导管架平台范文

2024-06-23

导管架平台范文（精选8篇）

导管架平台第1篇

随着科学技术的迅速发展和世界海洋石油不断地勘探和开发, 越来越多的海上油气田被发现, 风险分析和管理为国内外所重视。

我国的石油资源1072.7亿吨, 现已探明的储量205.65亿吨, 其中海洋石油资源约12.09亿吨, 天然气约0.359万亿立方, 相当于全国石油总资源量的1/4—1/3。目前海洋的发掘潜力还非常广阔。

因此, 系统的安全分析就显得更加重要, 风险管理的理念也在世界越来越引起重视, 由于人们对世界环保意识的增强, 海洋防污染法的监管力度增大, 使对海洋石油平台这一特殊的作业的要求更加严格。

1.1冀东油田的生产形势

未来几年, 冀东油田的滩涂浅海的勘探开发业必将快速发展, 工作量必将迅猛增长。大量的新员工派驻到导管架采油平台, 也给平台带来很大的安全隐患。导管架采油平台作为海上生产的最小单元, 具有独立性、全面性、危险性等特点, 且远离陆地, 一旦发生事故, 救援力量不能及时到来, 这就要求我们必须加大导管架采油平台的安全管理, 为实现“安全第一”、“产量必保”、“成本要控”的安全生产经营奋斗目标保驾护航。

1.2危险因素分析对采油平台的作用

对导管架采油平台进行危险因素分析, 可以识别导管架采油平台系统中存在的薄弱环节和可能导致事故和职业危害发生的条件, 提高安全管理水平。具体的作用可以从以下五个方面体现:

(1) 危险因素分析可以迅速提高安全技术人员的业务水平;

(2) 危险因素分析可以指导采油平台从施工、运行、贮运和维修等全过程进行安全控制;

(3) 危险因素分析可以使导管架采油平台的安全管理由经验管理变为目标管理;

(4) 危险因素分析可以指导采油平台从施工、运行、贮运和维修等全过程进行安全控制;

(5) 危险因素分析可以使导管架采油平台的安全管理由事后处理变为事先预防。

2.冀东油田XXC—D导管架平台基本情况

2.1平台的基本情况

整个导管架主要由PRP生产平台和井口区组成, 在生产平台上布有油气计量系统和生产及外输海管系统、公用系统、混输海管、消防及逃生、机械设备、供配电系统、仪表系统和通讯系统组成。

2.2平台的安全系统

海上油气生产平台存在可燃气体泄漏和积聚的可能;电器设备可能发生故障或绝缘损坏, 潜在着火灾的危险性。因此, 整座导管架平台处于潜在火灾的危险性环境中。平台根据不同的实际情况配置了安全系统, 配置的情况因平台而异, 主要有:

平台上设置的现场火气探测系统能及时、准确地探测早期火灾/可燃气, 通过火灾盘的逻辑分析、处理, 实现报警、关断、消防, 以消除事故, 保护平台操作人员及生产设施的安全。

平台上的消防设施主要是生产区域的消防水/泡沫自动喷淋灭火系统, 二氧化碳保护区的二氧化碳自动灭火系统, 除此之外, 还配备有手动消防炮、消防软管站及各种类型的手提式灭火器。主要根据平台各区域火灾危险类别来配置。

3.采油平台的危险因素分析及对策

3.1危险因素中人的危险因素

现代工业企业事故中, 约有85%以上的事故直接或间接源于人的因素, 在某些大型的灾难性事故中, 人为因素导致的伤亡事故约占事故总数的70%—80%。人为因素中主要包含以下几种情况: (1) 个人技能素质低; (2) 安全意识差; (3) 各种心理问题; (4) 不合理膳食和不正常的健康条件。

3.2危险因素中物的因素及其控制措施

(1) 有毒有害气体和可燃气体是平台防护的重点

在有毒有害气体中, H 2S气体是最危险的, 也是我们日常工作中经常遇到的危险因素;此外, 油田生产过程中也会出现CO等对人体也有极大危害性的有害气体。

平台上广布的可燃气探头可以有效地监控平台上可燃气体泄漏的情况, 我们需要定期测试和保养GD探头, 以确保其可以准确探测可燃气体分布情况。

(2) 腐蚀, 老化使平台危险加剧

油气输送管线输送的原油和伴生气中含有一定的水分, 水中含有的各种盐类容易对管壁产生腐蚀, 导致管线的内腐蚀。

为了防止出现腐蚀造成的泄漏事故, 我们必须认真巡检各个设备, 提早发现跑、冒、滴、漏并采取措施。

(3) 重要设备的安全机构

平台上有很多设备具有安全保护功能, 可以在误操作或紧急时刻起到保证安全的作用, 比如吊车的制动, 吊机的大钩及油丝绳的绳卡子、安全阀等。

3.3自然环境中的危险因素

自然灾害具有不可抗拒性和突然性, 在海洋这个天气变幻无常的环境中, 在分析危险因素时我们不得不考虑自然因素对平台生产及生产人员的危害, 包括: (1) 雷电等强对流风雨天气; (2) 台风影响; (3) 海啸; (4) 冰期; (5) 渔船; (6) 上游供电和下游海管混输系统的影响。

3.4危险因素中管理上的缺陷

海上导管架采油对于长期从事陆上采油的中石油是个新生事物, 在试采初期的基础投资是规模性的, 时间性要求强, 不同于陆地常规勘探开发模式。

4.事故预防技术和方法

导管架采油是油田生产的新平台的新事物, 必将在创建油田文化中充当独特的角色。需要我们做的就是:转变作风、夯实基础, 模范遵守“反违章六大禁令”、严格执行“HSE管理九项原则”, 瞄准“安全环保、原油生产、成本控制”三大目标任务, 完成各项工作, 创建独具特色的导管架文化。

综上所述, 首先要做好的就是尽量减少因突发事件引起平台上突发停产的次数, 时刻开展员工岗位风险识别和隐患排查活动。树立并践行六种理念:一是人人都是安全员理念;二是事故是可控可防的理念;三是隐患即是事故的理念;四是隐患整改立即执行理念;五是有效安全投入就是最高收益的理念;六是安全管理持续创新理念, 夯实各项管理基础。其次, 运用科学的方法完成事故隐患的管、控、防、治工作。

运用几种科学识别危害的方法, 适当地运用风险削减措施, 会对我们开展任何作业活动之前进行危害识别和风险评估, 有很大的帮助。

此外, 要齐抓共管, 开展隐患治理, 实现安全生产、清洁生产, 实现HSE战略目标。

(一) 工程技术对策

(1) 修订完善所有人员的HSE职责, 并严格落实;

(2) 严格执行生产建设项目安全“三同时”制度;

(3) 在采油生产中应经常做到的“三清”、“四无”、“五不漏”, 实现清洁生产。

(二) 安全教育对策

公司对员工进行宣传和培训, 主要以下四个方面的内容: (1) 培养员工HSE意识; (2) 培训本岗位工作的能力, 包括知识、经验和技能; (3) 采用新工艺、新技术、新材料或使用新设备时, 对从业人员进行专门的安全生产教育和培训; (4) 新员工的入厂教育和兼职安全资料的整理和收集。

(三) 安全管理对策

1. 积极开展基层单位安全管理的“体制”创新, 配备基层单位管理班子。

2. 认真开展基层单位安全管理的“制度”创新, 为海上导管架安全生产提供坚实的框架和不竭的动力。

古人云:“没有规矩, 不成方圆”。这表明了制度、规程和细则的重要性。安全方面的制度尤为重要。

首先, 要梳理各方面的管理制度、规程和细则, 分门别类, 编写目录, 规矩存放;其次, 在制度的执行力上下功夫, 转变工作作风;最后, 要切实加强与属地单位的和谐共建工作, 确保导管架安全。

3. 务实地开展管理的“技术”创新, 在制度的执行力上下功夫。

(1) 生产经营基层单位必须对安全设备进行经常性维护、保养, 并定期检测, 保证正常运转; (2) 让每名员工清楚, 工作中哪些行为属于不安全行为; (3) 严格执行交接班的“三一”、“四到”、“五报”制度;坚持重要信息收发记录制度。

4. 辩证地看待“安全与装备、生产和成本”的内在联系, 全面协调各种关系, 强“三基”、反“三违”, 创建“标准化岗位、标准化现场、标准化班组”, 实现HSE管理“追求零伤害、零污染、零事故”目标。

5. 结论及展望

5.1结论

从以上分析得出, 海上导管架采油平台存在人、物、环境和管理四个方面的危险因素, 笔者根据出海经验提出了相应的控制措施。此外, 油田还应推广成熟的“隐患管理”制度, 培养防患于未然的积极性, 有效消除潜在隐患。

5.2展望

导管架平台第2篇

“海洋石油228”号由上海船舶研究设计院设计，总长192.73米（含摇臂长），运输吃水5米，导管架下水能力为18 000 吨，为无人、非自航、钢质T型甲板驳，主要用于导管架的运输和下水及其他海上设备的运输，具有组块浮托法安装功能。该船是海油工程公司“十二五”期间投资建造的重要装备，其提前交付，将为海油工程公司2013年海上安装项目的完成提供坚实保障。

据介绍，“海洋石油228”号是黄埔造船为中国海油建造的第十二艘海洋工程辅助船，也是该公司首艘取得船级社无石棉证书的船舶，具有交船期紧、钢材加工量大、质量要求高等特点。该船在建造周期只有9个月的情况下实现交付，取得了安全工时突破百万小时、质量探伤一次合格率在96%以上、比合同节点提前15天完工等一系列成绩，对黄埔造船推行海工安全管理模式、创建海工精品品牌具有里程碑意义。

导管架平台的随机有限元可靠度分析第3篇

海洋平台是海洋资源开发的重要基础设施。其结构复杂、体积庞大、造价昂贵,而且它所处的海洋环境复杂恶劣,直接影响平台的安全。历史上曾发生多次海洋平台事故,造成了重大的经济损失和不良的社会影响。所以对海洋工程的结构可靠性分析非常重要[1]。

导管架平台在海洋环境中,所承受的外荷载均有一定的随机性,如何对这些影响导管架平台可靠度的因素进行评估,对导管架平台的设计有重要的意义。在以往的计算中对于材料的变异性、荷载的随机性往往考虑较少,无法真实反映结构的可靠性水平,因此本文采用随机有限元方法来计算导管架平台的可靠性。运用ANSYS概率设计模块(PDS)采用谱分析法计算了海洋平台在仅受随机波浪荷载作用和受随机波浪荷载、风荷载、海流荷载和甲板静载作用时的平台可靠度,并对两种情况下的可靠概率进行分析比较。

1 可靠性分析

近几年,结合极限状态设计法的应用,国外在海洋结构平台的可靠度设计方面进行了大量的研究。美国石油协会(API) 1997年给出了已有海洋平台结构基于可靠度的评估准则,在API的指南中明确给出了目标可靠指标和失效的后果,同时提出了海洋平台抗风和抗震评估准则。在国内,随着结构可靠度理论的深入和在土木领域的发展,近年来,在海洋结构物可靠度的研究与应用方面也有很大的进展。

由于影响可靠性的各种因素存在着不确定性,如荷载、材料性能等的变异,计算模型的不完善,制作质量的差异等,而且这些影响因素是随机的,因而工程结构完成预定功能的能力只能用概率度量。结构能够完成预定功能的概率,称为可靠概率;结构不能完成预定功能的概率,称为失效概率[2,3]。

结构可靠度的计算方法按照基本思路不同,可分为三类:二阶矩方法、蒙特卡洛(Monte Carlo)方法、响应面法。当安全余量表达式的非线性很强,而且随机变量是各种不同分布,同时又存在相关性时,求解可靠性指标的精确方法是蒙特卡罗法。其理论基础是概率中的大数定理,它的应用范围几乎没什么限制,在目前结构可靠性计算中,它被认为是一种相对精确的方法。由于蒙特卡罗法比较精确,是惟一可以用来做检验的方法,所以本文采用蒙特卡洛方法来计算导管架平台的结构可靠度,并且以此来检验谱分析方法。

2 蒙特卡罗随机有限元法[4,5,6]

在有限单元法已成为分析复杂结构的强有力的工具和广泛使用的数值方法的今天,人们已不满足精度越来越高的确定性计算,而开始运用这一强有力的工具去研究工程实际中存在的大量不确定性问题。随机有限元法,亦称概率有限元法(Probabilistic FEM)正是随机分析理论及有限元方法相结合的产物,它是在传统的有限元分析方法的基础上发展起来的一种新的随机数值分析方法。

随机有限元法可分为两种:一种是分析的方法,这种方法把数学、力学分析作为基础,寻找出结构系统的响应和输入信号间的关系,据此得到结构内力、位移或应力的统计规律,得出结构的可靠度或失效概率。另一种是统计的方法,在大量随机抽样的基础上,对结构进行反复有限元计算,统计分析得到的结果,得到该结构的可靠度或失效概率,这种算法称为蒙特卡洛随机有限元法。

蒙特卡洛方法是概率分析中最常用和传统的方法。这种方法使用户知道模型的真实行为特征,一个仿真循环代表构件在一个特定荷载和边界条件组合下的情况。

蒙特卡洛有限元法是有限元理论和蒙特卡洛数值模拟相结合的产物,其基本步骤是:首先,赋予每一个随机变量相应的一组随机数,随机数的个数就是取样数;然后,将这些随机数逐个代入有限元控制方程;最后,求解方程,得到一组待求变量的解[7,8]。

蒙特卡洛法的优点在于:

(1) 不论有限元模型的实际情况如何都可以使用这种方法。在基本模型正确的情况下,如果仿真循环次数足够,蒙特卡洛方法得出的概率结果总是正确的。

(2) 蒙特卡洛法是惟一适合做验证的方法。

(3) 单独的循环是相互独立的,即每个循环不依赖于其他循环的结果。

在ANSYS软件PDS模块中,蒙特卡洛方法可以选择直接抽样法或拉丁方法。拉丁方法抽样(LHS)技术比蒙特卡洛方法更先进和有效。LHS方法有一个样本“记忆”,可以避免重复样本的情况。

在通常情况下,同样问题得到同样精度的结果,拉丁方法比直接蒙特卡洛方法少20%到40%的仿真循环。因此本文运用拉丁抽样方法。

3 谱分析

谱分析是在模态分析的基础上,通过一个已知谱,对结构的位移和应力进行分析。谱分析可以取代费时的时间历程分析,用来确定结构对随时间变化的载荷或随机荷载的动力情况响应。

ANSYS谱分析包含单点响应谱、多点响应谱、动力学设计分析方法(DDAM)和功率谱密度(PSD)。本文采用功率谱密度(PSD)方法来进行结构的谱分析。

3.1 波浪谱

海面上的波浪高低不平、杂乱无章,是自然界中没有必然变化规律的随机过程,实际波浪的波高、周期的变化是不规则的,它是由许多振幅与频率不等、方向不一、相位杂乱的组成波叠加的结果。

从长期而言, 波浪过程并不具备平稳性, 但对较短的一段时间, 可以把波浪看成是一个平稳的随机过程。在每一短期海况中, 波浪是一个均值等于零的平稳正态随机过程,其长期分布可以认为是由大量短期海况序列组成的。由随机过程理论,功率谱密度可完全确定平稳随机过程的统计特性。

本文采用由有效波高和平均周期确定的JONSWAP谱来计算波浪。JONSWAP谱是用20世纪60年代英国、荷兰、美国和法国等在北海进行波浪观测的资料得到的,其表达式为:

$S (ω) = α g^{2} ω^{- 5} \exp [- \frac{5}{4} (\frac{ω}{ω_{p}})^{- 4} + e^{- \frac{(ω - ω_{p})^{2}}{2 (δ ω_{p})^{2}}} \ln (γ)] (1)$

式(1)中:ω —角频率; ωp—谱峰值角频率, $ω_{p} = \frac{2 π}{Τ_{p}} ‚ Τ_{p} = \frac{Τ_{s}}{1 - 0.132 (γ + 0.2)^{- 0.559}}$ ; σ—当ω≤ωp时,σ=0.07;当ω≥ωp时,σ=0.09; α—α为飞利浦常数, $α = \frac{5}{16} Η_{S}^{2} ω_{p}^{4} / {g^{2} [1 - 0.2879 \ln (γ)]}$ 。3.2 随机波浪荷载的确定

对于平稳的随机过程,通常作用于小尺寸结构构件上的波浪力是按Morison公式计算的,在对导管架平台结构进行频域内的随机响应分析时,需要对Morison公式进行线性化,将拖曳力与速度的关系曲线用一条由最小二乘法得到的直线代替。

对由Morison方程得到的波浪力的自相关函数Rff(τ)进行Fourier变换,得到线性化Morison波浪力谱[9]:

$\begin{array}{l} S_{f f} (ω) = \frac{1}{2 π} \int_{- \infty}^{\infty} R_{f f} (τ) e^{- i ω t} d τ = \\ {[C_{Μ} A_{Ι} g k \frac{c o s h k (z + h)}{c o s h k h}]^{2} + \\ [\sqrt{\frac{8}{π}} C_{D} A_{D} σ_{u} \frac{g k}{ω} \frac{c o s h k (z + h)}{c o s k h}]^{2}} \times \\ \frac{1}{2 π} \int_{- \infty}^{\infty} R_{f f} (τ) e^{- i ω t} d τ = \\ Η_{f f} (ω) S_{η η} (ω) (2) \end{array}$

式(2)中:CD—拖曳力系数;CM—惯性力系数,CM=CA+1; $A_{Ι} = ρ \frac{π}{4} D^{2}$ ; $A_{D} = \frac{1}{2} ρ D$ 。

Hff(ω)为线性化的Morison波浪力的传递函数:

$\begin{array}{l} Η_{f f} (ω) = [C_{Μ} A_{Ι} g k \frac{c o s h k (z + h)}{c o s h k h}]^{2} + \\ [\sqrt{\frac{8}{π}} C_{D} A_{D} σ_{u} \frac{g k}{ω} \frac{c o s h k (z + h)}{c o s k h}]^{2} (3) \end{array}$

由JONSWAP谱公式(1)和Morison波浪力谱公式(2)可求得正常工作情况的波浪力谱。

4 仿真计算

4.1 有限元模型

本文以北部湾某石油平台为例,用ANSYS建立有限元分析模型。

4.2 模态分析

对导管架模型进行模态分析,得出导管架平台前六阶固有频率。

4.3 结构随机振动分析

本文选用图1所示的Morison波浪力谱,应用ANSYS软件对导管架平在在模态分析的基础上进一步进行谱分析,选择功率谱密度(PSD)作为谱分析类型,对平台的各个振型取相同的阻尼比η=0.01,加载过程中施加节点激励,合并结构的前六阶模态。

图3—图6分别给出了关键点的位移响应谱,速度响应谱以及Von-Mises等效应力响应谱,Von-Mises等效应力速度响应谱。表2给出了关键点的结构响应均方差。

从上述的图形中可以看出,平台结构关键部位关键点处的位移响应谱,速度响应谱以及Von-Mises等效应力响应谱,Von-Mises等效应力速度响应谱在轮廓上看所表现的规律大致相同。图形上共有两个峰值,结合波浪力谱曲线(图1)以及模型的固有频率(表1)可以看出,产生第一个峰值的原因是,波浪力谱在该频率处出现极大值,产生第二个峰值的原因是由于其低阶的固有频率与随机波浪荷载的激励频率接近,虽然此时波浪力谱值很小,但结构的位移和应力响应远远大于最大波浪荷载谱作用时的响应,容易产生共振现象。

4.4 导管架平台结构可靠性分析[10]

本文将导管架平台所承受的荷载分成两个部分,一部分是随机波浪荷载,另一部分是随机风载,随机海流荷载和随机静载。分别计算导管架平台在随机波浪荷载的情况下,考虑和不考虑其他随机荷载时导管架平台的可靠性。

视波浪荷载,海流荷载,风荷载,上部甲板静载和材料许用应力均为随机参数,其中,波浪荷载,海流荷载和风荷载服从Weibull分布,上部甲板静载服从均匀分布,材料许用应力服从Gause分布,具体随机参数列表见表3。

在ANSYS软件PDS模块中,用蒙特卡洛随机有限元法对导管架结构进行可靠性分析,得出图7—图11的结果。

图11中,黄色代表随机波浪荷载(Waveload),蓝色代表海流荷载(Ocload4)。

5 结论

(1)图7显示了进行5 000次样本空间计算后的随机输出变量DETSS样本均值历史,图8显示了随机输出变量DETSS样本方差历史。输出变量的平均值收敛线趋于平缓逐渐收敛且收敛带宽较窄,说明模拟的次数足够。

(2)从分析数据上看,当仅考虑随机波浪荷载的时候,导管架平台的可靠概率为0.994 270 [0.985 035, 0.998 578];当不仅考虑随机波浪荷载,同时也考虑风荷载,海流荷载和静载的随机性时,导管架平的可靠概率为0.984 378[0.970 978, 0.992 872]。可以看出,风荷载,海流荷载和静荷载对导管架平台可靠度的影响较小,波浪荷载占主导因素。

(3)图10显示了随机输入变量waveload对于随机输出变量DETSS的散布图。从图中可以看出,随机输入变量waveload所提供的样本点与随机输出变量DETSS的趋势线靠得比较近,很好的表示了随机输入变量的离散程度。

(4)图11显示了随机输出变量对随机输入变量的灵敏度。从图11上可以看出,对于导管架平台的可靠性,随机波浪荷载的影响最大,其次为海流荷载,相对而言,其他的影响因素不显著。

参考文献

[1]姜萌.近海工程结构物——导管架平台.大连:大连理工大学出版社,2009

[2]张宇.工程结构可靠度分析的若干问题研究.[博士论文].上海:同济大学.2006

[3] Feng Sheng,Song Yupu.Optimum design of structure shape for off-shore jacket platforms.China Ocean Engineering,2000;14(4):435—445

[4]杨杰,陈虬.一种新型随机有限元法.力学季刊,2004;25(4):16—21

[5]戎志祥,林少芬.基于随机有限元法的连杆可靠性分析.舰船科学技术,2011;33(9):68—70.

[6]崔海涛,温卫东.随机有限元法及其工程应用.南京航空航天大学学报,2002;32(1):91—98

[7]武清玺.结构可靠性分析及随机有限元法.北京:机械工业出版社,2005

[8]肖刚.系统可靠性分析中的蒙特卡罗方法.北京:科学出版社,2003

[9] Gullo I,Di Paola M,Spanos P D.Spectral approximation for windinduced structural vibration studies.Meccanica,1998;(3):291—298

导管架平台第4篇

关键词：东海大桥,岛礁区,导管架,设计施工

1 前言

东海大桥是举世瞩目的上海国际航运中心洋山深水港区最主要的工程之一, 大桥从芦潮港开始至洋山深水港区, 总长度达31.053km里。大桥所处海区海况恶劣, 一年内有效工作天数为180d, 整座大桥从2002年底动工, 需在2005年竣工完成。

大桥K26+689~K27+279为东海大桥近岛段过渡区, 桥式布置为70m跨非通航孔, 地处小乌龟岛的尾部, 大乌龟岛侧面, 水流很急, 最大流速约2.5~3.0m/s, 局部地区水深达到25m, 为东海大桥最大水深处, 大部分区域基岩上覆极度饱和的淤泥质黏土, 成流塑状、高压缩性、高灵敏度、大空隙比, 是典型的软弱地基土, 其侧摩阻力和土抗力是很低的, 根本不具备覆盖层稳桩的条件。基岩顺桥轴线往大乌龟岛方向逐渐出露, 基岩面很不平整, 礁石林立, 是东海大桥唯一的岛礁区。其中在K26+759附近海底为天然裸露的礁石岩体, 高差极大。该处桥梁基础为大直径嵌岩钻孔桩。在这种地质条件下, 插打钻孔平台和栈桥的钢管桩基础, 采用内河陆地常规的方法, 显然不行。为此我们借鉴海洋石油平台的做法, 设计了导管架平台基础。

2 导管架施工工艺概述

导管架法搭设平台的施工在海洋石油钻井平台中应用最为广泛, 但该工艺应用在桥梁施工中尚属首次, 尤其应用在海床面高差极大的岛礁区中。导管架工艺施工工艺可以说是装配式的施工工艺, 采取岸上制作, 现场沉放, 连续施工, 大大减少了海上的施工强度和施工难度。

我们采用的导管架施工平台由导管架、钢管桩、上部结构三部分组成。导管架是在岛边平台上组焊的空间桁架, 设计时充分考虑了波浪力、水流作用力并增加了相应的防沉结构。钢管桩是整个平台的承重构件, 通过与导管架之间的连接达到整体受力, 承受从上部结构传来的竖向荷载, 并最终将力传到岩面上。同时导管架采用桩套桩的形式, 能够切实保正桩基是群桩受力。

3 导管架的设计计算

3.1 计算假定

导管架是放置到海底, 浸泡在水中的空间结构, 导管架整体通过一定长度的钢管刃脚嵌入淤泥中, 相当于底部弹性锚固, 导管架承受波浪、水流作用力的作用, 并起到整体稳定的作用。因此, 我们在计算时假定基础所受的水平力全部由导管架承受后传给海床及通过钢管桩与导管架的铰接装置传给钢管桩;钢管桩承受全部竖直力;不计导管架结构对整体基础竖直承载力的贡献。

3.2 波浪力、水流力荷载标准

导管架从制作、下放、到平台完成功能需要, 需要一年多的时间, 期间要经历季风和台风期, 波浪力的取值过大可能造成设计上浪费, 过小可能不能满足施工期间的安全。针对大乌龟岛复杂的环境条件, 经过研究和风险评估, 决定计算时统一采用桥梁基础使用期的水位和波浪要素, 具体计算方法按照《海港水文规范》 (表1) 进行计算。

3.3 计算工况

(1) 导管架在翻身、吊装、下放时需选择较好的天气, 在波浪不大、平潮时进行, 因此在此阶段仅考虑导管架自重。

(2) 考虑到海上自然环境条件差, 导管架下放好后要及时插打2~4根钢管桩来共同抵抗常规风力环境下海流的冲击, 避免导管架倾翻。

(3) 平台完全形成, 发挥全部功能, 导管架与钢管桩共同受力, 考虑使用期的流和浪。

3.4 计算内容

(1) 整体翻身起吊桁架的受力安全及变形、局部管件的稳定性和吊点处主管的局部稳定。

(2) 计算下放时导管架自身的抗倾覆性, 在四节流速的作用下靠自重稳定的倾覆系数。

(3) 平台完成后, 各种工况导管架与钢管桩联合体系的受力、空间稳定计算和整体平台的动力学分析。

4 导管架的制造和下放

4.1 导管架的制造

导管架的制造场地应选择将来导管架的起吊、运输, 因此, 场地需紧靠江边或海边, 场地内有大型起吊机械, 或者大型浮吊可以进行导管架的翻身、起吊、装驳。本工程的导管架小部分委托给江南造船厂和振华港机加工, 大部分则是在岛边专用平台上安装。

导管架的主管采用φ1100mm的卷制钢管 (壁厚10mm) , 横管和斜管分别采用φ422mm、φ377mm的螺纹管 (壁厚6mm) , 管与管均采用相贯线形式。导管架采取分榀制作, 总体组装的制造方案。单榀制作在平面拼装胎架上进行, 控制好胎架平面度尺寸及接触线尺寸后, 吊装φ1100mm主管与横、斜管, 完成拼装。单榀安装完毕后, 在单榀分段胎架上进行双榀的吊装, 先联斜杆, 在完善上层榀的横杆。

4.2 导管架的定位与下放

本段工程采用的导管架重量在100t~300 t之间, 起重设备我们选用“苏连海起八”浮吊和“三航起七”浮吊, 两船的最大起重量都是350t, 作业时选择在平潮期, 因为这段时间的海水流速、可作业时间等均是较佳选择, 定位系统我们选用美国“Trimbl E5700”GPS RTK技术, 定位误差要求在50cm内。

导管架下放到位后, 马上进行四根角桩的插打, 然后进行剩余钢管桩的插打, 沉桩设备采用DZ150型震动桩锤, 钢管桩打到岩面为止。遇到导管架倾斜时, 需要临时插入管桩, 借助浮吊重新吊平, 焊接调平。

5 结语

使用导管架在海洋岛礁区建造桥梁施工平台基础的优点主要桩间的平立支撑可设置在海床面至水面之间, 在相同的竖向及水平荷载下, 满足相同的变形和强度条件下, 它的桩数较少桩径较小, 横向刚度大, 抗风浪及潮流能力较强。质量易于控制、安全有保障。该技术的成功应用, 为我们在海洋岛礁区搭建桥梁施工平台积累了宝贵的经验。

参考文献

[1]王启愚.东海大桥主要施工技术创新浅谈 (上) .东海大桥, 2003 (1) .

[2]中铁大桥局集团二公司东海大桥项目部.导管架作业指导书[R], 2003.

导管架平台第5篇

1 海上石油导管架平台

导管架平台是由钢管桩通过导管架固定在海底的结构物, 是海洋石油平台中传递荷载的主要部件。它是由若干竖向立柱 (圆钢管) 和横向、斜向联接钢管焊接结成的空间框架结构。导管架在海上石油平台中有着重要作用: (1) 对于海上石油作业提供保障措施:在导管架的圆管内打桩, 极大的减少了海上施工时单桩定位等操作的难度。 (2) 可以安装电缆等设备, 进行通讯。 (3) 可以安装梯子、登陆桥等, 使得工作时便于通行。 (4) 可以安装泊船设施, 便于交通联络、船舶的停靠。 (5) 在导管架上搭建临时的工作平台, 加强施工安全、提高施工速度。 (6) 将各个单位组合成一个整体:在桩和圆管之间用水泥浆凝固, 这样可以通过导管架的空间结构, 将各个单桩联结成一体, 使得平台的荷载能均匀的传递到各个桩上。

2 安全评价方法在海上石油导管架平台建造中的应用

导管架平台作为海上石油作业平台的主体部分, 其作用至关重要。其建造的安全工作是海上石油开采完成的保障。而由于其建造、使用的复杂性, 使得“适用”完全不符合海上石油平台建设的利益, 也存在很大的危险性。那么, 首先进行的安全评价就在平台建造过程中起着至关重要的作用, 安全评价方法的准确应用, 可以保证海上石油开采工作顺利进行。这里, 我们就简单介绍预先危险性分析、故障类型和影响分析、作业条件危险性法三种安全评价方法。

2.1 预先危险性分析 (PHA)

预先危险性分析 (Preliminary Hazard Analysis, 简称PHA) 主要在已有的系统改造或者新系统设计之前应用, 其目的是为了在相关人员没有掌握详细资料时, 早期分析、识别可能出现的潜在危险, 并提出一定的防范措施, 防止潜在危险的发生。

P H A对于导管架平台建造中的应用来说, 具体步骤可以从以下几点看起:

(1) 确定并熟悉导管架平台建造使用系统

(2) 分析其建造使用过程中存在的潜在危险, 主要内容有:

(1) 识别危险的设备、零部件, 并分析其发生的可能性条件; (2) 分析原材料, 特别是有害物质的性能; (3) 分析建造过程中的相关参数; (4) 操作、维修等方面的分析; (5) 由于导管架平台工作环境的特殊性——海洋, 所以其环境分析尤为重要;

(3) 对确定危险进行分类制表

(4) 分析危险因素转换为危险状态, 乃至事故的触发条件, 寻找解决措施;

(5) 对危险程度进行等级划分, 具体来说主要划分为四级 (表1) :

(6) 制定相关的安全措施。

2.2 故障类型和影响分析 (FMEA)

故障类型和影响分析 (Failure Mode Effects Analysis, 简称FMEA) 是对系统的各组成部分、元素进行分析, 其目的是通过分辨单一设备和系统的故障模式以及每种故障模式对系统或装置的影响, 提高设备的可靠性。FMEA评价方法需要结合已有的导管架平台故障实例来进行分析。

在导管架平台建造中应用FMEA, 具体步骤如下: (1) 确定并熟悉导管架平台建造使用系统; (2) 分析元素故障类型和产生原因; (3) 研究故障类型的影响, 关于故障类型分级的方法有多种, 主要有:定型分级、危险性半定量分级等。 (4) 填写故障类型和影响分析表格, 表格一般包括系统的名称、设备元件的名称、故障类型、发生时间、原因、影响、等级、措施等。

2.3 作业条件危险性分析 (LEC)

L E C评价法是对具有潜在危险性作业环境中的危险源进行半定量的安全评价方法, 它以三个方面的指标值来评价风险大小, 这三个方面分别是:L—发生事故的可能性大小;E—暴露这种危险的频繁程度;C—发生事故后的损失后果。通过打分的形式最后确定风险—D, 风险分值D=L E C。D值越大, 说明系统存在的危险性就越大。具体如下表2-5:

LEC分析与PHA分析可以进行综合应用, 以L E C的分值来对P H A中的危险等级进行量化, 可以更好地对导管架平台的建造提供安全保证。

3 总结

通过对PHA、FMEA、LEC三种评价分析法的了解, 我们可以看到评价方法在导管架平台建造中的应用。不同的评价方法有不同的特点, 对于海上石油导管架平台的应用也有不同的效果, 但其目的都是为了使海上石油作业安全可靠的完成。导管架作为一种复杂的海上石油平台构成, 应用不同的安全评价方法对其进行安全评判是我们不能忽视的一个关键步骤。

参考文献

关于海上导管架拆除工程的阐述第6篇

海上石油平台根据拆除的主体部位分为水上结构和水下结构两部分, 水上部分通过常规手段可以安全的实现拆除, 但水下部分-导管架的拆除是非常困难的, 在进行拆除作业之前应做好各方面的准备, 制定出技术可行、经济合理, 具有充分安全保障的拆除方案。

2 导管架的拆除过程

2.1 导管架的拆除分析

拆除平台导管架方法的选择要受到很多实际因素的影响, 就目前而言, 拆除平台主要是受到:

(1) 重型起重船起重能力和成本的限制;

(2) 导管架需要提升的高度;

(3) 起重机的最大幅度 (吊装回转半径) 的影响;

(4) 导管架结构的整体性控制影响着分块切割, 这种分割决定了从经济的角度充分利用可供使用的重型起重船的能力;

(5) 导管架的提升重量。导管架在长期的使用中重量是有所变化的, 此外附着的海洋生物也会增加导管架的重量, 为了保证提升操作的安全, 要估算导管架在3个平面内的重心, 确认吊点的位置;

(6) 按照规范的要求, 泥面下4~5m以上的桩腿都要拔出, 所以要分析土壤的类型, 计算切割后这一短截的抗拔力;

(7) 根据潮汐的情况, 确认可能操作的时间范围。

2.2 导管架拆除的支持文件

应提交的技术文件, 如下所列:

(1) 导管架结构腐蚀、破损状态及海生物覆着情况评估及强度分析

(2) 分解切割方案说明书

(1) 分解单元的划分方案及其技术经济分析

(2) 各单元的重量、重心计算

(3) 各单元的切割线位置图

(4) 切割顺序

(5) 切割工具

(6) 切割时的风险分析及安全保障措施

(7) 环境及社会的影响

(3) 吊装及运输方案说明书

(1) 起吊力的计算

(2) 吊装程序及吊装时的风险分析与安全保障措施

(3) 吊点及配扣设计说明

(4) 装船分析 (a、装船图;b、滑道的设计;c、结构模拟:在计算分析中, 导管架下面的每一个支撑 (滑靴) 仅模拟成提供垂直方向支撑杆件, 滑靴本身在分析中可不被模拟。如果需要模拟结构与滑靴之间的偏心, 可加上刚性单元。)

(5) 海上运输稳性计算

(6) 上岸方法

(7) 吊装及运输过程中使用的船舶与设备

2.3 导管架拆除的施工方法

2.3.1 清除导管架上覆着的海生物

经过多年的运营, 导管架上覆着的海生物数量极大, 其重量可能会达到导管架重量的30%, 因此必须首先清除这些海生物, 可使用高压水喷枪进行。

2.3.2 分解单元的划分

应根据导管架的规模及起重船的能力并考虑导管架的腐蚀与破损状况, 制定分解方案, 通常有两种方案:

(1) 整体方案:对于小型导管架, 由于其尺寸小、重量轻, 在起重船能力允许的情况下, 可不再分解, 进行整体拆除。

(2) 分解方案:视其租用浮吊船的能力, 确定对导管架采用分解方案。分解单元的划分, 即其形状、尺寸、重量等要根据下列因素决定:导管架的形状、尺寸与重量;起重船的起重能力;运输船的甲板面积及稳性。

2.3.3 切割与吊装前的准备

导管架的切割与吊装是一个连续过程, 不能分开或单独进行。在进行此工程阶段之前, 必须做好下述准备, 否则不能进行。

(1) 计算好各分解方案的重量重心, 一定要考虑余量;

(2) 按吊点及配扣的设计要求, 安装好吊点, 吊点必须设置在导管架腿与强横拉筋的节点处, 对于不能安装吊点的单元, 吊装受力点可直接选在牢固的节点处或重新设计制造必须的起吊框架;

(3) 准备好一切吊装索具及支持设备;

(4) 保证吊缆通过分解单元的重心, 防止起吊时单元晃动, 并做好一切安全保障措施;

(5) 可对部分构件 (不影响分块吊装的情况下) 进行预切割, 以减少费用。

2.3.4 切割方法

(1) 根据导管架的规模和起重船的起重能力, 通常将导管架沿垂直方向水平切割成若干单元, 使得每个单元均可顺利吊起并放置于运输船舶上的预定位置。切割顺序要充分考虑导管架的结构状况, 海上当时的风浪情况等因素。

(2) 为防止导管架在切割过程中特别是切割完成瞬间, 由于风及波浪的作用使导管架产生移位或无序运动。在切割前, 应按当时的风浪情况, 在适当方向用缆索牵引固定, 同时起重船的吊钩在切割过程中应始终保持拉紧状态, 这样既可以防止导管架的无序运动, 又可以保证不会产生由于切割中的应力释放造成切割工具被夹住的风险。

(3) 切割时要注意不要一次就把导管架所有桩腿全部切割完毕, 而要在适当位置留下1~2根, 待浮吊就位起重工作准备就绪后再切割剩余的的桩腿或连接杆件, 切割工作必须在采取严格控制措施的情况下进行, 防止导管架移位造成危险。

(4) 水下切割根据切割部位分为外部和内部切割。导管架切割时应当依据当时的施工环境和切割工具选用经济、合理和安全的切割方法。切割方法可选择在桩腿和油 (气) 井套管内部切割, 否则选择外部切割。这两种形式所选用的工具不一样, 前者为超高压水/砂冲蚀切割装置, 后者为钻粒缆切割装置。这两种方法都需要吹泥作业, 前者在桩腿内;后者在桩腿和油 (气) 井套管的外部, 吹泥深度不小于5m深坑, 大小要满足安装切割装置和操作的空间, 而且保证边壁不能出现坍塌事故。

2.3.5 吊装

根据设计方案确定整体吊装或分解吊装后, 严格按照设计的装船计划进行, 将各单元置于相应的位置, 不得混乱摆放。

2.3.6 导管架的海上运输及上岸

(1) 海上运输

根据设计好的装船图及海上运输稳性计算书, 把切割后的单元吊到船上的预定位置, 固牢后运至码头, 此阶段的风险主要是安全问题。

(2) 上岸再运到处理场

根据码头设备起重能力、起重船能力及陆上运输工具的尺度与能力, 可以把每个单元吊到岸边的运输工具上, 再运到处理场。也可以把整个单元在船上或码头上再分解后, 运到处理场地。

3 总结

本文介绍了海上平台水下部分导管架拆除操作过程和实际经验, 针对导管架拆除工程需要准备和注意的问题做了比较详细的阐述。目前国内这方面起步比较晚, 相应的水下切割技术和配套的专用的设备工具都需要引自外国, 而且也缺乏水下切割的经验, 没有形成一套成熟的做法。这就要求我们要尽早进行这方面的技术研究和储备, 包括在开发设计时适当考虑日后的拆除问题, 有助于今后降低拆除的难度。这样做既可提高整个油田开发的经济效益, 又可为今后进入的海上油气田废弃处置阶段做好必要的准备。

参考文献

[1]陈继红, 浅海导管架采油平台拆除方法初探, 石油规划设计, 2003, 30

典型外挂式浅水导管架建造方式分析第7篇

1 建造方式简介

1.1 立式建造方式简介

对于外挂型导管架采用立式建造, ROW-A片和ROW-B片及两层水平片分别预制。先立ROW-A片, 然后依次安装四个水平片, 最后合拢ROW-B片。防沉板在导管架合拢之后再安装。简单叙述如下:

第一步:立Row-A片。

立片前滑靴应固定好, 所有机械工具必须经过安全检查, 所有准备工作完成后立Row-A片, Row-A片立片后应注意用拖拉绳固定;

第二步:安装Row-B和Row-A片间的水平片

安装Row-B和Row-A片之间的拉筋。安装前应提前根据临时支撑布置图布置好临时支撑, 底层的临时支撑要经常监测支墩的沉陷情况, 及时调整;

第三步:合拢Row-B片;

第四步:安装防沉板;

第五步:安装剩余附件, 例如:防沉板等等, 安装顺序根据现场实际情况调整。

1.2 卧式建造方式简介

对于外挂式导管架采用卧式建造, Row-A片和Row-B片及两层水平片分别预制。先立ROW-A片, 然后依次安装四个水平片, 最后合拢Row-B片。防沉板在导管架合拢之后再安装。简单叙详述如下:

第一步:安装Row-1片

在平整的场地组对ROW-1片;

第二步:安装Row-1和Row-2片间的水平片

安装Row-1和Row-2片之间的水平片, 包括井口部分;

第三步:安装Row-1和Row-2片间的斜拉筋

安装Row-1和Row-2片之间的斜拉筋;

第四步:合拢Row-2片;

第五步:整体翻身, 安装防沉板;

第六步:安装剩余的附件, 例如:防沉板等等, 安装顺序根据现场实际情况调整。

2 滑道资源

滑道对于海洋工程结构物的建造是一个重要的建造资源, 其作用类似于船舶建造过程中船坞的作用。合理且充分的利用好滑道, 将提高海洋工程的建造效率和建造数量。对于外挂式导管架的建造, 不同的建造方式显然对滑道资源的需求也不同。外挂式导管架的重量相比常规导管架要轻, 重量一般在300至500吨之间, 故在导管架建造完工后, 利用绞车将导管架拖拉到码头的前沿, 然后利用在码头停泊的浮吊将其吊装到运输驳船上。

对于立式建造来讲, 从上面的描述中我们知道, 其需要从导管架立片开始就要占用滑道, 直到其完工为止。在项目众多的情况下, 这不是最经济的建造方式。且这类外挂式导管架有个特点, 其防沉板都是面积比较大的, 这样需要使用滑道的长度会比其主结构尺寸要大很多。所以在滑道资源比较紧张的情况下, 建议不采用立式建造方案。

对于卧式建造来讲, 从上面的描述中我们知道, 在导管架建造初期, 不占用滑道资源。在场地比较平整的条件下, 可以在非滑道区进行建造。待导管架整体合拢后, 利用吊车将其吊装到滑道上, 进行防沉板的安装, 最后利用绞车将其拖拉到码头的前沿。卧式建造的方法相比于立式建造方法可以大大的减少对建造过程中占用滑道时间, 可以利用其他项目建造的间隙, 把导管架占用滑道的时间压缩至最短。

3 建造的效率

建造的效率的高低要取决于几个变量, 一个是脚手架的效率, 一个是空间组对的效率, 另一个是吊机的吊装能力。

脚手架的搭设效率, 对于导管架的建造起着至关重要的作用, 没有脚手架, 铆工就无法组对对接口, 焊工也就无法焊接。在立式建造过程中, 脚手架从主观的角度看, 其主要是高空作业, 作业的效率必定是要低。之前需要将脚手架从导管架的根部一直搭到导管架顶部, 即满堂架, 但是现在我们采用的是脚手架挂架的搭设方法, 只需在需要作业的地方搭出一个工作平台即可。而卧式建造中, 由于导管架的平躺时的高度要比人身高要高, 所以必须要搭设满堂架才能满足施工的要求, 而且对于建造施工完毕后, 还需要拆除脚手架, 如果采用满堂架的方式, 其工期相应的也要增加。故从脚手架的效率方面讲, 立式建造要比卧式建造效率要高。

空间组对的效率是制约导管架的建造效率的一个重要因素。对于立式建造方法, 其需要高空组对接口, 由于导管架为管系结构, 管与管相交处为马鞍口。不仅要控制接口的间隙, 又要保证导管架的整体尺寸。从这个角度讲, 立式建造的效率相对较低。且对施工工人的技术水平要求也比较高, 且在这个过程中, 还要考验吊车司机及起重指挥的能力。而卧式建造过程中, 由于其离地较低, 铆工能比较容易的对接口进行组对。其组对效率相比与立式建造要高。

吊机的起吊能力也是影响建造效率的一个重要因素, 如果把导管架单片做的比较大, 可以大大提高建造效率, 同时也能减少导管架的空间对接口的数量。因此必定对加快导管架的建造进度有益。在导管架立式建造过程中, 受限于吊机起吊高度计吊机跨距的影响, 即使是重量较轻的单片, 也会使用吨位较大的吊机进行吊装, 且要对吊装前进行单片的结构强度校核, 尤其对于井口片来讲, 一般都要增加一些临时支撑。从施工角度, 增加吊装前的工作量, 也增加了施工过后拆除临时支撑的工作量, 同时也增加施工过程中的作业风险。从费用角度, 吊装能力大吊机的台班费肯定会比吊装能力小的吊机的台班费要多, 无形中增加了项目的施工难度。对于卧式建造的导管架建造, 由于吊机作业的高度较低, 相比于立式建造的导管架可以增加吊机的起吊能力。从施工角度可以减少施工的工作量和施工过程中的作业风险。从费用角度也可以减少。

4 结论

外挂式浅水导管架的立式建造和卧式建造各有特点, 对于选用哪一种方式进行建造, 还要充分考虑建造场地的资源及项目情况。目的只有一个, 在有限的建造资源条件下, 通过对比两种方案的优劣, 选取最佳的方案, 提高建造的效率。

摘要：外挂浅水导管架作为增加油田产量的一种结构形式, 因其上部组块处理功能多依托旧平台, 空间要求不大, 此类导管架通常结构细高。对于这种特殊的非常规的结构, 从建造单位的角度来讲, 需要考虑对其建造方式进行合理的安排, 从而提高其建造的效率。本文通过对比两种典型的建造方式:立式建造和卧式建造, 探讨外挂式浅水导管架建造方式。

关键词：外挂导管架,浅水,立式建造,卧式建造,效率

参考文献

导管架平台第8篇

目前, 在海洋油气中, 导管架平台主要由两大部分组成:一部分由导管架和钢管桩组成, 用来支承上部设施与设备的基础结构, 称为支承结构;一部分由甲板及其上的设施和设备组成, 作为收集和处理油气、生活及其他用途的场所, 称为上部设施与设备。

1 导管架结构的主要形式

1.1 上部结构的主要形式及其特点

导管架平台上部结构的形式可以分为:桁架式、梁—板—柱组成的框架式以及兼而有之的混合式。桁架式结构特点是整个结构由梁和桁架等构件组成, 上下层平台甲板由桁架连接为整体结构, 承受作用在甲板上的载荷, 并通过桁架将载荷传给导管架及桩基。梁—板—立柱组成的框架式结构其特点是上下层甲板由立柱连接为整体结构, 承受作用在甲板上的载荷, 载荷通过立柱传给导管架和桩基。混合式结构特点是上下层甲板由立柱或桁架连接成为一个整体结构, 承受作用在甲板上的载荷, 并通过立柱或桁架传给导管架和桩基。这种结构不仅具有框架式结构的特点, 还在梁跨度较大的部位增设桁架, 以增强平台的总体刚度、增加甲板的承载能力。

1.2 导管架的主要形式

导管架的主要构件是导管, 导管架按导管数量的多少分类通常有以下几种形式:1) 三导管导管架。这种导管架有三条呈等边三角形布置的导管。该种导管架主要用于井口保护平台、火炬塔支撑平台以及一些机械设施支撑结构。2) 四导管导管架。该种导管架有四根导管, 一般导管布置呈正方形或矩形。该种导管架是海上油气田开发中常用的一种结构形式, 主要用于井口保护平台、生活平台、压缩机平台, 也常用于油 (气) 生产平台和钻井平台。其四根导管根据使用要求可以设计成等斜度的, 也可设计成一侧垂直而另一侧倾斜的。3) 八导管导管架。这种导管架有八根导管, 是用于海上石油开发的一种典型的结构形式, 导管一般按矩形布置, 呈双斜对称布置, 每行有四根导管。该种导管架主要用于综合平台, 其甲板面积大, 承载能力高。

此外, 还用六, 九, 十二, 十六, 二十四导管的导管架。我国早期安装的导管架多为十六导管, 也有九导管和二十四导管。

2 导管架节点的连接形式及分类

目前工程中常用的钢管结构节点类型有:空心钢球焊接节点, 螺栓球节点, 半球节点, 扁球形节点, 钢板节点, 再分杆树状节点, 相贯节点, 鼓形节点, 套管节点。

相贯节点又称简单节点 (simple joint) 、无加劲节点 (unstiffened joint) 或直接焊接节点 (directly-welding joint) [5]。节点处只有在同一轴线上的两个最粗的相邻杆件处贯通, 其余杆件通过端部相贯线加工后, 直接焊接在贯通杆件的外表。一般来说, 钢管相贯节点具有传力路线明确, 受力性能好, 承载能力强, 构造简单, 无附加外凸的节点构件, 次要构件连接简便, 建筑外表美观, 在实际工程中不仅节省钢材和焊接工作量, 而且更易于维护保养。基于相贯节点的众多优点, 近十年来相贯节点在空间钢管结构特别是大跨度建筑钢管结构中得到了空前的应用。

按照组成节点的钢管截面形式分类, 钢管相贯节点可分为:圆管—圆管相贯节点、矩形管—矩形管相贯节点、矩形管—圆管相贯节点和圆管—矩形管相贯节点。

按照节点的几何形式分类, 钢管相贯节点可以分为单平面节点 (uniplanar joint) 和多平面节点 (multiplanar joint) 两大类。前者为所有杆件轴线处于或几乎处于同一平面内的节点, 否则为空间节点。在节点处贯通的钢管通常称为弦杆 (chord) , 焊接于弦杆之上的钢管称为腹杆 (brace) 。

工程中遇到较多的平面节点有:T形 (Y形) 、X形、K形 (N形) 、KT形 (即在弦杆一侧有三根腹杆的情况) 、平面YY形、平面KK形。

根据节点中杆件内力平衡方式分类:1) 当腹杆轴力在垂直于弦杆的垂直分量全部由弦杆横截面剪力所平衡时, 节点划分为Y形或T形节点。2) 当腹杆轴力通过弦杆由另一侧腹杆所平衡时, 节点划分为X形节点。3) 当位于弦杆同一侧的腹杆轴力在垂直于弦杆长度方向能自相平衡时, 节点划分为K形或N形节点。 (对于有些K形节点, 根据腹杆轴力垂直分量的平衡方式划分节点类型的原则, 斜腹杆轴力的50%由竖腹杆平衡, 另50%由弦杆横截面剪力所平衡, 因此划分为部分K形节点、部分Y形节点。

3 导管架结构的优点

在海洋开发中, 导管架平台被广泛的采用, 主要是由于导管架平台具有如下特点:

1) 平台的支撑结构——导管架是以圆钢管为主要构件的钢结构, 因此结构受力状态较好。由于圆钢管的截面为各向同性, 便于加工成型, 结构制造方便。此外, 圆钢管呈封闭截面, 与海水接触面积相对较小, 有利于防腐;在施工中, 还可以利用浮力, 减轻结构在海水中重量。

2) 由于桩是通过导管架导管或裙筒打入海床, 因此在比较恶劣的海洋环境中, 桩打的准、打的直。该种结构适于水深、浪高、风大的海域。

3) 打桩作业可以大大简化, 只要把导管架定位于指定地点, 立即就可以进行打桩作业。这种结构形式是解决海上打桩定位和施工期间稳定桩基的有效方法。同时, 导管架作为桩基的一部分, 可以保证平台结构的整体稳定性。

4) 平台可以在陆上分块预制, 海上组装, 既能保证施工质量, 又可以缩短海上吊装与组装时间, 节省投资。

5) 导管架平台设计、制造及安装技术成熟、实践经验多, 适用性强。

4 工程应用意义及前景展望

4.1 石油平台

到目前为止, 在油气工业中, 导管架平台的应用是比较普遍的, 我国的油气资源十分丰富, 石油资源的开发有着非常广阔的前景。1966年我国依靠自己的技术力量在渤海海域成功地安装了第一座导管架式海洋平台。近年来随着近海石油开发的迅速发展, 我国的平台设计、制造和安装也有了突破性进展。自20世纪60年代以来, 已经陆续建造了近百座海上平台。从渤海、南海以及国外的海上油田开发来看, 水深5 m～200 m范围内, 导管架平台是应用最多的一种平台形式, 约占90%以上。并且海上油田开发实践证明, 这类平台是比较行之有效的一种结构形式。

而在世界范围内, 自20世纪40年代美国安装使用了世界上第一座钢质导管架式平台 (Steol Jaoket offshore Platform) 以来, 这种结构已经成为中浅海海洋平台的主要结构形式。随着海洋石油开发的迅速发展, 导管架式海洋平台被广泛用于海上油田开发、海上观光以及海洋科学观测等方面。

4.2 海上风力发电[5]

目前, 海上风力发电场的建设有两个发展趋势:1) 风电场的建设水深由浅海向深海发展;2) 风力发电机的单机容量不断增大[6,7,8]。由于导管架平台的结构特点和风机结构规模的大型化, 就决定了在浅海域的各种水深条件下, 导管架平台用于近海风力发电是比较合适甚至是最好的选择, 比较合适的基础形式有三脚架式和导管架式两种。三脚架式基础类似单桩结构, 只是采用了标准的三腿支撑结构, 相对于由钢管焊接而成的导管架式基础。

风力机组的塔筒构件是高耸结构物, 风力机组在工作时, 上部结构受到的载荷非常大, 因此要求其下部基础结构的整体刚度比较大, 能抗较大的倾覆力矩, 因此, 在近海50 m以内的水深范围, 固定式基础更能满足要求。而在固定式平台当中, 腿式平台和牵索塔平台是属于柔性支承, 整体刚度不如刚性支承的导管架平台和重力式平台;由前面分析可知, 在未来的风能开发中, 重力式平台的优势不如导管架平台。

5 结语

现代港口的发展趋势之一就是港口建设深水化与外海化。由于导管架平台的结构特点, 就决定了在浅海域的各种水深条件下, 导管架平台用于建设深水码头是比较合适甚至是最好的选择。还有, 深水油码头也同样可以尝试采用导管架结构。由于油船吨位大, 吃水深度要高于普通船只。而导管架结构在深海打桩作业可以大大简化, 同时导管架作为桩基的一部分, 可以保证平台结构的整体稳定性。

摘要：研究了各种结构形式的特点, 并分别对三导管架、四导管架和八导管架结构进行了介绍, 根据对导管架节点的连接形式的研究, 总结出各种节点的结构优缺点, 对导管架节点进行了分类, 提出了深海石油平台和近海风力发电平台两种导管架发展前景。

关键词：导管架,相贯节点,风电场,腿式平台

参考文献

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