海洋平台节点承载力数值分析研究.pdf

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1、第2期-25-海洋平台节点承载力数值分析研究尹晓明，杨雷，李娟，饶云松，刘富鹏（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）[摘要]海洋平台节点是连接各个杆件的关键部位，也是薄弱环节，节点的破坏可能导致整个结构的失效，因此节点的受力安全是整个上部组块安全的关键。本文对海洋石油平台上两种典型的非管节点形式进行了介绍，并针对扣管形式的非管节点利用ANSYS软件进行了数值分析，给出了直接连接情况下管的规格和次梁之间的对应关系；对次梁下增加的筋板的形式进行了分析，计算结果表明增加筋板对受力有明显的改善效果。[关键词]海上平台

2、；非管节点；筋板；数值分析海洋石油勘探开发是一项耗资巨大、技术本文对海洋石油平台上两种典型的非管节点密集、风险较大和潜力很高的工程。海洋平台是形式进行了介绍，并针对扣管形式的非管节点利海上油气资源开发的基础设施，也是海上生产和用ANSYS软件进行了数值分析，研究了次梁与节操作人员生活的基础。它具有结构复杂、体积庞点处半圆管直接连接状态下节点的受力情况，最大、造价昂贵的特点，且所处环境恶劣，承受多后根据计算结果对次梁与其直接相连的圆管的关种随时间和空间变化的随机荷载，包括风、波、系给出了建议，给工程实践提供了参考。[1

3、]浪、海冰等荷载的联合作用。1非管节点的两种基本形式节点是构件之间的连接点，其是否具有足够1.1筋板形式的强度传递构件荷载是保证钢结构强度安全的关筋板形式典型的非管节点包括立柱（撑键因素之一，节点设计与校核也是海洋平台结构[2]杆）、工字梁和筋板三个部分，如图1所示。筋板设计中的重要的工作之一。因此，节点的安全形式的非管节点是海洋平台上部组块比较常见的性、可靠性对海洋平台的结构、油气生产安全甚节点形式，但其节点计算校核工作量较大，且设至设计使用寿命都有巨大的影响，对节点强度进[3]置筋板较多时往往受到施工空间的限制。

4、行合理、有效的评估就显得十分必要。海洋平台结构设计通用的SACS软件，可以完成平台的在位工况和安装工况的结构整体强度分析以及管节点的校核，但对于采用筋板形式的非管节点，SACS无法完成校核，国际上通用的做法是用ANSYS[4]等软件校核或参照AISC[5]等规范进主梁立柱主梁次梁行手算校核。管节点一般有两种基本形式：筋板主梁形式及扣管形式。大多的非管节点中，主梁的正筋板交方向一般都会有次梁（仅指其高度不大于主梁高的梁）相连接，如果次梁的高度小于主梁的高度，若将次梁通过过渡截面形成与主梁等高后采立柱次梁用扣管形式，这种

5、形式的非管节点不需要进行节点校核；如果将次梁直接与扣管连接，则需要利用ANSYS软件建模进行校核节点强度。海洋平台上部组块的非管节点数量繁多，计算量很大，若都不需要进行节点校核，将会显得十分便利。作者简介：尹晓明（1983—），男，黑龙江人，研究生学历，工程师。在海洋石油工程股份有限公司工作。石油和化工设备-26-论文广场2017年第20卷主梁立柱主梁筋板次梁主梁主梁主梁主梁筋板次梁立柱图1筋板形式非管节点1.2扣管形式间有高差将次梁过渡到等高，这样会增加额外的扣管形式典型的非管节点包括立柱、工字工作量，或者具体条件

6、下不适合采取过渡截面的梁和半圆管三个部分，如图2所示。由于采用扣做法，在这些情况下如果次梁相对于扣管规格较管形式后不用进行节点校核计算，所以在条件允小，可以将次梁直接与扣管连接，节点需要进行许的情况下采用这种形式比较便利。当主次梁之相应的节点校核。立柱主梁主梁次梁主梁主梁次梁立柱立柱次梁次梁次梁主梁主梁过渡段半圆管立柱图2扣管形式非管节点2有限元模型的建立和计算参数化的非管节点的有限元模型，这极大地提高2.1节点模型了有限元模型建模计算的效率，分别研究了不同本文采用了ANSYS参数化建模方法，建立了规格梁和半圆管相连

7、接的受力情况。节点模型大第2期尹晓明等海洋平台节点承载力数值分析研究-27-致包括上柱、下柱、正交方向的主次梁、节点位海洋平台上部组块采用的小梁比较常见规格置的半圆管等，主梁假定为H900×300×16×28，为H300×150×6.5×9，其屈服强度为235MPa，本上柱和下柱规格相同，次梁和柱子的规格根据计节计算了Φ406和Φ508不同厚度的圆管与其连接算分析确定，有限元模型采用shell181单元，网格的受力情况，管的屈服强度均为355MPa。划分尺寸为50mm，具体见图3。2.2边界条件和加载情况有限元模型边

8、界条件为主梁、上柱和下柱的端面六个自由度全约束。模型的加载参照AISC规范，求出次梁能够承受的允许弯矩和允许剪力，通过计算允许弯矩和允许剪力的比值得到模型中次梁的长度，最终在次梁端面加载次梁的允许剪力。在这种加载状态下，次梁承受着规范允许的最大弯矩和最大剪力，这种假定是偏于保守的。边界及加载情况具体见图3。图5H300×150小梁与圆管连接的最