摘 要：自升式海上勘探平臺可營造陸地勘探環(huán)境，可使海上地質(zhì)勘探作業(yè)不受風(fēng)、浪、涌的影響。該文結(jié)合自升式海洋平臺及地質(zhì)勘探的具體要求，從平臺安全性、經(jīng)濟(jì)性、操作便利性和舒適性等方面對自升式海上勘探平臺的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，并就設(shè)計(jì)建造過程中可能出現(xiàn)的空船重量超重及振動(dòng)噪聲等問題提出了解決方法。

　　關(guān)鍵詞：自升式平臺;勘探;樁腿強(qiáng)度分析

　　0 引言

　　與傳統(tǒng)的勘探船相比，自升式海上勘探平臺可營造陸地勘探環(huán)境，可使海上地質(zhì)勘探作業(yè)不受風(fēng)、浪、涌的影響，提高了勘探精度和效率，改善了作業(yè)人員的工作環(huán)境。與其他自升式平臺相比，該平臺的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于安全性、經(jīng)濟(jì)性、操作便利性和舒適性[1]。

　　1 平臺設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　該平臺主要用于江蘇、浙江沿海及福建沿海一帶，這些區(qū)域水文環(huán)境復(fù)雜，海床地質(zhì)差異極大，為了提升勘探作業(yè)的效率，要求平臺具有能在惡劣海況下工作的能力，從而加大海上勘探作業(yè)的窗口期。

　　經(jīng)過綜合考慮多方面因素，最終確定為四樁腿自升式非自航平臺。該平臺長29 m，寬22 m，型深3.5 m，可變載荷280 t，樁腿長度56 m，最大作業(yè)水深35 m，可供25人居住。另外，該平臺采用液壓齒輪齒條式升降系統(tǒng)，配備2臺180 kW主發(fā)電機(jī)組和一臺64 kW應(yīng)急兼停泊發(fā)電機(jī)組。在首部工作甲板區(qū)域設(shè)有兩個(gè)月池，可實(shí)現(xiàn)一次站樁多點(diǎn)勘探，減少平臺移位次數(shù)，可在7級風(fēng)時(shí)正常進(jìn)行勘探作業(yè)，同時(shí)在面臨極端惡劣風(fēng)暴狀況時(shí)，該平臺可在18 m水深抗不大于100節(jié)暴風(fēng)。

　　2 平臺整體規(guī)劃

　　平臺的總布置以工作安全、整體布局合理為原則，綜合考慮平臺的各類功能艙室布置、四點(diǎn)錨泊、固樁架、救生艇和起重機(jī)等的布置要求[2]。

　　平臺定員為25人，主甲板以上分兩個(gè)功能區(qū)域，尾部的生活區(qū)和首部的工作區(qū)。其中尾部的生活區(qū)以功能分層和簡潔實(shí)用為原則，共計(jì)分3層，其中最下一層為功能艙室，設(shè)有實(shí)驗(yàn)室、廚房、餐廳等;第二層為人員居住處所，設(shè)有人員住艙、廁所和盥洗室;第三層為控制處所，設(shè)有控制室和會(huì)議室。主甲板以下主要設(shè)有機(jī)艙、輔機(jī)艙、燃油艙、淡水艙、壓載艙等，其中為機(jī)艙和輔機(jī)艙集中布置在平臺中部，既體現(xiàn)了功能艙室的集中布置原則，也使得設(shè)備處所遠(yuǎn)離居住區(qū)，減小了設(shè)備噪聲的影響，給平臺上的工作人員提供了良好的休息環(huán)境。

　　主甲板的前部為工作區(qū)，尾部為生活區(qū)，升降系統(tǒng)和四點(diǎn)錨泊布置在平臺四角，起重吊和潛水泵靠邊布置，該布置在體現(xiàn)功能分區(qū)的原則上，盡可能增大了作業(yè)甲板的凈面積。

　　01甲板為平臺工作人員的居住區(qū)，其中4人間5個(gè)，2人間2個(gè)，1人間1個(gè)，廁所和盥洗室公用，布置在兩側(cè)，該布置體現(xiàn)了簡潔實(shí)用的布置原則，在不影響人員居住條件的情況下，盡可能地減小了布置空間。

　　02甲板設(shè)有控制室和會(huì)議室，另外，甲板的兩側(cè)也作為救生艇的登乘平臺，布置簡潔合理。

　　主甲板下設(shè)有機(jī)艙、輔機(jī)艙、燃油艙、淡水艙、壓載艙、緩沖艙、艙底水艙、生活污水艙和空艙。其中輔機(jī)艙和機(jī)艙集中布置在平臺中部，該布置體現(xiàn)了機(jī)械處所的集中布置原則，方便使用。為簡化管系的設(shè)置，將緩沖艙布置在平臺的首部，同時(shí)兼做壓載艙使用。

　　3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

　　針對該平臺的使用要求，總體設(shè)計(jì)原則要求安全性、經(jīng)濟(jì)性、操作便利性和舒適性[3]。下面就部分設(shè)計(jì)重點(diǎn)進(jìn)行闡述。

　　3.1 樁腿強(qiáng)度分析

　　該平臺主體完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性主要通過 NAPA進(jìn)行分析評估，結(jié)構(gòu)通過FEA有限元分析軟件進(jìn)行分析，而平臺樁腿強(qiáng)度分析主要通過SACS軟件進(jìn)行。

　　3.1.1 樁腿結(jié)構(gòu)圖

　　平臺樁腿直徑取 1.8 m，考慮建造簡單及焊接的可行性，樁腿選擇 EH36材料，樁腿每1.5 距離設(shè)置環(huán)形T型材結(jié)構(gòu)以防止樁腿外板屈曲，樁腿頂部設(shè)置平臺保證樁腿的密封性，樁腿外板厚度根據(jù)樁腿強(qiáng)度計(jì)算確定。

　　3.1.2 樁腿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

　　根據(jù)平臺的作業(yè)工況，采用SACS軟件建立樁腿模型，根據(jù)規(guī)范施加風(fēng)載荷、波流載荷、平臺起升重量載荷、P-△載荷，波流動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生的慣性載荷，經(jīng)過計(jì)算樁腿強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，確保樁腿在作業(yè)下的安全性。

　　根據(jù)幾種作業(yè)工況、自存狀態(tài)及遠(yuǎn)洋拖航狀況下的計(jì)算結(jié)果，樁腿強(qiáng)度因子均小于1， 單齒最大受力小于100 t，樁腿強(qiáng)度及升降系統(tǒng)受力均滿足規(guī)范要求。

　　3.1.3 平臺抗傾覆穩(wěn)性

　　平臺站立工況下，在環(huán)境載荷作用下應(yīng)具有足夠的抗傾覆能力，在設(shè)計(jì)動(dòng)力放大效應(yīng)及 P-△效應(yīng)后，平臺的抗傾穩(wěn)性應(yīng)滿足下述要求：Mk/Mq≥Kq。(其中Mk：坐底時(shí)的抗傾力矩(kN·m)，Mq：坐底時(shí)的傾覆力矩(kN·m)，Kq：抗傾安全系數(shù)，為 1.1)。

　　根據(jù)樁腿整體強(qiáng)度計(jì)算模型可得平臺在所有外載荷作用下的傾覆力矩，同時(shí)根據(jù)平臺重量、可變載荷、樁腿樁靴重量可計(jì)算出抗傾覆力矩，根據(jù)樁腿計(jì)算結(jié)果，各種作業(yè)工況下安全系數(shù)均滿足要求。

　　3.2 空船重量限制

　　為了減輕結(jié)構(gòu)重量，平臺主船體采用高強(qiáng)度鋼并用MSC.PATRAN/NASTRAN 軟件建立整船有限元模型，通過計(jì)算分析平臺各作業(yè)工況下的應(yīng)力分布情況，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸，使得結(jié)構(gòu)既滿足強(qiáng)度要求，保證平臺的安全性，又不至于強(qiáng)度富裕過大，增加結(jié)構(gòu)重量。

　　設(shè)計(jì)階段為了及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)重量重心信息，采用NAPA-STEEL軟件建立全船結(jié)構(gòu)模型，將全船的鋼結(jié)構(gòu)(板材、骨材)等結(jié)構(gòu)全部反映出來，可以快速地得到全船的重量重心，也可提取不同規(guī)格的結(jié)構(gòu)重量，為船廠掌握全船鋼料信息提供支撐。嚴(yán)格按照程序送審設(shè)計(jì)圖紙，單位充分評估平臺各部重量。

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