船舶与海洋平台结构讲义
第一章船舶与海洋平台类型及结构的一般常识
第一节船舶与海洋平台类型
1、船舶分类
⑴船舶按用途分类：民用船舶、军用船舶
其中民用船舶可分为：
①运输船：客船、客货船、杂货船、散货船、集装箱船、油船液化气船、滚装船、化学品船、
冷藏船、渡船等；
②工程船: 挖泥船、起重船、救捞船、打桩船、浮船坞、钻井船、海洋开发船、钻井平台等；
③渔业船：网渔船、钓鱼船、渔业加工船、捕鲸船等；
④港务船：拖船、引航船、消防船、交通船、供应船等；
⑤海洋调查船：海洋调查船、深潜器等；
⑥其它：农用船、供电船、游艇、环境保护船等；
军用船舶可分为：
战斗舰艇：水面战斗舰艇：航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、鱼雷艇、导弹艇、登陆舰、布雷艇等；
水下战斗舰艇：攻击型潜艇、弹道导弹潜艇等；
辅助舰艇：供应舰、补给舰、训练舰、侦查舰等；
⑵按造船材料分类：木船、水泥船、钢船、铝合金船、玻璃钢船、橡皮船等；
⑶按航行状态分类：排水型船、潜艇、滑行艇、水翼艇和气垫船。
⑷按航行区域分类：海船（沿海、近海、极地）、内河船。
⑸按推进动力分类：风帆船、蒸汽机船、内燃机船、燃气轮机船和核动力船。
⑹按推进器分类：明轮船、螺旋桨船、喷水推进器船、空气螺旋桨推进船、风帆助航船；
2、杂货船特点：
杂货船是干货船的一种,用来载运包装、袋装、桶装和箱的货物。国际上杂货船的载货量通常在10000t～20000t。杂货船一般都有两层或两层以上甲板，4～6个货舱，为了缩短装卸时间，杂货船甲板上的货舱口特别大，并配备如吊货杆、起重绞车或回转式起重机等起货设备。
3、散货船（指专门运输各种谷物、矿砂、煤炭等大宗散装货物的干货船）
特点：1. 散货船是专门用来运送煤炭、矿砂、谷物、化肥和水泥等散装货物的船舶；
2. 单甲板、双层底，货舱口大，装卸速度快；
3. 内底边板上倾与舷侧下部构成底边舱，舱顶设顶边舱，可以限制货物在航
行时向两边移动，提高船舶的稳性。
散货船有：超大型20万t以上，主要运矿砂；13万t～17万t的好望角型；6.4万t～7.3万t的巴拿马型; 4万t～4.8万t的灵便型; 2.7万t～3.4万t的大湖型。航速一般在12kn～16kn。
4、集装箱船（装载规格统一的标准货箱的货船）
把不同品种和规格的货物，先装进标准集装箱，再装船运输，可以提高装运效率，改善劳动条件，减少货损，实现门对门运输，提高经济效益。
特点：货舱内和甲板上堆装规格统一的标准货箱，货舱口宽而长，多数依靠港口专用集装码头的起货架机装卸，少数也有自带起货架装置。航速在20kn左右，最高可达30kn。
集装箱船的设计中，最常用的是ICC标准箱，即20ft×8.0ft×8.5ft（长×宽×高，6058mm ×2438mm×2951mm）20ft标准箱（TEU）一般1只40ft标准箱（FEU）可换2只20ft 标准箱，即1FEU＝2TEU。（1kn=1.852km/h）
5、滚装船
将带有拖车底盘的集装箱或装在托盘上的其他货物作为一个货物单元，用拖车或叉车带动直接开进开出船舱的船。最初以汽车、拖车轮渡形式出现于海运船队中，以后逐渐发展成为运输货物的专用滚装货船。
6、油船（专门运输石油类液货的船舶）
油船也有原油船和成品油船之分。
特点：油船是装运石油产品的液体货船，从几百吨至几十万吨；油船防火、防爆要求特别高，所以油船上的消防设备比较完善；油船的外壳为浅色，夏季设有降温用的淋水设备，冬季防油冻变稠，备有蒸汽暖油装置；油船为尾机型船、干舷小，甲板上方设有步桥；油船没有大的货舱口，只有圆形油气膨胀舱口，并装有油密性好的舱口盖。
7、液化气船（用来运载液化气体的船舶）
气体液化的方式通常有两种：一种是加压，一种是冷冻。液化石油气-----LPG 液化天然气-----LNG
8、客船
以人作为运载对象，要求结构强度高、快速性、舒适性，居住空间与环境好。必要的消防、救生、通信等安全设备。良好的消防等光照明、卫生、娱乐设施。
《国际海上人命安全公约》中规定：凡载客超过12人以上的船舶，无论是否以载客为主，均应视同客船。
客货船的特点
根据航区不同，客船可分为：远洋客船、近海客船、沿海客船和内河客船。
客船和客货船的特点：
客船是以载客为主兼运货物的船舶，故也称为客货船。
远洋客船的排水量在万吨以上，近海的客船排水量在几千吨至几万吨，沿海和内河的客船排水量更小。
对客船的要求是安全可靠，具有良好的适航性和居住、生活设备。因此，客船的甲板层数多，围壁多；甲板层数多达7～8层，一般长江客船也有5层甲板。甲板两旁及房舱间设有走廊。
客船上有2个或2个以上的推进器，航速较高。
内河客船上一般还设有舷伸甲板。
第二节作用在船体上的力及强度概念
一、作用在船体上的力
1、梁：受外载荷作用发生弯曲的构件。
2、船体梁：将船体所简化的一种变截面薄壁空心梁。
3、船体的总纵弯曲
作用在船体上的重力、浮力、波浪水动力和惯性力等而引起的船体绕水平横轴的弯曲称为总纵弯曲。
总纵弯曲由静水总纵弯曲和波浪总纵弯曲叠加而成
在波浪状况下，船体内产生的弯矩会较静水中大。一般认为波浪长度等于船长时，船体的弯曲最为严重。当波峰在船中时，会使船体中部向上弯曲，称为中拱弯曲。
当波谷在船中时，会使船体中部向下弯曲，称为中垂弯曲。中拱弯曲时，船体的甲板受拉伸，底部受压缩。中垂弯曲时，船体的甲板受压缩，底部受拉伸。
4、作用在船体上的局部载荷和其他受力情况
⑴局部的水压力和货物等横向载荷
⑵其他力：机器的振动、波浪抨击、水面漂浮物的撞击、舱内液体晃动以及船舶进坞或搁浅等船底所受的反作用力）
二、总强度和局部强度概念
1、总纵强度：船体梁抵抗纵向弯曲的能力。（船舶在下水、进坞和航行过程中都会产生总纵弯曲。）
船体上最大的总纵弯曲正应力通常出现在上甲板和船底部。
2、横向强度：横向构件（如肋骨框架和横舱壁等）抵抗横向载荷的能力。
3、局部强度：个别构件对局部载荷的抵抗能力。
第三节船体结构型式
一、船体结构的骨架型式：
1、纵骨架式：板格的长边沿船长方向，短边沿船宽方向，纵向骨材的间距小而横向桁材的间距大。优点：①纵向强度好；②板架的稳定性好；③船体重量较横骨架式轻。缺点：①施工比较麻烦；②船舱利用率低
2、横骨架式：板格的长边沿船宽方向，短边沿船长方向，横向骨材的间距小而纵
向桁材的间距大。优点：①横向强度好；②施工比较方便，建造成本低；③船舱的利用率较纵骨架式高；缺点：①纵向强度差；②结构重量大。
3、混合骨架式：纵横方向的骨材间距相差不多，板格的形状接近正方形。一般用在特殊场合。
二、典型横剖面结构
集装箱船横剖面结
构
内
河
小
型
货
船
横
剖
面
结
沿
海
小
型
客
货
船
横
剖
面
结
构
列
板
的定
义
各
列板
名称
第二章 外板和甲板
第一节 外板
一、外板的构成及作用
1、外板的定义
外板构成船体底部、舭部
和舷侧的外壳，
它是由许多块钢板焊接而
成的。由于沿肋骨围长的曲率
变化大，板长沿船长布置。
板缝：端接缝 和 边接缝
2、外板的作用
①保证船体水密；
②参与船体总纵强度；
③传递各种横向载荷；
④保证船体的局部强度和刚性。
3、外板承受的力 （总纵弯曲、横向载荷、动力载荷、偶然性载荷）
①总纵弯曲：船底板是船梁的下翼板，舷侧外板是船梁的腹板，承受总纵弯曲应力； ②横向载荷：外板直接承受舷外水压力、舱内液体压力；
③动力载荷：船首部的波浪冲击力，尾部承受螺旋桨工作时的水动压力；在冰区航行的
船舶，外板还受到冰块的撞击和挤压力；
④偶然性载荷：碰撞、搁浅等意外载荷。
二、外板的厚度
由于每块钢板的位置不同，所以受力不同。为了在保证强度的情况下减轻结构重量，外
板厚度沿船长和肋骨围长变化而变化。
1、外板厚度沿船长方向的变化：中间厚，两端薄。
考虑局部载荷，平板龙骨厚度不变。
2、外板板厚沿肋骨围长的变化
平板龙骨和舷顶列板受力大，故较其它板厚一
些。
3、局部加强
①首端锚孔区域；
②尾端螺旋桨区域；
③外板开口；
④船的特殊用途部分（如：航行于冰区的船）。
三、外板的布置
船体外板通常在肋骨型线图和外板展开图上布置。
1、外板的边接缝
①板的边接缝与纵向构件的角焊缝应避免重合或形成
过小的交角；
②外板的排列必须充分利用钢板的规格；
③外板的排列应力求整齐美观。
2、外板的端接缝
①外板的端接缝比边接缝的焊接质量要求高；
②充分利用钢板长度；
③各列板的端接缝应尽可能布置在同一横剖面内，一般
布置在1/4或3/4肋距处；
④外板各列钢板的长度一般在中段取得长些，首尾取
得短些。
第二节甲板板
一、概念
1甲板与平台甲板的区别：甲板纵向连续，平台甲板局部
间断。
2甲板板：组成甲板的板列，由许多钢板并和焊接而成，
钢板的长边沿船长方向布置。
3甲板边板：沿甲板外缘即与舷侧相邻的一列甲板板。
4舷弧：上甲板边线沿纵向向首尾端升高的曲线。
5梁拱：上甲板横向的拱形
6甲板板承受的外力：总纵弯曲、横向载荷等
★7甲板的作用：
①分隔船体内部空间，便于装载货物、安装机器、设备和人员居住；
②甲板板作为船梁的上翼板，和甲板上的构件一起参加船体的总纵弯曲，保证船体的总
纵强度；
③作为船体的上盖板，与船体外板一起组成水密箱形体，使船舶能正常漂浮在水面。
二、甲板板的厚度
1纵向：中部厚，向首尾端则逐渐减薄。
2横向：甲板边板最厚，主要原因：承受总纵弯曲应力和易受腐蚀。
三、甲板板的布置
四、舷边连接（舷边角钢铆接圆弧舷板连接舷边直接焊接）
1.舷边角钢铆接:
优点: a.因为舷边位于高应力区,铆钉连接具有重新分布应力
的优点,故能减少产生结构损坏的危险;
b.铆接有止裂作用,一旦甲板板发生裂缝,可防止裂缝向
舷侧板继续扩展.
缺点: 铆接的工作量大,劳动强度大,不上适合现代工艺要求,
现已被焊接取代.
2.圆弧舷板连接: 要求圆弧半径不小于板厚的15倍。
优点: a.甲板和舷侧的应力顺利过渡；
b.弯曲的圆弧板比平板的刚性大舷边不易变形。
缺点a.减少了甲板的有效面积；
b.甲板上的水直接流向舷侧，弄脏舷侧外板；
c.圆弧板加工困难。
3.舷边直接焊接:
优点:工艺简单,施工方便,免除了落后的铆接以及圆弧板的加工困难及其对材料性能的影响。
缺点：易产生应力，因此对材料和焊接质量的要求较高。目前广泛应用，是今后发展的方向。
五、甲板开口处的加强及甲板间断处的结构
1、甲板开口处的加强
①人孔开孔: 一般把人孔做成圆孔或长轴沿船长方向布置的椭圆孔；
②矩形大开口: 长边沿船长方向布置，角隅应做成圆形、椭圆形或抛物线形。圆形角隅的半径不得小于开口宽的1/20~1/10，同时在开口角隅处的甲板板要用加厚板或复板给与加强。椭圆形或抛物线形开口角隅处的甲板板不必加强。
2、甲板间断处的结构
第三章船底结构
总述：船底可以分为：单底和双层底按骨架形式可以分为：纵骨架式和横骨架式
单底结构：只有一层船底板，结构简单，施工方便，大多用于小型舰艇及民用船的首尾端。双层底结构：除了船底板外，还有一层内底板。海船全船采用双层底，小型舰艇和内河船舶仅在机舱等区域采用双层底结构。
作用在船底上的力：1、总纵弯曲造成的压缩或拉伸；2、局部横向载荷；3、偶然载荷。
第一节单底结构
一、横骨架式单底结构
横骨架式单底结构由肋板和内龙骨组成，
肋板承受船底的局部载荷,并由它传递给舷侧。内
龙骨作为肋板的支点支持肋板,同时也将一部分载
荷传递给横舱壁。
1、中内龙骨在横舱壁处间断后的连接方式：
①在靠近舱壁的那个肋距内，将中内龙骨的腹
板高度加大至原来的1.5倍来代替肘板；
②中内龙骨维持原来的高度，另外设置垂直肘
板，肘板高度和宽度均等于中内龙骨的高度。
③中内龙骨的面板在一个肋距内逐渐放宽成水
平肘板，水平肘板在舱壁处的宽度至少为原来面板宽度的2倍。
单层底船的肋板设在每一个肋位上，在中线面间断，并与中内龙骨焊接。横向从一舷延伸至
另一舷。
肋板与肋骨下端用舭肘板连接，舭肘板能加强节点连接的强度。为了便于装配，舭肘板与肋骨的连接方式常采用搭接，搭接长度为1.5-2倍肋骨高度。
二、纵骨架式单底结构
由中内龙骨、旁内龙骨、肋板和数量较多的船底纵骨组成。
第二节横骨架式双层底结构
1、横骨架式双层底结构由底纵桁和各种形式的肋板组成。
中底桁：中线面处的底纵桁
底纵桁
旁底桁：中线面两侧的底纵桁
中底桁布置要求：
1）为了便于施工和检修，其高度不小于700mm；
2）中底桁应尽量向首尾柱延伸，除首尾区域可间断外，其他
区域应连续；
3）在船中部0.75L区域内必须保持水密，不允许开人孔或减
轻孔。
旁底桁布置要求：
旁底桁间断于主肋板，在它的四个角上开有焊缝切口，上下
缘开有内底横骨和船底肋骨穿过的切口。支柱及横舱壁扶强材肘板
的下方不能开人孔或减轻孔，旁底桁的其它部位都可以开人孔。长
圆形人孔的长轴一般是垂直布置的，开孔不小于320X450mm。
设置要求：船宽大于10m的船舶，中底桁两侧至少各设1
道旁底桁；船宽大于18m时，至少各设2道旁底桁；桁材间距一般
不大于4m.
横骨架式双层底结构的肋板有三种形式：主肋板、水密肋板、框架
肋板。
1、主肋板：是开有人孔、流水孔、透气孔和通焊孔的非水密肋板。为了保证主肋板的刚性，在两个人孔之间用垂向加强筋加强。
主肋板有两种布置形式：一种是在每个肋位上都设主肋板；另一种是每隔2~4个肋距设置主肋板，其余肋位设置框架肋板或水密肋板。（主肋板间距不大于3.2m）
2、水密肋板：没有任何开孔而且在规定压力下不透水的肋板，用来分隔不同用途的双层底舱。
由于可能在单面受到水压力，垂向加强筋应设置的密一些，其间距不大于900mm。水密肋板的板厚也较主肋板厚1~2mm。
3、框架肋板：是由内底横骨、船底肋骨和肘板等组成的框架结构。
海洋平台设计原理复习
海洋平台设计原理复习 一、思考题 1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台。各类型的优缺点有哪些？ 1）固定式平台（导管架平台、重力式平台）： 优点——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——机动性能差，较难移位重复使用。 2）活动式平台（坐底式平台、自升式平台、半潜式平台、钻井船、FPSO）： 优点——机动性能好 缺点——整体稳定性较差，对地基及环境有要求。 3）半固定式平台（张力腿式平台、Spar平台）： 优点——适应水深大，优势明显。 缺点——较多的技术问题有待解决。 2.海洋平台设计所涉及的关键技术问题有哪些？各关键技术的必要性及其可采用的研究方法？ 1）总体布置与优化设计研究 2）环境载荷研究 3）平台极限承载能力研究： 必要性——评价平台的安全性、强度储备、优化 研究方法——试验方法、数值方法 4）平台稳性研究： 必要性——研究海洋平台支撑在海底的抗倾覆能力 研究方法——规范校核（CCS、ABS)、软件分析(NAPA、ANSYS) 5）关键结构或节点的疲劳性研究： 必要性——结构疲劳影响结构使用寿命，要考虑海洋环境和波浪载荷作用，能判断易疲劳部位，优化结构并预测结构寿命。 研究方法——疲劳试验、疲劳仿真 6）平台模块化技术研究： 必要性——便于安装、拆装改造、达到多功能要求，主要设计模块化结构的联接方式并分析联接结构的动、静态响应。 研究方法——疲劳性能试验、计算分析 7）焊接工艺与结头韧性评定技术研究： 必要性——焊接接头韧性不足会导致焊接结构破坏，因此需优化焊接工艺。 研究方法——CTOD试验、数值仿真 （CTOD指的是裂纹体受到张开型载荷后原始裂纹尖端处两表面所张开的相对距离，CTOD值得大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力） 8）振动、噪声预报与控制研究 必要性——振动噪声会使结构疲劳、影响健康 研究方法——振动分析、噪声预报 9）平台碰撞分析和防撞技术研究 必要性——平台碰撞会威胁平台安全，该技术主要研究防护装置的设计
船舶与海洋工程结构物构造题库答案
一、问答题（20分，每题5分） 1、海洋工程主要技术指哪两类？各举3例。 答：第一类：资源开发技术。主要包括：深海矿物勘探、开采、储运技术；海底石油、天然气钻探、开采、储运技术；海水资源与能源利用技术，包括淡化、提炼、潮汐、波力、温差等；海洋生物养殖、捕捞技术； 海底地形地貌的研究等。 第二类：装备设施技术。主要包括：海洋探测装备技术，包括海洋各种科学数据的采集、结果分析，各种海况下的救助、潜水技术；海洋建设技术，包括港口、海洋平台、海岸及海底建筑；海洋运载器工程技术，包括水面(各种船舶)、半潜(半潜平台)、潜水(潜器)、水下(水下工作站、采油装置、军用设施等)设备技术等。 标准：答出斜体字的每项1分，共2分；其余举一例1分，最多3分。 2、目前常用的海洋平台有哪几种（分类及名称）？ 答：移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、 力腿式平台、牵索塔式平台； 固定式平台：混凝土重力式平台、钢质导管架式平台 标准：答出斜体字每项1分；细节项缺一项扣0.5分，最多扣3分。 3、什么是移动式平台？什么是固定式平台？各包括什么具体平台？
答：移动式平台是一种装备有钻井设备，并能从一个井位移到另一个井位的平台，它可用于海上石油的钻探和生产。移动式平台包括坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、力腿式平台、牵索塔式平台；固定式平台一般是平台固定一处不能整体移动。固定式平台包括混凝土重力式平台、钢质导管架式平台。 标准：答出斜体字每项1分；细节项缺一项扣0.5分，最多扣3分。 4、什么是船体的总纵弯曲？什么是船体的总纵强度？ 答：作用在船体上的重力、浮力、波浪水动力和惯性力等而引起的船体绕水平横轴的弯曲称为总纵弯曲，总纵弯曲由静水总纵弯曲和波浪总纵弯曲两部分叠加而成。船体抵抗总纵弯曲变形和破坏的能力称为船体的总纵强度。 标准：答出斜体字每项1分；细节项缺一项扣0.5分。 5、什么是船体的中拱弯曲与中垂弯曲？ 答：在波浪状况下，船体产生的弯矩会较静水中为大。一般认为波浪长度等于船长时，船体的弯曲最为严重。当波峰在船中时，会使船体中部向上弯曲，称为中拱弯曲(hogging)。当波谷在船中时，会使船体中部向下弯曲，称为中垂弯曲(sagging)。中拱弯曲时，船体的甲板受拉伸，底部受压缩。中垂弯曲时，船体的甲板受压缩，底部受拉伸， 标准：答出斜体字每项2分；细节项最多加1分。
海洋平台结构设计与模型制作计算书
海洋平台结构设计与模型制作 理论方案 浙江大学结构设计竞赛组委会 二○一二年
第一部分：方案设计摘要 根据学长“简单、粗犷”的原理，在实践中抛 弃了很多复杂、沉重的构件，最终展现在我们面前 的是一个四棱台与四棱柱结合的简单作品。 自下而上的构件分别为： 底部为深入沙中的底柱，长为10cm。通过一次 实验，为利于柱子插入细沙中而将柱子削尖。 联结底柱的是四棱台，高42cm、底边长45cm、 顶边长28cm。为抵抗风荷载的力矩而增大重力的力 臂，在保证质量较轻的条件下增大底部长度。初时 对竖向荷载过分估计以致四周承重柱以及斜撑杆过 重，但稳重的底部在加载过程汇中也有可取之处。 之所以将高度定为28cm，是因为伊始准备在四棱台 中间安置塑料片筒体。但在实际操作中我们放弃了 这个设想。 联结四棱台的是被斜杆分成三部分的四棱柱。 借鉴了别人的轻质理念，一改底座的笨重，上部桁 架的布置简明，但纤细的杆件也使整体遭受了风荷 载的极大挑战。在实验加载中发现荷载箱稍小，因 此改进顶部边长、露出四个小柱。本欲在与水面相 切处设置420*420的塑料片则可以利用水的吸附 力，可惜塑料片质量稍重、效果也不太明显。改进 后，四棱台留在空中的部分受风荷载较大，布置了 较密的桁架。 在构件联结处，我们尽力增大构件的接触面积，同时也做了些小木段与木片作为加固。 总结来看，在最初的设计思考中我们还是有一些新的想法,比如筒体，比如利用水的吸附力，但在实践制作过程中我们缺乏对可操作性的理性认识；同时我们过分估计竖向荷载以致质量过重，轻视水平风荷载而在试验中多次面临剧烈的扭转。最终我们的结构形式归于简单，但过程并不平淡。在否定与自我否定中，我们已有收获。
海洋平台介绍
国际浮式生产储油卸油船（FPSO）发展态势: FPSO（Floating Production Storage and Offloading）浮式生产储油卸油船，它兼有生产、储油和卸油功能，油气生产装置系统复杂程度和价格远远高出同吨位油船，FPSO装置作为海洋油气开发系统的组成部分，一般与水下采油装置和穿梭油船组成一套完整的生产系统，是目前海洋工程船舶中的高技术产品。 韩国船企对FPSO建造具有较强规模效应。如现代重工专门建有FPSO海洋项目生产厂，已交付了6艘大型FPSO；三星重工手中持有5艘大型FPSO订单；大宇造船海洋工程公司则是全球造船企业中建造海上油气勘探船最多的企业，2005年承接海洋项目设备订单计划指标是17亿美元。据海事研究机构（DW）预计，未来5年内FPSO新增需求将会达到84座，投资额约为210亿美元。 FPSO主要技术结构表： FPSO主要技术结构 FPSO主要结构功能 系泊系统：主要将FPSO系泊于作业油田。FPSO在海域作业时系泊系统多采用一个或多个锚点、一 根或多根立管、一个浮式或固定式浮筒、一座转塔或骨架。FPSO系泊方式有永久系泊和 可解脱式系泊两种； 船体部分：既可以按特定要求新建，也可以用油轮或驳船改装； 生产设备：主要是采油和储油设备，以及油、气、水分离设备等； 卸载系统：包括卷缆绞车、软管卷车等，用于连接和固定穿梭油轮，并将FPSO储存的原油卸入穿梭 油轮。其作业原理是通过海底输油管线把从海底开采出的原油传输到FPSO的船上进行处 理，然后将处理后的原油储存在货油舱内，最后通过卸载系统输往穿梭油轮。 配套系统：在FPSO系统配置上，外输系统是其关键的配套系统。 FPSO主要优点随着海洋油气开发、生产向深海不断进入，FPSO与其它海洋钻井平台相比，优势明显，主要表现在以下四个方面： （1）生产系统投产快，投资低，若采用油船改装成FPSO，优势更为显著。而且目前很容易找到船龄不高，工况适宜的大型油船。 （2）甲板面积宽阔，承重能力与抗风浪环境能力强，便于生产设备布置；
海洋平台结构课程设计
中国海洋大学本科生课程大纲 一、课程介绍 1.课程描述： 海洋平台结构课程设计是针对船舶与海洋工程专业本科生开设的工作技术教育层面必修课。本课程通过实践环节，完成具体典型导管架平台的总体设计思路训练，包括海洋环境计算及工程简化、桩基础承载能力计算、导管架结构整体强度及刚度分析，设计计算书撰写和工程图纸表达。通过本课程的实践，使学生能够综合运用海洋平台结构及相关专业课程学习的基础理论和方法，系统完成结构分析计算，提高设计分析和工程表达能力。 2.设计思路： 本课程以海洋平台结构设计的基本过程为主线，结合先修课程中学到的环境荷载计算、桩基承载力验算、结构整体强度分析、CAD制图等基础知识，使学生将掌握的海洋平台结构设计理论知识应用到实际设计和验算中，通过实际设计检验学生对于基础知识的把握，加深学生对理论知识的理解。课程内容包括三个模块：目标平台调研、相关数据计算与分析、计算书编写及工程表达。 - 1 -
（1）目标平台调研： 该模块需要学生熟悉海洋平台设计的一般步骤，对目标平台进行参数和各项性能指标的调研，确定课程设计的各项数据标准。 （2）相关数据计算与分析： 根据已确定的主尺度，对结构在选定工况下的其他参数进行计算，主要分为：海洋环境荷载计算、基础承载力计算、结构整体强度分析。其中，海洋环境荷载计算为在选定海域环境条件下，对风、波浪、海流、冰荷载的计算，并且针对选定工况进行分析；基础承载力计算要求学生掌握桩基轴向承载力验算方法；结构整体强度分析主要包括设计目标平台在外荷载作用下的应力校核及位移校核方法。 （3）计算书编写及工程表达： 本模块中，学生需要学习并完成计算书的编写，掌握目标平台设计资料编写，并且通过专业分析软件完成平台的响应输出分析。最终上交课程设计纸质报告。 3. 课程与其他课程的关系 先修课程：海洋平台结构、钢结构设计基本原理。本门设计课程与先修课程密切相关，只有掌握了先修课程中的理论知识和设计方法，才能够在海洋平台结构设计中加以综合应用，设计出符合规范标准的结构。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生从事海洋工程结构设计的基本技能，使学生对海洋工程设计中的标准和规范加以熟悉，对海洋平台结构以及其他先修课程中的理论知识进行综合运用。到课程结束时，学生应能： （1）熟练应用海洋平台结构设计中的相关规范和标准； （2）完成具体目标海洋平台的总体设计以及输出响应特点分析及校核； - 1 -
【开题报告】海洋平台的安全性与规范设计
开题报告 船舶与海洋工程 海洋平台的安全性与规范设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义： 最近几年，我国海上石油开采已从近海浅水走向深海.未来5 年~10 年内，我国海洋石油的开采水深有望达到500 米-2000 米.由于导管架平台和重力式平台自重和工程造价随水深大幅度增加，已经不能适应深水海域油气开发的要求.因此，研究、发展深海采油平台的有关技术势在必行. 而深海石油平台的设计，建造及相关技术是深海油气资源开发中的关键技术之一，及早了解和和掌握国外深海平台的建造和使用情况，探讨国外深海平台设计和使用中积累的经验和存在的问题，对我国海洋油气开发具有重要意义。 对深水开采，钢质导管架平台的造价会随水深增加而急剧增长，以致增加到在经济上不可行。这就促使我们在深海开发中使用新的结构形式，如混凝土结构和浮式结构。典型的浮式结构是FPSO，半潜式平台，张力腿平台（TLP）和SPAR平台。 海洋平台结构复杂，体积庞大，造价昂贵，特别是与陆地结构相比，它所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等不利因素都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。随着对海洋平台复杂性的深入了解，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。例如，1965年英国北海的“海上钻石”号钻井平台支柱拉杆脆性断裂导致平台沉没；1968年“罗兰角”号钻井平台事故；1969年我国渤海2号平台被海冰推倒，造成直接经济损失2000多万元；1997年渤海4号烽火平台倒毁；1980年北海Ekofisk油田的Alexander L Kielland 号五腿钻井平台发生倾覆，导致122人死亡；以及2001年巴西油田的P-36平台发生倾覆。 1982年7月交通部烟台海难救助打捞局，经过一年多的努力，将“渤海2号”沉船分割成10大块打捞上岸。主甲板上共有10个通风筒，其中，泵舱的四个通风筒—两个进风风筒和两个排风风筒，全部被风浪打掉。事故分析报告给出三个主要原因，原因
钢结构设计原理复习
钢结构设计原理复习 第一章绪论 1、钢结构的特点（前5为优点，后三为缺点） 1）强度高、重量轻 2）材质均匀，塑性、韧性好 3）良好的加工性能和焊接性能（易于工厂化生产，施工周期短，效率高、质量好） 4）密封性能好 5 )可重复性使用性 6 ) 耐热性较好，耐火性差 7)耐腐蚀性差 8)低温冷脆倾向 2、钢结构的应用 1）大跨结构【钢材强度高、结构重量轻】（体育馆、会展、机场、厂房） 2）工业厂房【具有耐热性】 3）受动力荷载影响的结构【钢材具有良好的韧性】 4）多层与高层建筑【钢结构的综合效益指标优良】（宾馆、办公楼、住宅等） 3、结构的可靠度：结构在规定的时间（50年），规定的条件（正常设计、正常施工、正常使用、正常维护）下，完成预定功能的概率。 4、结构的极限状态：承载能力极限状态（计算时使用荷载设计值）、正常使用极限状态（荷载取标准值） 5、涉与标准值转化为设计值的分项系数：恒荷载取1.2 活荷载取1.4第二章钢结构的材料
1、钢材的加工 ①热加工：指将钢坯加热至塑性状态，依靠外力改变其形状，生产出各 种厚度的钢板和型钢。（热加工的开轧和锻压温度控制在1150-1300℃ ） ②冷加工：指在常温下对钢材进行加工。（冷作硬化现象：钢材经冷加 工后，会产生局部或整体硬化，即在局部或整体上提高了钢材的强度和硬度，降低了塑性和韧性的现象） ③热处理：指通过加热、保温、冷却的操作方法，使钢材的组织结构发 生变化，以获得所需性能的加工工艺。（退火、正火、淬火和回火）2、钢材的两种破坏形式： 3、钢材的六大机械性能指标 屈服点：它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。
船舶与海洋结构物结构强度
机密★启用前 大连理工大学网络教育学院 2020年春《船舶与海洋结构物结构强度》 期末考试复习题 ☆注意事项：本复习题满分共：200分。 一、单项选择题（本大题共11小题，每小题2分，共22分） 1、船体结构设计最后一个阶段是（）。 A．初步设计 B．详细设计 C．生产设计 D．分段设计 答案：C 2、船体总纵强度计算中，选取的计算波长与船长的关系是（）。 A．计算波长小于船长 B．计算波长大于船长 C．计算波长等于船长 D．没有关系 答案：C 3、许用应力与结构发生危险状态时材料所对应的极限应力值相比，存在如下哪种关系？（） A．许用应力等于极限应力值 B．许用应力大于极限应力值 C．许用应力小于极限应力值 D．许用应力与极限应力值没关系 答案：C 4、扭矩曲线和扭矩分布曲线的关系为（）。 A．扭矩曲线为扭矩分布曲线的一次积分 B．扭矩分布曲线为扭矩曲线的一次积分 C．扭矩曲线为扭矩分布曲线的二次积分 D．扭矩分布曲线为扭矩曲线的二次积分 答案：A 5、自升式平台着底状态的总体强度计算一般是以哪种工况作为设计工况（） A．拖航工况 B．放桩和提桩工况
C．满载风暴工况 D、桩腿预压工况 答案：C 6、对于半潜式平台，下列哪种工况每一构件上的载荷只有均布载荷和集中载荷（）A．平台满载、静水、半潜吃水 B．平台满载、静水、半潜吃水，但平台有一定升沉运动 C．平台满载、静水、半潜吃水，但平台有一定升沉运动，且平台处于井架大钩有集中载荷时的钻井作业状态 D．平台满载、设计风暴、半潜吃水、横浪，且设计波长等于2倍平台宽度，波峰位于平台中心线上 答案：A 7、平台结构在空气中的重量属于下列哪种载荷（） A．固定载荷 B．活载荷 C．环境载荷 D．施工载荷 答案：A 8、极限弯矩对应的极限状态是以什么量为衡准的（） A．结构受力达到许用应力 B．结构受力达到屈服极限 C．结构受力达到许用应力的0.9倍 D．结构受力达到屈服极限的0.9倍 答案：B 9、已知扭矩为60Nm，在此扭矩作用下扭转角度为0.1弧度。则船体的扭转刚性为（）A．300弧度/（牛米） B．400弧度/（牛米） C．500弧度/（牛米） D．600弧度/（牛米） 答案：D 10、导管架在海上利用驳船运输的过程中受到哪些力的作用（）
海洋平台设计原理
1)海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表平台？ 固定式平台：重力式平台、导管架平台（桩基式）； 活动式平台：着底式平台（坐底式平台、自升式平台）、漂浮式平台（半潜式平台、钻井船、FPSO）； 半固定式平台：牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（TLP） 2)海洋平台有哪几种类型？各有哪些优缺点？ 固定式平台。优点：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：机动性能差，较难移位重复使用 活动式平台。优点：机动性能好。缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求 半固定式平台。优点：适应水深大，优势明显。缺点：较多技术问题有待解决 3)导管架的设计参数有哪些？（P47） 1、平台使用参数； 2、施工参数； 3、环境参数：a、工作环境参数：是指平台在施工和使用期间经常出现的环境参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准；b、极端环境参数：指平台在使用年限内，极少出现的恶劣环境参数，以保证平台能正常施工和生产作业为标准 4、海底地质参数 4)导管架平台的主要轮廓尺寸有哪些？（P54） 1、上部结构轮廓尺度确定：a、甲板面积；b、甲板高程 2、支承结构轮廓尺度确定：a、导管架的顶高程；b、导管架的底高程；c、导管架的层间高程；d、导管架腿柱的倾斜度（海上导管架四角腿柱采用的典型斜度1：8）；e、水面附近的构件尺度；f、桩尖支承高程 5)桩基是如何分类的？ 主桩式：所有的桩均由主腿内打出； 群桩式：在导管架底部四周均布桩柱或在其四角主腿下方设桩柱 6)受压桩的轴向承载力计算方法有哪些？（P93） 1、现场试桩法：数据可靠，费用高，深水实施困难； 2、静力公式法：半经验方法，试验资料+经验公式，考虑桩和土塞 重及浮力，简单实用； 3、动力公式法：能量守恒原理和牛顿撞击定理，不能单独使用； 4、地区性的半经验公式法：地基状况差别，经验总结。 7)简述海洋平台管节点的设计要求？（P207） 1、管节点的设计应降低对延展性的约束，避免焊缝立体交叉和焊缝过度集中，焊缝的布置应尽可能对称于构件中心轴线； 2、设计中应尽量减少由于焊缝和邻近母材冷却收缩而产生的应力。在高约束的节点中，由于厚度方向的收缩变形可能引起的层状撕裂 3、一般尽量不采用加筋板来加强管节点，若用内部加强环，则应避免应力集中 4、一般受拉和受压构件的端部连接应达到设计荷载所要求的强度。
船舶与海洋工程结构物构造题库答案
船舶与海洋工程结构物构造题 库答案 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
一、问答题（20分，每题5分） 1、海洋工程主要技术指哪两类各举3例。 答：第一类：资源开发技术。主要包括：深海矿物勘探、开采、储运技术；海底石油、天然气钻探、开采、储运技术；海水资源与能源利用技术，包括淡化、提炼、潮汐、波力、温差等；海洋生物养殖、捕捞技术； 海底地形地貌的研究等。 第二类：装备设施技术。主要包括：海洋探测装备技术，包括海洋各种科学数据的采集、结果分析，各种海况下的救助、潜水技术；海洋建设技术，包括港口、海洋平台、海岸及海底建筑；海洋运载器工程技术，包括水面(各种船舶)、半潜(半潜平台)、潜水(潜器)、水下(水下工作站、采油装置、军用设施等)设备技术等。 标准：答出斜体字的每项1分，共2分；其余举一例1分，最多3分。 2、目前常用的海洋平台有哪几种（分类及名称） 答：移动式平台：坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平 台、张力腿式平台、牵索塔式平台； 固定式平台：混凝土重力式平台、钢质导管架式平台 标准：答出斜体字每项1分；细节项缺一项扣分，最多扣3分。3、什么是移动式平台什么是固定式平台各包括什么具体平台
答：移动式平台是一种装备有钻井设备，并能从一个井位移到另一个井位的平台，它可用于海上石油的钻探和生产。移动式平台包括坐底式平台、自升式平台、钻井船、半潜式平台、张力腿式平台、牵索塔式平台；固定式平台一般是平台固定一处不能整体移动。固定式平台包括混凝土重力式平台、钢质导管架式平台。 标准：答出斜体字每项1分；细节项缺一项扣分，最多扣3分。 4、什么是船体的总纵弯曲什么是船体的总纵强度 答：作用在船体上的重力、浮力、波浪水动力和惯性力等而引起的船体绕水平横轴的弯曲称为总纵弯曲，总纵弯曲由静水总纵弯曲和波浪总纵弯曲两部分叠加而成。船体抵抗总纵弯曲变形和破坏的能力称为船体的总纵强度。 标准：答出斜体字每项1分；细节项缺一项扣分。 5、什么是船体的中拱弯曲与中垂弯曲 答：在波浪状况下，船体内产生的弯矩会较静水中为大。一般认为波浪长度等于船长时，船体的弯曲最为严重。当波峰在船中时，会使船体中部向上弯曲，称为中拱弯曲(hogging)。 当波谷在船中时，会使船体中部向下弯曲，称为中垂弯曲 (sagging)。中拱弯曲时，船体的甲板受拉伸，底部受压缩。 中垂弯曲时，船体的甲板受压缩，底部受拉伸， 标准：答出斜体字每项2分；细节项最多加1分。
船舶与海洋结构物水动力分析作业
1、关于附加质量 1786年P.L.G.杜布阿特在他的《水力学原理》一书中详细叙述了他在水中进行震荡圆球的阻力实验时，首先发现圆球的非定常阻力与它所挟带的流体质量有关。即圆球具有附加质量后应较它的真实质量为大。1828年F.W.贝赛尔进行摆的长度实验时，也观察到类似的现象，他还将物体所增加的惯性（即附加质量）用于物体同体积的流体质量的n倍来表示，并用球摆分别在空气与水中进行试验，所获得的n值为0.9与0.6。
式中，0X 为结构在某个方向上的振动幅值，f 为结构振动频率，ν/2fD 为类雷诺数。当不考虑流体的压缩性及粘性时，可利用势流理论来分析结构的附加质量，此时附加质量仅与结构的形状有关，即 ()g F M A 0pf ,ρ= （3） 实验研究与理论分析均表明，当流体和结构的马赫数、振动幅值相对于结构尺寸都很小，并且类雷诺数很大时，式（3）具有很好的精确性。即对式（1）要求有 1c U 00<<，12U '0
海洋平台基础知识
海洋平台基础知识系列 ０． 海洋工程是什么？（名词解释） Ｏｃｅａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 海洋工程，从地理的角度来说，可分为海岸工程、近岸工程（又称离岸工程）和深海工程三大类。一般来说，位于波浪破碎带一线的工程，为海岸工程；位于大陆架范围内的工程，为近岸工程；位于大陆架以外的工程，为深海工程，但是在通常情况下，这三者之间又有所重叠。从结构角度来说，海洋工程又可分为固定式建筑物和系留式设施两大类。固定式建筑物是用桩或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底；系留式设施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。 海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。 １： 海洋平台的类型： 海洋平台：（１）移动式平台： 坐底式平台 自升式平台 钻井船 半潜式平台 张力腿式平台 牵索塔式平台 （２）固定式平台：导管架式平台 重力式平台固定平台又可以分为桩式海上固定平台、重力式海上固定平台、自升式海上固定平台 导管架型平台：在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。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。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。 混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约２０座混凝土重力式平台用于北海 钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。适用于深海钻井的主要是两种浮式钻
《海洋平台设计原理》课程复习要点
桩基分类:施工方法:打入桩基础/钻孔灌注…/钟型…承载性状:摩擦型桩/端承型桩. 受压桩的轴向承载力计算方法:静力法(以土壤力学实验和桩的载荷实验取得的数据位依据,把桩的特性/土壤的相对密度和被扰动土的抗剪强度等指标联系起来,再把试验数据用于这些指标/即可对受压桩的周向承载力进行估算)动力法(包括动力打桩公式、波动方程和动力试验方法)静载试桩法(基本又可靠的方法.在工程现场直接对桩加载,测试土对桩的阻力,准确) 横荷作用下单桩破坏性状:桩身由于载荷产生的弯矩过大而断裂;桩周土被挤出,导致桩整体转动,倾倒或桩顶位移过大.刚性桩破坏(桩短/桩顶自由,桩的相对刚度很大,破坏时桩身不会产生绕曲变形,而是绕靠近桩端的一点做刚体转动;桩很短/桩顶嵌固,桩与承台呈刚性平移)半刚桩破坏(半刚性桩或中长桩指在横向载荷作用下,桩身挠曲变形,但桩身位移曲线只出现一个位移零点;中长桩桩顶嵌固时,桩顶将出现较大反响固定弯矩,桩身弯矩减小并向下部转移,桩顶水平位移比桩顶自由情况下减小)柔性桩破坏(桩的长度足够大且桩顶自由时,横向载荷作用下,桩身位移曲线出现2个以上位移零点和弯矩零点,且位移和弯矩随桩身衰减很快.). 群桩效应:当组成群桩的各个单桩间距较小时(8倍),由于相邻桩的相互作用,一般群桩的承载能力和变形特性要受到影响,这个影响通常成为群桩效应.沉降变大.影响群桩变形和各单桩荷载分配的主要因素：贯入深度与桩径比/桩的相对刚度/群桩布置. 自升式平台的重量分类:空载重量(钢料重量/动力装置重量/固定设备重量)可变载荷(压载水/有效可变载荷(可移动设备重量/消耗品重量/钻台载荷及其他载荷)). 拖航:平台重量=满载排水量=空载+可变载荷.升降:举升能力=空载+可变载荷.钻井:满载钻井重量=空载+可变载荷(包含钻井载荷)自存:风暴状况平台重量=空载+可变载荷(放弃部分载荷) 移航—就位—放桩—预压—升起主体—作业—降下主体—拔桩—提桩—固桩后移航 获得自升式平台主要方式:直接从国外购买引进/购买平台图纸国内建造/自主设计建造 自结构组成:船体升降机构桩腿桩靴专业设备生活模块直升机平台吊机……湿拖+干拖 自升式平台的强度分析至少考虑工况:正常作业工况/迁移../升降..和自存.. 桩腿长度:桩腿设计入水深度,最大工作水深,静水面以上波峰高度,峰隙高度,船体型深,升降室高,余量. 半台设况:1.满载半潜/静水状态,无向上加速度运动;2.满载半潜/静水状态,有向上加速度运动;3.满载半潜/静水状态,有向上加速度运动/大钩有负荷;4.满载半潜/风暴横浪/波峰居中;5.满载半潜/风暴横浪/波谷居中;6.满载拖航/斜浪状态;7.满载半潜/风暴横浪/波谷位于迎浪的前排立柱处/水平横撑破坏;8.满载半潜/风暴横浪/波峰位于迎浪的前排立柱处/水平横撑破坏.关键技术:高效钻井作业系统/升沉补偿系统/定位系统/水下设备/平台设备集成控制. 平台特点:由立柱提供工作所需的稳性;水线面小,固有周期大,不大可能和波谱的主要成分波发生共振,运动响应小;浮体位于水面以下的深处,波浪作用力小.当波长和平台长度处于某些比值时,立柱和浮体上的波浪作用力能互相抵消,平台上的作用力很小,理论上甚至可以等于零.优点:具有极强的抗风浪能力/优良的运动性能/巨大的甲板面积和装载容量/高效的作业效率/易于改造并具备钻井/修井/生产等多种工作功能,无需海上安装,全球全天候的工作能力和自存能力等优点.设计要点:立柱上不设置舷窗或窗;立柱应与上壳体舱壁对齐且连结成整体;立柱应尽可能通过下壳体甲板;立柱/下壳体或柱靴可设计成有骨架支撑的壳体或无骨架支撑的壳体.
巨型海洋平台的设计及优化设计
1前言 随着中国经济的发展 ,特别是作为支柱产业的石油化工和汽车工业的快速发展 ,石油和天然气供应不足的矛盾日益突出。石油天然气资源是发展石油工业的前提条件和基础 ,探明储量是制定石油工业长期发展规划和建设项目的依据 ,剩余可采储量的多少决定了石油工业发展潜力所在。目前我国陆上石油后备资源严重不足 ,原油产量增长缓慢。由于长期的强化开采 ,大多数主力油田在基本稳定基础上陆续进入产量递减阶段 ,开采条件恶化 ,开发难度增大。鉴于陆上资源的日渐枯竭 ,资源开发向海洋、尤其是深海进军已成必然趋势。因此，如何控制海上石油平台的震动，保护平台的安全可靠成为一个亟待解决的问题。 1.1海洋平台简介 在陆地上钻井时，钻机等都安装在地面上的底座上；在海上钻井时，不可能将钻井设备安放在海里，因此就需要一个安放钻井设备等的场所，这个场所就是海洋钻井平台。海上钻井平台分类[2]如下： 按运移性分为：固定式钻井平台，移动式钻井平台。移动式钻井平台又分为坐底式钻井平台、自升式钻井平台、半潜式钻井平台、浮式钻井平台。 按钻井方式分为：浮动式钻井平台和稳定式钻井平台。浮动式钻井平台分又为，半潜式钻井平台、浮式钻井船和张力腿式平台；稳定式钻井平台又分为，固定式钻井平台、自升式钻井平台和坐底式钻井平台。 固定式海洋平台是从海底架起的一个高出水面的构筑物，上面铺设甲板作为平台，用以放置钻井机械设备，提供钻井作业场所及工作人员生活场所。 海洋平台的安装包括：导管架的安装和工作平台的安装。其中导管架的安装方法有：提升法、滑入法和浮运法。工作平台的安装方法有：吊装和浮装。 海洋平台的组成部分有：导管架和桩基、栈桥、上部模块、生活楼直升机甲板和火炬臂。
海洋平台设计原理大作业
SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 《海洋平台设计原理》 课程大作业 姓名：王志强 学号：5130109174 专业：船舶与海洋工程
1.引言 (2) 2. 波浪理论 (2) 2.1 波浪理论概述 (2) 2.2 微幅波理论 (2) 2.3 Stokes波浪理论 (3) 2.4 波浪力及波浪力矩 (4) 2.5 水流力 (5) 3. 牛顿迭代法求解非线性方程组 (5) 4. MATLAB计算实例 (6) 4.1 程序流程 (6) 4.2 海况等参数 (6) 4.3 计算结果 (6) 5. 总结 (8) 6.附录：MATLAB源代码 (8)
海洋覆盖着地球 3/4 的面积，海底蕴藏着丰富的油气资源，海洋已成为21 世纪人类最重要的能源基础之一。1947 年在美国建成了世界上第一座钢结构平台，50 多年以来海底油气的开发和利用越来越受到各国重视。而开发海底油气资源，首先必须设计海洋结构物。波浪荷载是海洋结构物的主要控制荷载之一，要设计安全可靠的海洋结构物，就必须考虑波浪作用的影响。 目前人们对波浪与海洋结构物相互作用的研究主要通过三种手段进行： 其一是通过现场观测研究； 其二是用流体力学或数理统计或能量平衡方法，在某种假设基础上，把自然界的波浪归结为某一模式，用数学分析的方法进行研究； 其三是模拟实验的方法。 随着电子计算机的发展和普及，波浪的数值模拟得到了迅速的发展，它弥补了实验室模拟的不足，而且易于实现、成本低廉，同时也弥补了纯数学演算的抽象和失真。以数值模拟的波浪数据作为输入可计算海上和海岸建筑物或船体等的响应，又由于数值模拟的可控性更强，可通过输入得到海上和海岸建筑物等长期（甚至数百年）响应的某些重要特征，如最大响应和某些临界值等。 20 世纪 80 年代以来，波浪的数值模拟与物理模拟相结合，即计算机控制下的物理模拟，已成为波浪研究的更有力的手段。 随着社会经济的增长，人类对海洋的认识不断提高，利用海洋资源的能力不断增强，对海洋空间的探索也不断扩大。越来越多的领域需要对波浪进行模拟。特别在海洋工程领域，波浪的模拟已成为研究波浪特性、波浪作用的一个重要手段，因此在“海洋平台设计原理”这门课程中我也尝试采用莫里森公式计算多桩腿的波浪和水流作用力力矩。 2. 波浪理论 2.1 波浪理论概述 在海洋工程设计中，常采用的波浪理论有如下三种： (1) 微幅波理论； (2) Stokes波浪理论（二阶近似、三阶近似、五阶近似）； (3) 流函数理论。 对于微幅波理论和Stokes 波浪理论，要计算水质点的速度和加速度，须首先知道波长，而波长需通过求解波长方程获得。微幅波理论和Stokes二阶波浪理论波长方程相同，均是一元非线性方程。三阶和五阶Stokes 波浪理论的波长方程均由色散关系式和附加方程组成，它们都是二元非线性方程组，由于该二元方程组表达式过于复杂，需要进行数值分析求解。流函数理论直接假设了波面方程和水质点速度的形式，其波剖面参数和速度参数需通过优化方法获得。 在这里我们主要介绍微幅波理论和Stokes波浪理论（五阶）。 2.2 微幅波理论 微幅波理论（ Airy 理论）是应用势函数来研究波浪运动的一种线性波浪理论，是波浪理论中最基本、最重要的内容，也是海洋工程中应用的最为广泛的波浪理论。微幅波理论的波面方程、速度势函数和色散关系式如下： 波面方程： η=H 2 cos(kx?ωt)
船舶与海洋工程结构物构造
船舶与海洋工程结构物构造 海洋工程主要分为两大部分 1 资源开发技术 （5种） ◆深海矿物勘探、开采、储运技术； ◆海底石油、天然气钻探、开采、储运技术； ◆海水资源与能源利用（淡化、提炼、潮汐、波力、温差等）技术； ◆海洋生物养殖、捕捞技术； ◆海底地形地貌的研究等。 2 装备设施技术 （3种） ◆海洋探测装备（海洋各种科学数据的采集、结果分析，各种海况下的救助、潜水）技术； ◆海洋建设（港口、海洋平台、海岸及海底建筑）技术； ◆海洋运载器工程设备（水面各种船舶、半潜平台、潜水潜器、水下工作站、水下采油装置、水下军用设施等)技术等 海洋平台的种类 1）移动式平台(坐底式平台（6种）自升式平台 钻井船 半潜式平台 张力腿式平台 牵索塔式平台) 2）固定式平台(混凝土重力式平台 （2种）钢质导管架式平台） 1.1.1 移动式平台 移动式平台是一种装备有钻井设备，并能从一个井位移到另一个井位的平台，它可用于海上石油的钻探和生产。 1. 坐底式平台 坐底式平台又叫钻驳或插桩钻驳，适用于河流和海湾等30m以下的浅水域。不但作业水深有限，而且也受到海底基础(平坦及坚实程度)的制约。所以这种平台发展缓慢。 胜利1号” 坐底式钻井平台。 2 自升式平台 又称甲板升降式或桩腿式平台，见图1-5、图1-6。优点主要是所需钢材少、造价低，在各种海况下都能平稳地进行钻井作业；缺点是桩腿长度有限，使它的工作水深受到限制，最大的工作水深约在120m左右。超 过此水深，桩腿重量增 加很快，同时拖航时桩 腿升得很高，对平台稳 性和桩腿强度都不利 3 钻井船
钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。 按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影响，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。图1—7为一钻井船。 4 半潜式平台 随着海洋石油开发的发展，作业海域已延伸到更深的海域，在深海中使用受水深限制的自升式和坐底式平台，难以完成钻井作业，而钻井船由于在开阔的海域摇摆大，故作业率很低。所以摇摆性能好，在相当深的海域能进行钻井作业的半潜式平台就应运而生。半潜式平台可采用锚泊定位和动力定位，锚泊定位的半潜式平台一般适用于200m一500m水深的海域内作业。 半潜式和坐底式钻井装置统称为支柱稳定式钻井装置。坐沉在海底的称为坐底式(或可沉式)，浮在水中的为半潜式。 半潜式平台有三角形、矩形、五角形和“V”字形之分。平台在波浪中的运动响应较小，因而它具有出色的深海钻井的工作性能，一般在作业海况下其升沉不大于±(1m～1.5m)，水平位移不大于水深的5%～6%，平台的纵横倾角不大于±(2°～3°)。这种性能对漂浮于水面的钻井平台具有十分重要的意义. 5 牵索塔式平台 牵索塔式平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。牵索塔式平台比导管架平台、重力式平台更适合于深水海域作业，它的应用范围在200m—650m] 6. 张力腿式平台 张力腿式平台是利用 绷紧状态下的锚索产生的 拉力与平台的剩余浮力相 平衡的钻井平台或生产平 台，如图1—14所示。 张力腿式平台也是 采用锚泊定位的。张力 腿式平台自1954年提出 设想以来，迄今已有近60年 的历史。作用于张力腿式平台上的各种力并不是稳定不变的。在重力方面会因载荷与压载水的改变而 变化；浮力方面会因波浪峰谷的变化而增减；扰动力方面因风浪的扰动会在垂向与水平方向产生周期变化。所以张力腿的设计，必须周密考虑不同的载荷与海况。 固定式平台 固定式平台一般是平台固定一处不能整体移动。 1. 混凝土重力式平台 这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在
海洋平台结构健康监测方法综述
海洋平台结构健康检测方法综述 摘要 海洋平台由于其重量大，结构复杂，并且长期处于苛刻的腐蚀性环境和多种荷载作用的条件下，其结构健康监测问题已经成为了避免环境灾害以及经济损失、确保安全健康服役所必需面临的问题。通过对海洋平台健康监测问题的深入研究，总结了近些年来各位专家学者对海洋平台结构检测问题的研究现状，归纳了海洋平台健康监测的研究方向，并介绍了海洋平台健康监测的新方法，对海洋平台健康监测的存在的问题和发展的方向做出了总结。 关键词：海洋平台健康监测振动响应新方法 引言 随着世界经济迅猛发展，石油天然气的需求量猛增，然陆地的油气供给能力有限，海洋中又蕴藏着丰富的油气资源，所以，海洋油气资源的开发势在必行。海洋平台作为海上油田开发的主要设备，其投资占到了海洋石油开采总投资的70%左右, 一旦发生事故，不仅会带来重大的经济损失和人身伤亡，而且还会带来不良的社会政治影响。其目前所面临的问题主要有：海洋平台重量大而其结构复杂，长周期在苛刻的腐蚀性环境条件下使用的大型工程结构物，其水下部分结构长期受到海水及海生物的侵蚀、冻融损坏、碱集料反应和化学物质侵袭、地基冲刷、环境载荷等的作用，使得结构的承载力会随着时间推移而降低。特别是钢结构腐蚀病害而引起的平台耐久性问题，已成为一个突出的灾害性问题；海啸、台风，过往船只撞击海洋平台、火灾、天然气泄漏发生爆炸等偶然事件时有发生，极大威胁着平台的正常使用和耐久性;半潜式平台的浮体与柱、柱与甲板连接处，张力腿平台的浮体与柱、张力腿与浮体连接处以及支撑半潜式、张力腿甲板的刚架结构均是受力极大的危险区域，如果结构不连续、加工或焊接上的缺陷，易形成应力集中，焊接残余应力也会造成材料的局部塑性变形，这样在交变载荷、海水腐蚀等作用下，接头的高应力危险区将会发生疲劳裂纹，并逐渐扩大而导致整个节点的破坏。另外，由于平台所采用的材料往往含有微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷（微裂纹和微孔洞）会成核, 发展及合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。
海洋平台-30题答案
红字的为待完善或不确定的 1.海洋平台按运动方式分为哪几类？列举各类型平台的代表？ 固定式平台导管架平台 活动式平台 着底式平台（坐底式平台、自升式平台） 漂浮式平台（半潜式平台、钻井船）。 半固定式平台牵索塔式平台（Spar）：张力腿式平台（ TLP）： 2.海洋平台有哪些类型？各有哪些优缺点？ 固定式平台 优点：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：机动性能差, 较难移位重复使用 活动式平台 优点：机动性能好 缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求 半固定式平台 优点：适应水深大，优势明显 缺点：较多技术问题有待解决 3.设计半潜式平台的关键技术有哪些？ 总体设计技术、系统集成技术、钻井系统集成与钻井设备技术、平台定位技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台制造技术等。（深水半潜式） 4.设计SPAR平台的关键技术有哪些？ 目前对Spar平台的研究主要集中在平台动力响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板和侧板的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作用的耦合分析,同时,浮力罐与支架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之一 5.海洋平台的设计载荷分为哪三类？各类载荷的定义？ 使用荷载：平台安装后，在整个使用期间，平台受到的除环境荷载以外的各种荷载。 环境荷载：由海洋的风、波浪、海流、海冰和地震等水文和气象要素在海洋平台上引起的荷载。 施工荷载：平台在施工期间所受到的荷载，是发生在建造、装船、运输、下水、安装等阶段的暂时性荷载。 6.在导管架平台建造过程中常见的施工措施有哪些？ 吊装力：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊力。 装船力：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。 运输力：驳船装运&浮运，支撑力&拖航力。 下水力和扶正力：导管架平台安装。 安装期地基反力：地基的支撑力。