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自升式平臺是海上四大移動式鉆井裝置之一，具有定位能力強、作業(yè)穩(wěn)定性好的特點，在海洋油氣資源開發(fā)中處于重要地位。自升式平臺的作業(yè)水深為30.48cm)。目前自升式鉆井平臺大多數(shù)作業(yè)水深集中在50ft，其主要由平臺主體、樁腿樁靴、懸臂梁、上層建筑和直升機平臺幾部分組成。上層建筑是自升式平臺上供人員工作和居住的場所，通常設于平臺首部遠離鉆井作業(yè)區(qū)域的平臺主體主甲板上。它除了設有船員工作生活艙室外，還是平臺部分設備的存放室。上層建筑相對于平臺主船體而言尺寸較小，不參與平臺總體強度，因此上層建筑的結(jié)構(gòu)強度需要單獨進行有限元分析。該項工作是自升式平臺基本結(jié)構(gòu)設計與分析過程中一項重要內(nèi)容。自升式平臺上層建筑屬于板架結(jié)構(gòu)形式。將分別采用SACS和ABAQUS軟件建立簡化梁模型和詳細板殼模型，針對正常作業(yè)和遷移兩種工況，對我公司某自升式平臺上層建筑進行強度分析和比較，找出最優(yōu)方式，既節(jié)省人力又提高工作效率。
此自升式平臺上層建筑位于平臺的舷部，共有4層甲板，結(jié)構(gòu)左右對稱，此次僅對左半部分進行建模分析。有限元模型如圖所示。有限元分析軟件SACS在當今海事結(jié)構(gòu)設計分析中應用極其廣泛，它也是海洋石油平臺及導管架結(jié)構(gòu)分析專業(yè)性軟件。SACS軟件建模方便，求解高效。文中先以SACS軟件建立上層建筑簡化梁模型，將大的扶強材與板格模型建出，板在其中主要是連接各個扶強材并起到傳遞力的作用，使整個模型能夠更接近實際結(jié)構(gòu)，而后以ABAQUS軟件建立上層建筑詳細板殼模型，板材扶強材與加強筋均以對于所建有限元模型，在上層建筑與主甲板連接處取簡支約束在分析模型被中心線所切割處也取簡支約束。其中圖中SACS模型邊界全部為111000(1表示約束，0表示自由)，圖為局部邊界條件放大圖。
進行上層建筑結(jié)構(gòu)強度分析時需考慮：正常作業(yè)工況載荷：上層建筑的自重、甲板活動載荷、設備質(zhì)量、直升機甲板的支反力；遷移工況載荷：上層建筑的自重、甲板活動載荷、設備質(zhì)量、風載荷、運動加速度、直升機甲板的支反力。上層建筑的自重，設備質(zhì)量可查看質(zhì)量報告數(shù)據(jù)；甲板活動載荷可查看相關規(guī)范規(guī)定；直升機甲板的支反力由直升機甲板強度校核報告得到；風載荷，運動加速度根據(jù)相關規(guī)范公式計算得到。風載荷對上層建筑的結(jié)構(gòu)強度有較大的影響，風載荷大小是由風壓與上層建筑受風的投影面積的乘積得到。平臺運動為六個自由度的運動，包括縱搖、橫搖、舷搖、升沉、縱蕩、橫蕩運動；平臺運動的加速度也有六個自由度。計算六個運動加速度非常費時，因此可將上層建筑的運動簡化成單自由度的運動來計算。在航行工況，以搖擺周期10s、單擺幅值的搖擺角來校核。假定平臺的搖擺(縱搖與橫搖)為簡諧運動，則最大加速度按式計算。
上層建筑強度分析校核分為屈服校核和屈曲校核。上層建筑結(jié)構(gòu)計算過程主要通過船級社專業(yè)的計算包或者公司自己開發(fā)的后處理程序完成。按照相關規(guī)范要求，對于承受軸向壓縮與彎曲共同作用的構(gòu)件，其壓縮應力和彎曲應力應滿足式。SACS軟件可以直接輸出所有單元在各種組合工況下的最大結(jié)構(gòu)利用率。SACS模型強度校核結(jié)果如表所示。直升機甲板的支反力以集中力形式加載，連接區(qū)域會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，因此需要進行網(wǎng)格細化按照所述的校核標準，ABAQUS模型所得的強度校核結(jié)果所示。
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