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自升式鉆井平臺是指具有活動樁腿，且其主船體能沿支撐于海底的樁腿升至海面以上預(yù)定高度進行鉆井作業(yè)的平臺，此種平臺在海洋石油開發(fā)中被廣泛應(yīng)用。自升式海洋平臺與導(dǎo)管架固定平臺相比，結(jié)構(gòu)整體柔性較大，振動響應(yīng)較為強烈，且隨著海洋工程向深海發(fā)展，環(huán)境越來越惡劣，載荷不確定因素增多，因此，自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)安全越來越受到重視，而結(jié)構(gòu)強度有限元分析自然就成為設(shè)計階段的重要研究內(nèi)容。
本文以自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)安全為目的，闡述了結(jié)構(gòu)強度理論，包括屈服強度理論、屈曲強度理論和疲勞強度理論；并結(jié)合自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)特點，提出了總體性能分析、船體強度分析及局部強度分析3個主要的結(jié)構(gòu)強度分析；最后以一析架式樁腿的自升式鉆井平臺為例，通過有限元分析和求解，闡述此類移動平臺結(jié)構(gòu)強度分析的過程及方法，對工程實踐有指導(dǎo)作用，并為工程設(shè)計人員提供借鑒。
自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)強度失效形式主要有3種，即屈服強度失效、屈曲強度失效及疲勞強度失效。對于樁腿、甲板間支撐等獨立構(gòu)件，其屈服強度應(yīng)滿足下式：疲勞校核的目的是確保平臺結(jié)構(gòu)在營運期間有足夠的疲勞壽命，一般不應(yīng)少于20年。發(fā)生疲勞破壞的結(jié)構(gòu)一般要承受循環(huán)載荷，自升式鉆井平臺易發(fā)生疲勞的位置為析架式樁腿的桿件節(jié)點處，因此務(wù)需對之進行疲勞分析。疲勞強度校核一般采用譜分析方法，具體過程可參見文獻。
根據(jù)自升式鉆井平臺的工作特性和結(jié)構(gòu)特點，其結(jié)構(gòu)強度分析可分為總體性能、船體強度及局部強度分析。自升式鉆井平臺的總體性能分析主要是考核其站立工作狀態(tài)下的整體安全情況，包括樁腿強度、鎖緊系統(tǒng)(升降系統(tǒng))承載性能、預(yù)壓載性能、樁靴承載性能及抗傾穩(wěn)性�？傮w性能會直接影響平臺的操作安全及作業(yè)能力，因此需予重點關(guān)注。具體計算方法和過程請詳見參考文獻。
平臺設(shè)計時，應(yīng)確保船體具有足夠的強度，除承載設(shè)備及人員外，還能抵御環(huán)境載荷及功能載荷產(chǎn)生的不利影響。船體強度的失效形式主要為船體板或梁發(fā)生屈服、屈曲。受力主要工況為站立工況和拖航工況。站立工況下，預(yù)壓載和懸臂梁外伸狀態(tài)，船體受力最大，預(yù)壓載時，船體壓載艙和甲板的應(yīng)力較高，懸臂梁外伸作業(yè)時，懸臂梁底座處主甲板及艙壁受力較大，且圍阱周圍的結(jié)構(gòu)應(yīng)力較高；拖航工況下，樁腿和固樁結(jié)構(gòu)局部強度分析主要是對自升式平臺局部受力較大的結(jié)構(gòu)單獨進行計算分析。根據(jù)自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)予強度分析的局部結(jié)構(gòu)為：圍阱區(qū)、樁靴、生活樓、直升機甲板、吊機底座、懸臂梁、鉆臺、設(shè)備底座等。局部結(jié)構(gòu)一般所受工作載荷較大，因此，這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計時強度應(yīng)予保證。局部強度分析一般采用有限元分析方法，由計算得到的應(yīng)力進行板的屈服、屈曲校核。
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