钢结构基本原理--5.海工钢结构设计的一般准则课件.ppt

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1、海洋工程钢结构设计Marine Engineering Steel Design,海洋工程（从地理的角度）,分为海岸工程、近岸工程和深海工程三大类。海岸工程（Coastal Engineering）：位于波浪破碎带一线的工程。近岸工程（Offshore Engineering）：位于大陆架范围内的工程，又称离岸工程。深海工程（Deep Ocean Engineering）：位于大陆架以外的工程。在通常情况下，这三者之间又有所重叠。,1-陆地，2-大陆架，3-大陆坡，4-大陆架海隆，5-海盆,2,海底地形,海洋工程（从结构角度）,固定式建筑物（Stationary Construction）：用

2、桩或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底。系留式建筑物（Moored Construction）：是用锚和索链将浮式结构系留在海面上。它们有的露出水面，有的半露在水中，有的置于海底，还有一种水面移动式结构装置或是大型平台，可以随着作业的需要在海面上自由移动。,风、浪、流、冰、潮汐、风暴潮和海啸、地震、不稳定海床、海洋化学腐蚀等,环境载荷的特点动态，随机,海洋工程环境,环境条件复杂且随机性大,结构尺度大且设计安全度要求高,结构设计时考虑作用力的多样性,海洋工程的特点,施工方法的特殊性,第五章 结构设计的一般准则General Standard of Structural Design,主

3、要内容 Contents,平台结构系统 Platform Structure System 结构构件与连接 Structural Element and Connection 设计过程 Design Process 安全要求 Safety Requirement 建造 Build 拖航、装配与转移 Towing、Fitting and Transfer 经济性 Economy,引言 Introduction,结构设计的目的：安全、合理、经济设计者必须具备多方面知识载荷 load材料 material焊接技术 welding technique结构承载机理 load-bearing capaci

4、ty of the structure 结构布置 structural arrangement,经济,安全,合理,结构的安全合理经济关系,“结构安全”是结构设计的“基础”。,平台结构系统 Platform Structure System,海洋石油平台是海洋工程构筑物的典型代表。上部结构（平台）立柱 基础（沉垫）海洋石油平台包括固定式和移动式两类。,海洋结构物 Offshore Structure,1.1 固定式平台（fixed platform）：下部由桩、扩大基脚或其它构造直接支承并固着于海底，按支承情况分为桩基式和重力式两种。,a.桩基式平台 pile supported platfor

5、m,桩基式平台工作水深一般在10200米的范围内（个别平台超过300米）。导管架型平台(Jacket platform):在软土地基上应用较多的一种桩基平台。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。塔架型平台(Tower-based platform):另一种适于软土地基的桩基平台。为减小挡水面积，桩均设置在腿柱内,排成圆形，桩顶与腿柱焊接，空隙内灌入水泥浆，以防止薄壁腿柱发生局部压屈，并使桩固定在腿柱下端。,b.重力式平台（gravity platform）：以其自身重力而不靠特殊的锚系获得永久条件下的稳定。,固定

6、式钻井平台大都建在浅水中，它是借助导管架固定在海底而高出海面不再移动的装置，平台上面铺设甲板用于放置钻井设备。支撑固定平台的桩腿是直接打入海底的，所以，钻井平台的稳定性好，但因平台不能移动，故钻井的成本较高。固定式平台整体稳定性好，刚度较大，受季节和气候的影响较小,抗风暴的能力强。缺点是机动性能差,一经下沉定位固定，则较难移位重复使用。,1.2 移动式平台(flexible platform):浮于水中或支承于海底，能从一井位移至另一井位，可分为坐底式、自升式、钻井式和半潜式四类平台。移动式平台由于机动性能好,故一般均用于钻井。,a.坐底式平台（bottom-supported platfor

7、m）：适用于水深为530米而且海底比较平坦的场合。,b.自升式平台（self-elevating platform）：由一个驳船式船体和若干能升降并能起支撑作用的桩腿组成，船体有足够的浮力。作业时平台被桩腿支撑并抬升到海面以上。转移时，把桩腿拔起，驳船式船体下降浮于水面，即可拖运到另一地点。适用于590米。,Jackup 自升式平台,Jackup 自升式平台,c.钻井船Drillship：把钻井设备安装在船体上，靠锚系或动力定位，在漂浮的状态下钻井。一般都有自航能力，可在几百米或上千米水深的海域工作，但对风浪极为敏感。,d.半潜式平台（Semi-submersible Unit）：主要由上部结

8、构、下潜体、立柱及斜撑组成。它既可在10600米深的海域工作,又能较好地适应恶劣的海况，但其经济水深一般为100300米。,上海船厂“勘探三号”钻井平台，1984年建成，为半潜式平台。半潜式平台是目前深海钻井的主要装置。,Semi-submersible 半潜式钻油台,半固定式海洋平台：既能固定在深水中，又具有可移性。TLP unit 张力腿式平台,张力腿式平台（tension leg platform）：上部结构是浮体，通过收紧锚固在海底的缆索，使浮体的吃水深度比静平衡状态大一些，浮力大于浮体重力，剩余浮力由缆索的张力来平衡。,张力腿平台,船形浮式系统,半潜式平台,海洋结构物与海洋环境因素的

9、相互作用,结构构件与连接,构件包括轧制型钢、焊接型材或铆接型材（不常用）。构件传递的载荷 张力载荷（缆索）压力载荷（柱）横向载荷（梁或板架）扭转载荷（轴）大多数构件传递的是某种形式的组合载荷。构件间以电弧焊为主要的连接方式。,三问：What?How?Which?,钢结构设计过程包括哪些阶段（What）?每一阶段如何进行（How）?设计者应关注哪些因素（Which）?,设计过程,结构型式选择结构局部设计最后协调,工程的功能 要求的结构性能,作用 安全 作业、建造 及维修费用 美观需要,强度、刚度可靠性经济性合理性,如何进行结构型式的选择？,确保“结构的安全”是首要条件,结构局部设计,确定载荷,确

10、定节点与构件的载荷效应,确定构件与节点的强度,设计步骤,选择材料与连接形式,评经验估算作用在一般的结构布置上的载荷。,波、浪流、冰地震平台甲板载荷浮力结构自重碰撞载荷爆炸载荷火灾载荷,载荷,环境载荷,载荷效应,意外载荷,建造,基本加工过程防腐防火,加工的经济性常取决于车间内的运送工作量,厂家对结构的建造招标,设计人员确定车间施工详图,车间号料,基本加工过程,在车间内运送材料,结构的防腐,材料的物理与化学环境材料的组成其上的涂层防护,薄钢构件比厚钢件更易于腐蚀！,防腐蚀的有效方法是利用合金元素,结构的防火,以“耐火能力小时数”来衡量结构的防火安全性可使用耐火复层增强钢材的耐火性能,诸如水泥、石灰板、石棉网等材料,结构的经济性,经济核算要考虑结构的基本性能在确保结构安全的基础之上，进行结构优化设计政治形势影响结构费用,结构的基本性能：有效载荷能力 甲板面积 海上航道的利用及移动性 适应水深情况投资,结构的优化选择取决于地理位置和现场环境等因素,