自升式平台二次弯矩载荷计算与施加方法对比.pdf

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1、第46卷第2期船海工程Vol.46No.22017年4月SHIP&OCEANENGINEERINGApr.2017DOI：10.3963/j.issn.1671-7953.2017.02.026自升式平台二次弯矩载荷计算与施加方法对比曲健冰，李红涛，柴俊凯(中国船级社海洋工程技术中心，天津300457)摘要:考虑到自升式平台的二次弯矩载荷作为其承受载荷的重要组成部分，各船级社规范中对其均提出了考虑的要求，但仅给出了二次位移的计算方法，对于在有限元计算过程中如何将其施加到模型中并未给出明确的指导，利用ANSYS软件的非

2、线性求解器，考虑大位移对计算结果的影响，对各种载荷施加方法进行综合评价。对比计算发现各载荷施加方法对粧腿的具体受力情况影响颇大，以弯矩的形式施加与平台约束点的方法最为合理。证实了SACS软件在自升式平台P-deta载荷自动计算和施加的适用性。关键词：自升式平台;P-deta施加方式;二次弯矩;大位移中图分类号:P751;U674.38文献标志码：A文章编号：1671-7953(2017)02-0113-04自升式平台由于在环境载荷的作用下，整个平台会发生水平位移，该位移会导致平台的童心与粧腿端点围成图形的形心不在同直

3、线上，进而产生了二次弯矩。《移动平台入级规范2012》(CCS)第2篇4.7.1.6中给出二次位移的估算公式如下。式中为平台主体线弹性一阶侧向位移，为图1二次弯矩作用示意平台主体线弹性二阶侧向位移，m;P为粧腿平均的方式尚未做出具体的规定，在实际计算中由于受压载荷，平台的总粧腿力除以粧腿根数，kN;PE个人的理解不同存在多种加载方式C3为了了解各为整根粧腿的弹性临界力（欧拉力），kN。种计算方法的准确度，找到最为合理的加载方式，二次弯矩M为对各种加载方式进行对比。简化粧靴与土壤之间的相互作用，将边界条M=P•N---

4、(2)件一律简化为粧靴中心处铰支。1飞1二次弯矩施加方式分类式中W为粧腿的数董Q由于较线性计算该二次弯矩会导致平台结常见的二次弯矩加载形式主要有以下3种。构，尤其是粧腿承受更大的载荷，因此在自升式平①以弯矩形式施加节平台船体;②以水平力形式台的强度计算中不容忽视。自升式平台二次弯矩施加于平台船体;③以弯矩形式平均施加于各粧产生的原理见图：U图中G为平台的重力，为端约束处。海底对平台的支反力，4为平台的二次位移，M即这3种方法均有各自的理论基础e为对应的二次弯矩。但目前规范中对其具体加载1.1以弯矩形式施加于平台船体本

5、做法将计算得到的二次弯矩通过弯矩/力收稿日期=2016-07-13偶的的形式分配到平台的主船体上，使得二次弯修回日期:2016-08-12基金项目：工信部项目（GX0T15-04)矩与粧端反力产生的弯矩相平衡。其理论依据为第一作者：曲健冰（1984—），男，硕士，工程师由平台水平位移引起的二次弯矩只会由粧端支反研究方向:海洋工程结构强度计算及载荷分析力的力偶抵销，并不会在平台的粧端产生弯矩，且1132017年船海工程曲健冰，等：自升式平台二次弯矩载荷计算与施加方法对比第2期第46卷不会在粧腿内部产生水平剪切载荷。粧端

6、铰支点算结果的影响，假定平台有3条圆柱腿，排除其他承受的弯矩应仍为零，不至于影响粧腿弯矩的分因素对计算结果带来的影响。假设模拟船体的梁布，SNAME5-5A中典型的粧腿弯矩和剪力分为刚性，其他几何参数为:粧腿直径2.2m;粧腿布如图2。壁厚38mm;粧腿长度67m;粧腿中心距80m，模型见图3。假设平台承受水平载荷1350kN，平均分布1.2以水平力形式施加于平台船体于3条粧腿。垂向重力为7000〜63000kN，间为了加载方便，将弯矩转换为水平力进行施隔2000kN计算1次。边界条件为粧腿端部简加，转换公式如下。支

7、，同时约束Z方向的转动（ANSYS大位移计算F=M/h(3)时如不约束ROTZ，将造成计算结果异常，粧腿实式中，为水平力，kN;M为二次弯矩，kN•m;A际不会出现Z方向转动，因此对其进行约束）。为水平力施加位置距离粧端边铰支处的距离，m。2.2计算方法设定通常情况下，水平力施加于平台重心附近。为比较以上各种理论的合理性，选择4种计此时粧腿的弯矩与图2—致，但额外增加了一部算方法进行对比。分剪切力。实际项目中存在设置反向弹簧自动模方法1:ANSYS大位移非线性计算。拟的方法，即弹簧的刚度尺为负值。方法2:按照1.1所

8、述的方法在船体施加弯矩。方法3:按照1.2所述的方法在船体施加水平力。式中A为反向弹簧刚度，kN/m。方法4:按照1.3所述的方法在铰支点施加1.3以弯矩形式平均施加于各桩端约束处弯矩。本方法认为二次弯矩需由粧腿的内部弯矩进方法5:SACS自动施加二次弯矩计算。行传递，而非粧腿垂向力的力偶，不会影响粧端反力的大小分布，只会影响粧端的弯矩。粧腿受