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        自升式平臺塔形井架的結構強度分析

        發布于:2016-02-28 16:20
        強度分析

              塔形井架是橫截面為正方形或矩形的塔形結構,其構件四面成網絡或析架結構,因此它具有很大的組合截面慣性,整體穩定性好、承載能力大。由于海洋平臺所處的海洋環境十分復雜和惡劣,載荷不確定因素多,因此結構強度分析自然成為設計階段的重要研究內容。本研究用SACS軟件建立海洋塔形井架HJJ900-52的有限元模型圖,計算井架靜載荷、工作載荷及環境載荷,依據API-4F規范的要求編制32種載荷組合工況,并對其進行了強度分析。
              HJJ900-52為瓶式塔形海洋井架,二層臺以下井架立柱采用直立柱結構,二層臺立根以上位置開始收口,井架所有桿件形心相交。井架結構較為復雜,因此要對井架進行簡化。井架梯子平臺、護欄對井架剛度影響較小,在簡化時折算成相應的質量。HTVA導軌及頂驅導軌對井架剛度有一定影響,自身自重及環境載荷較大,并傳遞立根手臂和頂驅的工作載荷,二層臺指梁用于橫向支撐立根的上端,傳遞立根產生的載荷;天車座安裝在井架頂部,承受鉤載及工作繩力,是重要結構部件。故模型可以分為五部分:井架主體、天車座、頂驅導軌、指梁和HTVA導軌,井架鋼結構根據其受力特點主要分為立柱、橫梁和斜撐三大類,根據其截面幾何形狀主要用到角鋼、雙角鋼和H型鋼。天車座橫梁截面尺寸大,手工焊接成工字形鋼。二層臺指梁的橫梁,由于受到指梁懸臂扭矩大,采用矩形截面梁。根據井架各桿件的截面尺寸,在軟件中建立40種不同截面,并對天車座部分橫梁采用了偏置處理,使得模型與實際結構更匹配,模型共有單元823個,節點670個。
              井架節點連接方式包括:焊接、法蘭式對接及螺栓摩擦式連接。焊接與法蘭式對接均視為剛性節點,不僅承受軸向力而且也承受彎矩作用。對于螺栓摩擦式連接,承受軸向力,只傳遞端板法向方向的彎矩,故處理為半剛性連接,需要釋放節點的旋轉自由度。井架立柱之間均為剛性連接,斜撐都為半剛性連接,V形大門下兩層為焊接剛性連接,橫梁既有剛性連接,又有半剛性連接。有效長度概念是用來計算結構整體與對某一受壓桿件的穩定性之間的影響,用系數K來表示。使長度為L的受壓桿件的強度與一個僅受軸心載荷長度為K的等效鉸端構件的強度相等。有效柱長與實際無支撐長度比值K可大于1.0或小于1.0。SACS中可自定義每根桿件的K值,根據截面慣性矩的方向分為kx和kz。根據每根桿件受力形式,立柱kx=kz=1.0,橫梁kx=1.0,kz=2.0,V形大門kx=1.0,kz=2.0,斜撐k=1.0。將井架4個腳視為鉸接約束,x,y,z3個方向的自由度,對HTVA導軌底端約束:x方向自由度。


                                                                                          專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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