8-导管架平台

导管架平台船舶与海洋结构物构造第8讲主讲教师：秦洪德（[e-mail]）手机:[phone]船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN关于海洋石油开发的一点历史：海洋油气资源开发可追溯到19世纪在从陆地延伸到海上去的栈桥上钻井采油。海洋石油工业的诞生标志：Kerr-McGee完成第一口海上油井，GulfofMexico,1947年水深：4.6m木质平台大小：11.6m*21.6m第一个浮式平台：一艘改装的半潜平台，1975年在UKNorthSea的Argylefield。第一个船式的海洋平台：FPS，1977年在西班牙海域的Castellonfield，byShellInternational今天，有超过1万艘不同的海洋平台已被建造安装：固定在海底的：导管架平台，重力式平台，顺应塔平台，自升式平台浮式的：Semi,FPSO,TLP,Spar趋势：不断走向深水：到更深的海域去开采石油船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN1.导管架平台的受力特点2.导管架平台的结构组成3.导管架平台上部结构4.导管架结构5.桩基础结构6.火炬导管架与过桥结构7.管节点结构1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN活动式平台一般用于勘探或浅海区采油。而生产平台，大多采用固定式平台，其中导管架平台具有适应性强、安全可靠、结构简单、造价低的优点，是应用较多的一种平台。1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(1)环境载荷由风、波浪、海流、海冰、水温及气温、潮汐、地震等自然环境引起的载荷。主要有风载荷、波浪载荷、流冰载荷、地震载荷等。(2)使用载荷使用载荷包括固定载荷、活载荷及动力载荷，应根据平台的类型和使用要求，对可能影响结构或构件的载荷加以考虑。1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN固定载荷固定载荷是指作用在平台上的不变载荷，当水位一定时，为一定值，它包括平台结构在空气中的重量，包括导管架、桩、灌浆等；永久安装在平台上的设备和附属结构重量，包括机械设备、管线、防腐阳极块等；水线下作用在结构上的静水力，包括外压力与浮力。1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN活载荷活载荷为平台使用期间加在平台上的载荷，它随平台作业类型的不同而变化，按其时间变化与作用可分为可变载荷与动力载荷。由于可变载荷的数值及作用位置变化缓慢，可作为静载荷处理。1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN活载荷可变载荷包括：钻井和生产设备的重量，这些设备可以移上或移下平台，并在平台上移动；生活区、直升机平台的重量，生活供给设备、救生设备、潜水设备及公用设备的重量，这些设备也可以移上或移下平台;贮藏舱中消耗性的供给物品及液体重量；海洋生物附着和冰聚积所增加的重量。1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN动力载荷当载荷对平台结构或构件的动力作用显著时，就考虑为动力载荷。动力载荷包括：周期性载荷：当各种动力机械和设备的运转频率接近结构的自振频率时，就应该考虑载荷的动力放大。冲击性载荷：包括钻井、材料的搬运，船舶系泊及碰撞，直升机的降落等。1.导管架平台的受力特点船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(3)施工载荷施工载荷发生在平台的建造、装船、运输、下水、安装等阶段，为临时性载荷，对于受环境条件影响的各个施工阶段，平台的施工载荷应与环境载荷进行相应的最不利的组合。2.导管架平台的结构组成船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN钢质导管架近海平台有许多类型，经济性决定了对平台类型的选择，一般在深水区，采用所有功能齐全的整体式多层自给式平台。在较浅的水域则采用多个分离的不同功能的平台，例如：供应平台、钻井平台、生产平台、生活平台、辅助平台、火炬塔等。2.导管架平台的结构组成船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN导管架平台可分为三个主要组成部分：上部结构导管架桩2.导管架平台的结构组成船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN上部结构上部结构包括：平台甲板舱壁围壁甲板支柱桁架结构甲板结构的主要作用是在海上为钻井或采油提供足够的场地，以便在其上布置钻井或采油设备、辅助设备、各种生活设备以及供直升飞机升降。2.导管架平台的结构组成船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN导管架由导管(桩腿)和连接导管的纵横撑杆所组成的空间刚(桁)架。各管状构件相交处形成了管状节点结构。一般管节点都采用弦杆(即管节点中直径较大的管构件)管壁加厚或其它措施进行加强。其主要作用是支承上部结构，平台进行海上安装施工时，导管架的桩腿则作为打桩定位和导向用。在使用上，导管架还可以用来系靠船舶，以便于供应船靠离平台。2.导管架平台的结构组成船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN桩作用是把平台固定于海底并承受横向载荷和垂直载荷。桩通过导管架打入海底土中，由单桩组成或群桩形成桩基础，上部结构和导管架的载荷通过桩基础传入地基。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN上部结构也称甲板结构，上部结构有整体式与组块式两种结构形式。所有甲板结构原则上都是由三维钢构件组成。主要承载构件可分为板桁材、箱形桁材和桁架三种形式。板桁材和箱形桁材由板架组成，组成桁架的桁材是管状的或型材(工字钢、槽钢等)。甲板类型划分为两类：整体的和模块化的。在整体甲板结构中，设备在结构建造后安装。在模块结构中，先建造甲板基础结构，然后将设备模块起吊并固定在基础结构之内或之上。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(1)整体式甲板结构箱形与板桁材式结构整体式甲板结构(上层结构)其结构为一整体，在这种结构中，可有多层甲板，一般有二、三层甲板，二层甲板的下层为主甲板，上层为上甲板，三层甲板的中间为二层甲板，这些甲板一般在其平面连续，整个贯通于上层结构平面。其中板桁材与箱形桁材由这些连续甲板与纵、横舱壁，围壁为一体，组成这两种强承载结构，承担甲板载荷，并将其传到支撑结构导管架上。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(1)整体式甲板结构箱形与板桁材式结构单甲板式上层结构同样要借助于甲板支撑结构的桁架形成桁架式甲板承载结构。由横梁至纵桁和纵桁至桁架的甲板构架可采用下面两种方法构成。横梁可以穿过纵桁腹板，而纵桁则穿过桁架顶端的弦管(与船体甲板结构常用构件连接方法一样)。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(1)整体式甲板结构桁架式结构整体甲板强承载结构为桁架式，主要特点是甲板主要载荷由桁架承受，整个上层结构(甲板结构)为一个三维空间桁架，这个空间桁架由几个水平平面桁架，纵向垂直平面桁架，横向垂直平面桁架组成，考虑到结构的连续性，及有利于甲板载荷传递到下部与其相连的导管架上，甲板上的一些纵横垂直的平面桁架与导管架垂直桁架布置要统一考虑。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(1)整体式甲板结构桁架式结构垂直的平面桁架一般由甲板立柱与水平桁材(“工”字钢或圆管)、斜撑(“工”字钢或圆管)组成，立柱一般都为圆管，便于立柱下端与导管架弦管的上端相连或用过渡连接件连接。以便将上部甲板的载荷传到支撑结构(导管架)。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(2)组块式(模块式)甲板结构上述整体式上部结构整个结构是一个整体，而组块式上部结构是由多个立体模块组成。这些模块是已经预舾装了的立体分段。模块有各种功用，如生活模块、生产模块、各种设备模块，许多复杂模块互相支承，又互相独立，像搭积木一样布置在一个整体结构上。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(2)组块式(模块式)甲板结构组块式上部结构由两部分组成，即模块模块支撑结构(也称甲板基础结构)。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(2)组块式(模块式)甲板结构模块形状与其功用及需要有关，长方体模块由于结构及工艺简单，布置方便，应用较为普遍。根据总布置需要及受设备本身形状限制，也有其它形状。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN(2)组块式(模块式)甲板结构立体的模块结构形式同样由其功用及强度要求决定，有封闭的箱形结构，有空间桁架结构，也有板架与桁架组成混合型结构。如果模块的某一平面作为平台甲板或舱壁，其必须为板架(板与型材)，如果不需要，尽量为平面桁架，结构更简单。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN箱形模块结构由平面板架组成，空间桁架则由平面桁架组成。平面板架中各种型材(纵桁与横梁)的布置方法有正交布置与桁架式布置两种。正交布置即横梁为横向，纵桁为纵向。桁架式布置即由较强的桁材布置成一个平面桁架，再布置小尺寸的横梁及板。板架中平面桁架布置形式与模块中平面桁架的布置方式一样。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN平面桁架可以全部用管材，可以全部用型材，也可以管材与型钢材同时使用。即垂直构件用管材，水平构件用型材，斜撑可以用管材，也可用型材。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN甲板支承结构(甲板基础结构)甲板支承结构(模块基础结构)要承受所有上部结构的载荷，包括所有模块载荷及工作时产生的各种动载荷。由于平台上层结构的总强度由该结构承受，因此其强度要求较高。甲板支承结构形式也有箱形、板桁及桁架三种，由于桁架式结构较箱形和板桁型结构工艺简单、强度好。因此大多数模块式上层结构的上部支承结构为三维空间桁架，其构件布置形式类似导管架结构的桁架形式。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN甲板支承结构(甲板基础结构):桁架式甲板支承结构一般由两层平面桁架组成，因为桁架多会浪费材料，少于两层平面就不能组成空间桁架，最少有两个横向垂直平面桁架和两个纵向垂直平面桁架，为增加支承结构上部水平平面面积，以布置更多的模块，支承结构的上层平面桁架在两侧或四周设悬伸结构，悬伸结构一般与上层水平平面桁架为一整体，即将上层平面桁架中的纵桁或横梁延长，延长的悬臂梁由斜撑与下层的平面桁架相连。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN甲板支承结构(甲板基础结构):支承结构需将模块载荷传递到下部导管架，因此其结构形式及需要的垂直的平面桁架数量要考虑到导管架结构垂直平面桁架的布置与数量，许多导管架平台将这两部分结构形式、立柱位置取一致，这将有利于上部载荷向下传递。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN甲板结构(上部结构)的其它结构在初步设计阶段，甲板模块在甲板基础结构上的有效空间应精心地加以设计。在装上驳船之前，装有所有管系的模块在岸上建造，并进行适当的操作试验。管子的接头是这样设计和定位的：在海上的最终连接可由两个法兰简单地螺栓连接或焊接一过渡的短管来实现。3.导管架平台上部结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN甲板结构(上部结构)的其它结构除了顶部和中间甲板的井口区域，没有安装模块的甲板区域，用固定的钢板和构架覆盖。对处于钻井位置的区域用可移动的舱口盖和构架覆盖。通常当中层甲板具有钻井甲板相同的尺寸和结构特点时，井口甲板只限于由支柱构成的范围内。这层甲板其余部分用钢格栅覆盖。从中间甲板至钻井甲板的高度通常为5.5m～6.1m。4.导管架结构船舶与海洋结构物构造byHong-deQIN导管架是导管架式平台的支撑结构。导管架结构是由钢管或型钢焊接的构架，实际是由三个方向的平面板架或平面桁架组成的一个三维空间桁架结构，这些桁架主要由大直径管材的桩(弦杆)及小直径的管材、小尺寸的型材和横向、纵向、及斜向的撑杆组成。4.导管架