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自升式鉆井平臺(tái)作為一種可移動(dòng)的海洋結(jié)構(gòu)物，主要由平臺(tái)主體、樁腿樁靴、升降機(jī)構(gòu)、鉆井結(jié)構(gòu)以及生活設(shè)施和大型設(shè)備等構(gòu)成。其主船體能沿支撐于海底的樁腿升至海面以上預(yù)定高度進(jìn)行作業(yè)。由于其造價(jià)低、定位能力強(qiáng)，在各種海況下基本都能保證平穩(wěn)的鉆井作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。這種平臺(tái)在海洋石油開發(fā)中被廣泛應(yīng)用，在大陸架海域的油氣資源勘探開發(fā)中居重要地位。以某典型作業(yè)析架式樁腿自升式鉆井平臺(tái)鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)部分為研究對(duì)象。根據(jù)美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)(AISC)規(guī)范要求，利用SACS軟件對(duì)鉆臺(tái)在正常作業(yè)、拖航等工況下進(jìn)行了強(qiáng)度分析，并用ABAQUS軟件進(jìn)行結(jié)果分析對(duì)比，對(duì)該結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法和過(guò)程進(jìn)行評(píng)估。
計(jì)算模型選取右手坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)位于鉆桿中心(即井心)處。X軸，縱向指向平臺(tái)舷部為正Y軸，橫向指向平臺(tái)左舷為正Z軸，垂向向上方向?yàn)檎＠肧ACS軟件作為分析軟件，該軟件可將所有的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：幾何形狀、構(gòu)件尺寸、材料特性以及環(huán)境條件以文件方式存儲(chǔ)，然后求解程序?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出最終的求解文件，結(jié)果會(huì)包含所有節(jié)點(diǎn)的位移以及單元內(nèi)力。參照基本結(jié)構(gòu)圖紙，需要對(duì)整體鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，將圖紙中大型析材以梁的形式建出，一些大型設(shè)備以及鉆桿的中心位置處的梁結(jié)構(gòu)需要真實(shí)模擬，如部分小結(jié)構(gòu)(肘板之類)等可相應(yīng)簡(jiǎn)略。
SACS模型的基本材料參數(shù)：楊氏模量E=2.1xe11Pa，密度p=7850kg/m3，泊松比u=0.3，主要梁結(jié)構(gòu)材料為EQ47，屈服強(qiáng)度為460MPa，部分工字鋼材料是DH36，屈服強(qiáng)度是355MPa。在模型中定義梁截面時(shí)，大部分結(jié)構(gòu)的梁截面都是工字鋼，可按照實(shí)際截面情況定義截面屬性。型梁結(jié)構(gòu)每段板厚不盡相同，保守起見可取小板厚值。考慮鉆臺(tái)與其下面的懸臂梁結(jié)構(gòu)的接觸約束情況以及鉆臺(tái)的實(shí)際工作狀態(tài)，靜載、作業(yè)和拖航工況下，4個(gè)約束點(diǎn)采取簡(jiǎn)支約束，在SACS軟件中簡(jiǎn)支邊界條件表示見圖。
在對(duì)鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析時(shí)，應(yīng)在模型中先定義好所有基本的固定載荷和環(huán)境載荷，再按實(shí)際計(jì)算工況進(jìn)行相互疊加分析計(jì)算。1)結(jié)構(gòu)自重。模型建好以后，軟件可自行計(jì)算結(jié)構(gòu)自重。由于部分結(jié)構(gòu)沒(méi)有建出，所以此處實(shí)際分析計(jì)算中考慮了5%的增加量，取重力加速度為9.81m/s。2)設(shè)備重量。根據(jù)總布置圖和重量重心報(bào)告，將各設(shè)備重量施加在鉆臺(tái)結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置處。3)甲板工作載荷。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書，在甲板開放區(qū)域施加甲板工作載荷。4)set back區(qū)域是指鉆臺(tái)上放置鉆桿的地方。根據(jù)技術(shù)規(guī)格書，將給定的重量值施加在setback區(qū)域。
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