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自升式平臺(tái)在海洋石油開發(fā)中被廣泛應(yīng)用，因作業(yè)需要，自升式平臺(tái)一般都配備很多大型設(shè)備，如主機(jī)、發(fā)電機(jī)、大功率泵、罐體，以及各類絞車。此類設(shè)備一般重量較大，需專門設(shè)計(jì)底座承載，且底座應(yīng)位于船體甲板的析材或加強(qiáng)處，以保證船體甲板強(qiáng)度。大型設(shè)備的底座強(qiáng)度有限元分析是自升式平臺(tái)設(shè)計(jì)階段的重要研究內(nèi)容。自升式平臺(tái)的工況包括拖航工況和工作工況，一般來講，平臺(tái)拖航工況是此類底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制載荷工況。自升式平臺(tái)在拖航狀態(tài)下，受水流流體阻力、波浪和氣流的復(fù)合作用，平臺(tái)體會(huì)產(chǎn)生橫向和縱向搖擺運(yùn)動(dòng)以及升沉運(yùn)動(dòng)。在平臺(tái)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)條件下，重型設(shè)備將產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)慣性力，易對(duì)平臺(tái)底座結(jié)構(gòu)造成破壞，因此要求底座具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。為此，針對(duì)自升式平臺(tái)在拖航工況下底座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性，從原理和算例分析兩個(gè)步驟對(duì)平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)底座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析。
按中國船級(jí)社《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》自升式海洋平臺(tái)遷移工況可分為油田內(nèi)遷移和遠(yuǎn)洋遷移，以遠(yuǎn)洋遷移為例，作用在設(shè)備底座上的力按如下確定:“按周期10 s，單邊橫搖擺幅15°或單邊縱搖擺幅10°時(shí)的作用力及平臺(tái)在相應(yīng)傾角時(shí)重力作用力的120%求得。因此利用式即可求得底座上的作用力。
以某平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)底座為例，分析其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足拖航工況要求。此設(shè)備總重9.5 t，底座位于14 -23肋位強(qiáng)橫梁之間、距中縱剖面14.90 m的右舷3層生活樓甲板區(qū)域，結(jié)構(gòu)形式為縱向延伸的T型結(jié)構(gòu)，且中間有橫梁及肘板加強(qiáng)，見圖以遠(yuǎn)洋拖航為例，按式計(jì)算設(shè)備拖航狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)加速度此設(shè)備底座的計(jì)算工況可分為靜載工況、橫搖及升沉、縱搖及升沉3種分析工況。
將發(fā)電機(jī)底座沿長度方向簡(jiǎn)化為兩端鉸支的簡(jiǎn)支梁，選取最為危險(xiǎn)的一根底座梁作為研究對(duì)象。靜載工況把表中的設(shè)備重量以及相應(yīng)面積的甲板。
此種工況下，將表中的橫搖動(dòng)力彎矩轉(zhuǎn)化為作用于兩根底座梁的拉、壓力偶。選取受到向下作用力的梁作為分析對(duì)象，與表中的設(shè)備重量、相應(yīng)甲板活載荷疊加，轉(zhuǎn)化為梁上的均布載荷。
此種工況下，將表中的縱搖動(dòng)力彎矩作用于底座梁或轉(zhuǎn)化為線性分布載荷，與表中的設(shè)備重量、相應(yīng)甲板活載荷疊加。
底座梁剖面特性應(yīng)計(jì)入帶板及甲板下縱骨對(duì)其的影響。
拖航工況作為設(shè)備底座設(shè)計(jì)的控制工況，拖航時(shí)產(chǎn)生的軸向及側(cè)向載荷可忽略不計(jì)，但產(chǎn)生的搖擺動(dòng)力彎矩對(duì)底座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大；
算例中，平臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)底座結(jié)構(gòu)最大彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力均在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，能夠滿足復(fù)雜運(yùn)動(dòng)條件下的安全生產(chǎn)要求。
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