GM-Lift半潜式平台立柱的结构设计与强度分析研究

摘要

本文研究了GM-Lift半潜式平台立柱的结构设计与强度分析。 为严格控制向海洋倾倒废弃物，防止对海洋环境的污染损害，一些国家联合起来制订了《1972年防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》即《伦敦倾废公约》。该公约针对向海洋弃置船舶、航空器、平台和其他海上人工构造物的行为进行了严格的限制。而在一些对环保要求较高的地区如北海，当地法律更是强制规定所有的废弃平台必须完全拆除。除此之外，大多数的海域在停止产油后仍有其他经济产出的可能性，这也需要对废弃平台进行清理。因此，在海上油气开发的后期，对废弃平台的拆除工作必不可少。GM-Lift 平台就是为解决这一工程实际问题而开发GM-Lift 是一种不同于传统半潜式平台的新型拆卸安装多功能平台，分析其功能结构特点，提出相应的结构设计指导性意见，这对于今后我国自主开发此类新型半潜式平台具有重要的经济价值和学术价值。 首先，介绍了GM-Lift 的功能特点，对该平台与传统半潜式平台进行了结构差异分析，并论述了其结构设计和强度衡准准则的特殊性；随后，以平台立柱为研究对象，应用DNV 规范的经验公式，采用载荷与抗力系数法（LRFD 法）对立柱壳板的最小厚度、骨材的最小剖面模数进行了规范计算和校核，以验证结构设计的合理性；为了准确把握结构在设计载荷作用下的应力应变情况，本文接着运用Patran/Nastran 有限元计算软件对立柱结构进行了静强度分析，计算出了GM-Lift 平台立柱在最不利工况即工况4 下遭受0o到180o每隔15o浪向的波浪载荷作用下的结构响应，并对计算结果进行了评定和分析。针对热点区的应力集中现象，通过计算明确了应力集中与结构形式的关系；在强度分析的基础上，对影响立柱典型舱段结构响应的各个参数进行了敏感性分析，通过敏感性分析确定结构的设计变量。并运用NASTRAN 的优化模块，以重量最轻为目标，对舱段结构剖面进行了进一步的优化设计；最后针对强度分析中T 形柱节点应力集中的情况，运用有限元方法，明确了它在基本载荷作用下的应力分布规律，提出了带软趾的肘板加强措施，并对加强效果进行了分析和验证。