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某采油平臺(tái)原為樁基液壓自升式平臺(tái)，由箱形主體、固樁室樁腿與樁靴及升降機(jī)構(gòu)等部分組成。舷部甲板為生產(chǎn)、儲(chǔ)油區(qū)，艦部甲板為生活動(dòng)力區(qū)，四根樁腿由于平臺(tái)發(fā)生較為嚴(yán)重的中垂現(xiàn)象，為使其安全正常地工作，現(xiàn)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行改造，改造方案為采取增加二根摩擦樁的方法，由四樁移動(dòng)平臺(tái)改為六樁式固定平臺(tái)。本研究對(duì)改造前后的平臺(tái)建立了二個(gè)有限元模型，對(duì)無外載荷、壓載時(shí)和風(fēng)浪流載荷、風(fēng)冰載荷等各種工況下的平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，對(duì)摩擦樁與平臺(tái)的不同連接方式下，平臺(tái)主體和樁腿的最大應(yīng)力進(jìn)行比較，依此確定摩擦樁與平臺(tái)的連接方式，并計(jì)算極端環(huán)境狀態(tài)下樁靴滑移對(duì)樁腿應(yīng)力的影響。
平臺(tái)型長5m，寬2m，深3m，樁腿直徑2m，14號(hào)樁腿總長47.75m，樁靴為1m，在以上四樁平臺(tái)上增加5-6號(hào)二根摩擦樁，實(shí)際摩擦樁長7m，入泥深度為43m，平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)采用空間板梁組合模型，即平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的所有板全部簡化為空間板單元，平臺(tái)骨架如縱析、縱骨、橫梁肋骨等全部簡化為空間梁單元，平臺(tái)內(nèi)部撐桿，用空間桿單元來處理，固樁室同樣簡化為空間板梁組合模型，樁腿簡化為圓管梁單元改造前四樁平臺(tái)的計(jì)算模型為由梁與板組成的空間剛架結(jié)構(gòu)，共有14478個(gè)結(jié)點(diǎn)，32784個(gè)單元，1-4號(hào)樁的樁腿和平臺(tái)主體為理想剛性連撬改造后六樁平臺(tái)的計(jì)算模型為由上述四樁平臺(tái)的空間剛架結(jié)構(gòu)與二根摩擦樁組成，5-6號(hào)樁的樁腿和平臺(tái)主體的連接方式簡化為鉸接，每根摩擦樁上有41個(gè)結(jié)點(diǎn)，分40個(gè)單元，如圖所示。
平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)的材料全部采用普通碳素鋼，屈服應(yīng)力取230 MPa，固樁室與樁腿材料采用高強(qiáng)度鋼，屈服應(yīng)力取350 MPa。考慮到淺海地區(qū)的海底地基狀況，將4號(hào)樁的樁腿底端在樁靴處的邊界條件簡化為簡支，即只限定線位移，不限制轉(zhuǎn)新增加的兩根摩擦樁的邊界條件，依據(jù)規(guī)范，取深度為6倍直徑的等效樁，即在入泥深度等于六倍直徑處取為固支為方便計(jì)算，取如下坐標(biāo)系：在艦部，以底機(jī)縱中剖面和d肋位的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向舷部方向?yàn)閤軸，沿鉛垂方向向上為Y軸，船的右側(cè)水平方向?yàn)樽響B(tài)平臺(tái)所處海域平潮水深為18m，浪高為1m，波浪周期為86，海流流速為102m/min，考慮到平臺(tái)改為固定式，設(shè)計(jì)風(fēng)速取為5m/s，單層海冰設(shè)計(jì)冰厚為2m，海冰的抗壓強(qiáng)度極限為2085kPa，彎曲強(qiáng)度為430kPa，甲板設(shè)備載荷均為垂向載截最大的甲板載荷為油罐載荷，油罐含液重900t作用在罐底，通過油罐基座傳遞到甲板為避免引起劇烈的應(yīng)力集中，所有線分布載荷均以狹長范圍的面分布載荷的形式加載，潛水泵、吊機(jī)輸油臂、計(jì)量分離，生產(chǎn)分離，燃燒臂及絞車等較大集中力，分別作用于相鄰的若干個(gè)節(jié)點(diǎn)。
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