，𝑃𝑢𝑜)弦杆的极限轴向承载能力为：(−2)𝑃𝑢𝑙𝑡=�𝑟𝑇𝑟𝐹𝑦𝑟𝐻+L𝑒𝑇𝑐𝐹𝑦𝑐(−3)式中：�r——加强环数量；𝑇r——加强环厚度，mm；𝐹yr——加强环屈服强度，Mpa；𝐻——加强环厚度，mm；𝐹yc——弦杆屈服强度，Mpa。(6)𝑆𝑅𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙

=

(−4)(7)图(3)中的离心率e𝑖和e𝑜按照下式计算：e=−−𝑥 (−5)𝑖 2 𝜋e=−−𝑥 (−6)𝑜 2 𝜋式中：x——按照式（-8）或（-9）选取。� =�+

=

−

(−7)𝑚𝑎𝑥

1 2 2

2 𝑜注：当𝑃ui和𝑃uo同号时，出于保守考虑，上式第二项可以忽略。TT(4)所示。图(4) 性的T型当𝑥1≤𝑇𝑐

𝑥2

=𝐻�𝑟𝑇𝑟𝐹𝑦𝑟+L𝑒𝑇c𝐹𝑦𝑐2L𝑒𝐹𝑦𝑐=+−2�𝑟𝑇𝑟𝐹𝑦𝑟

(−8)(−9)

𝑥=(−10)L𝑒𝐹𝑦𝑐𝑥2

H当

2 + 2 −𝑥)2+(2+−𝑥) (−11)𝑥=𝑥2 (−12)�=(𝑟𝑟𝑦𝑟)(𝑥−𝑇)2+𝑟𝑟𝑦𝑟( )2

𝑇c𝑢 2

c 2 𝐻+−

+L𝑒𝑇c𝐹𝑦𝑐(𝑥−2)(−13)=+=(−14)𝑆𝑅𝑚𝑢

=𝑝𝑖𝑟

(−15)𝑆𝑅𝑐𝑜𝑚𝑏

=

+𝑆𝑅𝑚𝑢1.18

(−16)下水腿节点除满足本节~要求外，装船、运输、下水工况还应对下水腿加强环节点整体压溃进行校核，校核方法按照执行，但需要基于如下假定：溃校核，并考虑加强环数量；（-1）L𝑒LcL𝑒取Lc值；（𝑃𝑠𝑖𝑛𝜃）第3节裙桩套筒及连接结构局部强度分析4况。VON-MISESCCS23章的要求。10%10%。CCS23章3.4.7的要求。第4节涡激振动WO（；结构一阶模态固有频率计算如下：(1.59𝜙+𝜋)2

𝐸𝐼式中：𝜙——杆件端点自由度；𝜙=1.0，固支固支；𝜙=0.5，固支𝜙=0.0，铰支

=

√

(−1)𝜙=0.7，两端熔透焊管节点；𝑚𝑒——构件单位长度上的有效质量，kg/m；𝐸——弹性模量；L——杆件长度；𝐼 构件单位长度有效质量定义如下：𝑚=∫𝐿

𝑚[𝑦(𝑥)]2𝑑𝑥

(−1)2𝑒2∫𝐿[𝑦(𝑥)]𝑑𝑥40𝐷𝑓𝑠=𝑆𝑡𝑢𝐷

(−1)式中：𝑓𝑠——涡脱落频率，Hz；𝑆𝑡——斯特罗哈数；𝑢——垂直于构件轴向的流体速度，m/s；𝐷——构件直径，m。图 𝑺𝒕-𝑹𝒆关系（𝑆𝑡）对（𝑅𝑒）（crossflow）（in-line）横流（CF）1（IL）10%~15%30%~50%（）𝑅（式中：

=𝑢

(−1)𝑢𝑢(𝑥)m/s；𝑓𝑖——构件的i阶固有频率，Hz；𝐷——𝐷(𝑥)，构件直径，m；𝑥——沿构件轴向的距离，m。质量比用来度量浮力和质量对模型影响的相对重要性，定义如下：𝑚∗= 𝑚𝜋𝜌𝐷2⁄4

(−1)（3<<164<<80.00150.005（纯钢管0.03~0.04（）1010m1