深水導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)分析技術(shù)指南 2023

I 1 1 1 1 4 4 5 6 7 8 9 9 9 10 10 12 12 12 13 14 15 15 15 15 16 16 18 18 18 19 19 19 22 22 22 23 23 23 23 24 25 25 25 26 26 27 28 28 29 36 36 39 41 41 411本指南不包括為平臺(tái)2及的在位分析包括靜力分析、動(dòng)力響應(yīng)分析、地震分析、疲勞分析和倒塌的金屬材料，規(guī)定以產(chǎn)生0.2%殘余變形的應(yīng)力值為其屈疲勞循環(huán)次數(shù)（N）與疲勞應(yīng)力范圍（S）之3DAF動(dòng)力放大系數(shù)（DynamicAmplificationFactor）MPME最可能極大值（MostProbableMaximumExtreme）RAO響應(yīng)幅算子（ResponseAmplitudeOperator）4第2章結(jié)構(gòu)建模應(yīng)采用經(jīng)認(rèn)可的通用工程軟件建立深水導(dǎo)管架的結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型應(yīng)采用直角坐標(biāo)系，Z軸致，X軸的方向按右手法則確定，坐標(biāo)原點(diǎn)選在海圖水深基準(zhǔn)面上。結(jié)構(gòu)模型應(yīng)采用公制單位制。規(guī)則截面的構(gòu)件，如下水桁架等，可采用相同截面模量的等效截面進(jìn)在位分析可按0.3mm/年取值，疲勞分的約束情況修正有效長(zhǎng)度LY，LZ。LY，LZ修正值為桿件約束端之間的長(zhǎng)度乘上表2.1.2.折減系數(shù)K。折減系數(shù)K系數(shù)K拉筋的原始長(zhǎng)度取主腿表面至節(jié)點(diǎn)中心線的長(zhǎng)度構(gòu)件最大長(zhǎng)細(xì)比5如撐桿端部需設(shè)置加厚段或采用特種鋼材時(shí)，其長(zhǎng)度應(yīng)不連而形成的非典型節(jié)點(diǎn)，應(yīng)對(duì)其局部強(qiáng)度進(jìn)行校核以表明其具有足夠的節(jié)載和環(huán)境荷載，并進(jìn)行組合，具體組合原則見(jiàn)相關(guān)分析結(jié)構(gòu)模型應(yīng)考慮海生物對(duì)結(jié)構(gòu)荷載的影響，包括對(duì)平臺(tái)整體重量、環(huán)境荷載、不同樁腿數(shù)的導(dǎo)管架海流阻擋系數(shù)水動(dòng)力系數(shù)，即拖曳力系數(shù)cd和慣性力系數(shù)cm可按表考慮。CdCm架結(jié)構(gòu)的建模工作，以保證結(jié)構(gòu)模型能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量、阻尼、荷載等情6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)格書(shū)中明確應(yīng)結(jié)構(gòu)模型應(yīng)能全面反映設(shè)計(jì)圖紙所表達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依據(jù)的圖紙主要包括：艇平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖、防沉板結(jié)構(gòu)圖、帶纜走道結(jié)導(dǎo)管架分析模型的結(jié)構(gòu)自重和附屬結(jié)構(gòu)重量應(yīng)與導(dǎo)管架的重控報(bào)告保持一致，72.3.2樁基導(dǎo)管架樁基的作用應(yīng)根據(jù)T-樁土相互作用文件中應(yīng)包含鋼樁結(jié)構(gòu)圖中所體現(xiàn)的分段及對(duì)應(yīng)的截面尺寸信應(yīng)通過(guò)承載能力曲線確定樁基的最大抗拉能力和最大抗拔能力。導(dǎo)管架在位分析模型中一般包含服役期間長(zhǎng)期存在的附屬結(jié)構(gòu)，如隔水套管、立管、泵護(hù)管、靠船件、防沉板等結(jié)構(gòu)，以捕獲波流荷載和浮力的下的固定荷載，可通過(guò)模型所模擬的主結(jié)構(gòu)，設(shè)置不同的水深后由模態(tài)分析時(shí)應(yīng)將未模擬的附屬結(jié)構(gòu)的浮力轉(zhuǎn)化成附連水質(zhì)量進(jìn)行考慮。8荷載的傳力路徑及分配到導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)（尤其是導(dǎo)管架頂部桿件）的荷載符合實(shí)際情系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證上部組塊的總重量、重心范圍與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)報(bào)告的產(chǎn)生額外的波流荷載，應(yīng)通過(guò)修正主結(jié)構(gòu)的cd和cm，或設(shè)置波流面積的方式考慮。對(duì)于陽(yáng)極塊和外部靜水壓潰環(huán)，可在總體波流載荷設(shè)置固定系數(shù)，考慮額外的波浪載荷，一般取計(jì)算波浪力時(shí)應(yīng)考慮流對(duì)波的組合荷載工況應(yīng)考慮所有可能的最不利的荷載桿件的分組編號(hào)可按本指南附錄A第2節(jié)的規(guī)定9第3章靜力分析應(yīng)采用經(jīng)認(rèn)可的通用工程軟件進(jìn)行深水導(dǎo)管架的靜力(1)不可超越重量為作業(yè)工況、極端工況下的組塊最(2)名義重心為作業(yè)工況、極端工況下，鉆修井機(jī)不發(fā)生偏移的組塊載荷(3)重心偏移為修井機(jī)移動(dòng)造成的重心位置的最在導(dǎo)管架服役階段，組塊載對(duì)于未模擬的附屬結(jié)構(gòu)重量，應(yīng)通過(guò)自定義載荷的方法考慮其重力和浮支架等結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)導(dǎo)管架充水布置圖設(shè)置充水狀態(tài)，以考慮抵消應(yīng)分別考慮極端工況（100年重現(xiàn)期）和作業(yè)工況（1年重現(xiàn)期）下，高/低水(2)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利影響的載荷條件端工況條件下，活載荷一般取37.5%；載荷組合工況表------------應(yīng)根據(jù)靜力分析得到的名義撐桿載荷和50%有效強(qiáng)度載荷校核導(dǎo)管架主要節(jié)應(yīng)分別校核極端工況、作業(yè)工況下鋼樁強(qiáng)度和樁基承第4章動(dòng)力響應(yīng)分析4.1.1一般要求應(yīng)按本章要求對(duì)深水對(duì)深水導(dǎo)管架平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)分析應(yīng)采用帶有修正的峰能量的隨機(jī)線性波浪。動(dòng)力響應(yīng)分析得到的慣性荷載應(yīng)作為在位分析的基本荷載之一與平臺(tái)的結(jié)構(gòu)4.2.1一般要求應(yīng)采用隨機(jī)波浪響應(yīng)的時(shí)域方法分別計(jì)算作業(yè)條件和極端條件下的平臺(tái)動(dòng)力深水導(dǎo)管架具有較大的固有周期，單自由度方法計(jì)算0最大波峰高Hm0.95√2lnN<Hm<1.075√2lnNDAFFi=MPMEd，F(xiàn)i?MPMEs，F(xiàn)i(?1)可以考慮取多個(gè)滿足高斯性條件的隨機(jī)種子計(jì)算DAF，取其均值作為最終的DAF，以進(jìn)一步消除隨機(jī)性的影響。4.3.1一般要求第5步：采用公式(?6)計(jì)算轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化變量的最大可能值ZMPM：第6步：采用公式(?7)計(jì)算過(guò)程的響應(yīng)最可能極值RMPME:RMPME=μ+σZMPM4.4.1一般要求應(yīng)根據(jù)所計(jì)算的Dy，z方向自由度的質(zhì)量凝集點(diǎn)數(shù)量。模態(tài)參與系數(shù)可通過(guò)公式（-1）計(jì)算：αxφx1M+βxφx2M=(DAFfx?1)MPMEs，fxαxφx1MZ+βxφx2MZ=(DAFmx?1)MPMEs，myαyφy1M+βyφy2M=(DAFfy?1)MPMEs，fy（?1）αyφy1MZ+βyφy2MZ=(DAFmy?1)MPMEs，mxZ——質(zhì)量點(diǎn)的垂向坐標(biāo)矩陣;αx、βx、αy、βy——x、y方向一、二階模態(tài)參與系數(shù)；φx1、φx2、φy1、φy2——平臺(tái)x、y方向一、二階振型。Fix=αxφx1M+βxφx2MFiy=αyφy1M+βyφy2M(?1)Fix，F(xiàn)iy——平臺(tái)x，y方向慣性力第5章地震分析可采用線性系統(tǒng)表進(jìn)行多次迭代，直至兩個(gè)迭代步之間所獲得的結(jié)構(gòu)固有頻率相差不應(yīng)保證質(zhì)量參與系數(shù)在X，Y方向不小于90%，Z方向不小于70%。使用動(dòng)力分析程序，如響應(yīng)譜分析動(dòng)的排水質(zhì)量。對(duì)于沿結(jié)構(gòu)框架及附屬構(gòu)件縱軸方向的運(yùn)動(dòng)，其附加質(zhì)量可以忽值5%的統(tǒng)一模型阻尼比。在有確定可靠的資深水導(dǎo)管架的地震響應(yīng)分析推薦使用譜分析方法；在使用時(shí)程分析的情況下，二次組合方法（CQC）來(lái)組合各階模態(tài)響應(yīng)，使用平方和的平方根方法（SRSS）來(lái)組合各應(yīng)力采用線性疊加方式相組合。對(duì)于強(qiáng)度要求認(rèn)為導(dǎo)管架構(gòu)件的所有地震要求均被滿足。否則應(yīng)進(jìn)行分析以證明導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)系統(tǒng)具強(qiáng)度水平的地面水平件的節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)管節(jié)點(diǎn)所連接構(gòu)件的拉伸屈服載荷或者壓縮屈曲載荷來(lái)校第6章疲勞分析疲勞分析的波浪運(yùn)動(dòng)系數(shù)和隔水套管的遮蔽阻尼系數(shù)的選擇可能有極深的影響，根據(jù)在低海況的測(cè)量疲勞分析中樁基的作用可以使用線性基礎(chǔ)表示，通常可采用“疲勞損傷中心”可根據(jù)波浪散布數(shù)據(jù)，按以下公式計(jì)算中心損傷波的相Di=pi×(Hsi)a×m/(Tzi)Hmax=b×?csa——系數(shù),建議根據(jù)ISO19902第A..2節(jié)c——最大波高對(duì)應(yīng)周期與Hmax——中心損傷波的最大波高，m；Hsi——第i個(gè)波浪的有義波高，m；Tcz——中心損傷波的跨零周期，s；Tmax——中心損傷波的最大波高對(duì)應(yīng)的波浪周期，s；Tzi——第i個(gè)波浪的跨零周期，s，建議根據(jù)CCS《海洋工程結(jié)生成傳遞函數(shù)的波浪序?qū)τ谧V疲勞分析，由Mo過(guò)有限元分析各波浪方向下的傳遞函數(shù)，根據(jù)下式得到不同方向不同海況的應(yīng)力響應(yīng)sσi,j(f)=Hi(f)2si,j(f)(?1)其中：Hi為第i個(gè)方向的傳遞函數(shù)，si,j為第i個(gè)方向第j個(gè)海況的波浪譜。S=S0(tref/t)0.25(?1)tref——參考厚度，16mm；通常每個(gè)節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的設(shè)計(jì)疲勞壽命應(yīng)不小于考慮了安全系數(shù)后的結(jié)構(gòu)使用疲勞安全系數(shù)表否25是5D∑Di,jD∑Di,jDi,j——不同方向下各海況對(duì)應(yīng)的損傷值。第7章裝船分析第8章運(yùn)輸分析分析、導(dǎo)管架和運(yùn)輸船聯(lián)合體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)分析、導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架和運(yùn)輸船聯(lián)合體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)結(jié)果是進(jìn)行綁扎方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)完整性校核的基礎(chǔ)，可通過(guò)水動(dòng)力分析、模型試驗(yàn)或使用推薦運(yùn)動(dòng)值得到運(yùn)動(dòng)響水動(dòng)力分析方法基于二維切片理論/三維勢(shì)流理論進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算得到運(yùn)動(dòng)除考慮波浪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)外，還需考風(fēng)載引起的運(yùn)動(dòng)分量主要包括風(fēng)引起的風(fēng)傾角對(duì)橫橫揺（或縱揺)產(chǎn)生的重力加速度的分量，即橫向（縱向）加速度的增船的柔性變形，并在導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)分析中把柔性變形作為邊界條載荷工況須考慮各航向下風(fēng)和浪引起的波動(dòng)載靜載荷包括重力以及恒定風(fēng)作用下產(chǎn)生的第9章下水與扶正分析本章適用于深水導(dǎo)管導(dǎo)管架下水分析和扶正分析通常在靜水中進(jìn)行，不考慮風(fēng)、浪、流的影導(dǎo)管架滑移下水分析中對(duì)駁船的校核另行考慮，不在本指南中涉及，可參照(2)導(dǎo)管架在下水過(guò)程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是(3)導(dǎo)管架下水過(guò)程中速度較快，在拍擊力作用下的桿件強(qiáng)度是否導(dǎo)管架水動(dòng)力、浮力和質(zhì)量模型應(yīng)包括主結(jié)構(gòu)和附屬對(duì)駁船和導(dǎo)管架的拖曳力系數(shù)、附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)應(yīng)進(jìn)行精給出了導(dǎo)管架轉(zhuǎn)動(dòng)前、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)、分離時(shí)以及下水后的邊界條導(dǎo)管架扶正分析應(yīng)考慮完整工況和艙室破損吊機(jī)輔助方式的導(dǎo)管架扶正分析方法，可分為靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)分析的目的是考察起吊船的波浪誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)對(duì)扶正考慮扶正過(guò)程中若干個(gè)特征姿態(tài)作為分析工況進(jìn)行導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)應(yīng)確保導(dǎo)管架在所有鋼樁安裝方案下，其坐底穩(wěn)定性及防沉板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可抵根據(jù)導(dǎo)管架充水布置圖設(shè)置充水狀態(tài)，以考慮抵消的附加傾覆力矩應(yīng)與波浪、海流引起的傾覆力矩方向一致，以保守考慮導(dǎo)管架恢復(fù)力矩一般包括導(dǎo)管架水中自重產(chǎn)生的恢復(fù)力矩和由于導(dǎo)管架意外傾斜導(dǎo)恢復(fù)力臂為導(dǎo)管架水中重心至傾覆軸的水平距離，該軸距導(dǎo)管架泥面處水平防沉板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析應(yīng)建立局部有限元模型，該模型應(yīng)包括防沉板主梁、槽應(yīng)校核防沉板主梁、防沉板與導(dǎo)管架水平層連接立柱、防沉板斜撐以及防沉方法(1)位于兩種方法之間，因此在條件允許的情況下，推薦采用方法(2)確定節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)環(huán)的(1)根據(jù)裝船過(guò)程中導(dǎo)管架的位置，節(jié)點(diǎn)撐桿被定義為面內(nèi)撐桿和面外撐桿。圖(1)顯示面內(nèi)撐桿的典型側(cè)視圖，圖(2)顯示了面外撐桿的典型俯視圖，圖Pui=FLsinθbi(?2)Dbi——面內(nèi)撐桿的直徑，mm；pui——面內(nèi)撐桿的設(shè)計(jì)橫向載荷，kN；Dbo——面內(nèi)撐桿的直徑，mm；puo——面內(nèi)撐桿的設(shè)計(jì)橫向載荷，kN。vallw=vs?ell+vrings(?1)式中：vallw——加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)的抗剪切能力，kN；vrings——加強(qiáng)環(huán)的抗剪切能力，kN；pa——加權(quán)平均后pa=(Jkpak+JTpaT+Jxpax)/(Jk+JT+Jx)(?2)式中：pak、paT、pax——K、T、X型節(jié)點(diǎn)的抗剪切能力，計(jì)算公式參照SY/Jk、JT、Jx——K、T、X型節(jié)點(diǎn)百分比。vrings=2NrTrH(0.4Fyrincr)(?3)Nr——環(huán)的數(shù)量；SRs?ear=(?4)pwyr=0.66FyrAwyrIncr(?2)SRwyr=(?3)pwyr——許用載荷，kN；SRwyr——加強(qiáng)環(huán)屈服應(yīng)力比。pwyr=0.66FybAwybIncr(?5)式中：Awyb——撐桿側(cè)屈服面積，cm2；pwyb——許用載荷，kN；SRwyb——撐桿側(cè)屈服應(yīng)力比。pbnr=0.4Incr(?8)SRbnr=(?9)pbnr——許用載荷，kN；E——鋼材彈性模量，MPa。SRbnb——屈曲應(yīng)力比。pmax=max(pui，pu)(?2)pult=NrTrFyrH+LeTCFyC式中：Nr——加強(qiáng)環(huán)數(shù)量；H——加強(qiáng)環(huán)厚度，mm；SRaxial=(?4)式中：x——按照式（-8）或（1 Mucap=M(1)+M(2)=2MuSRcmb=SRaxial+(?16)(2)按照公式（-1）確定的有效長(zhǎng)度Le超過(guò)加厚段Lc長(zhǎng)度時(shí)，Le取Lc值；(3)設(shè)計(jì)橫向載荷為同側(cè)所有撐桿的橫(4)撐桿等效直徑基于每個(gè)撐桿橫向載荷（應(yīng)采用經(jīng)認(rèn)可的通用工程應(yīng)根據(jù)深水導(dǎo)管架平臺(tái)的對(duì)稱關(guān)系，選取典型的裙樁套筒及連接結(jié)構(gòu)建立局局部有限元模型應(yīng)以整體結(jié)構(gòu)模型中的樁頭點(diǎn)為分界，通過(guò)施加樁頭載荷考在整體結(jié)構(gòu)模型中，裙樁套筒附近的主腿和斜撐應(yīng)在合適的位置進(jìn)行打斷。宜采用殼單元模擬鋼結(jié)構(gòu)，采用實(shí)體單元模擬水泥漿結(jié)構(gòu)。殼單元尺寸建議應(yīng)根據(jù)整體結(jié)構(gòu)分析中的裙樁樁頭載荷總和確定局部強(qiáng)度分析所需考慮的工由于裙樁套筒及連接結(jié)構(gòu)剛度較大，一般不會(huì)發(fā)生大變形情況，因此分析過(guò)對(duì)于局部高應(yīng)