第三章锚泊力的静力计算1129介绍.ppt

海洋平台强度分析 第3章 移动式平台锚泊力的静力计算 第3章 移动式平台锚泊力的静力计算 在锚泊系统的定位计算中，通常是在给定平台偏移（一般取5～10%水深）的情况下，计算整个锚泊系统的回复力。 在平台强度的静力分析中，则常常不是给定平台的偏移，而是已知平台所受的外力，然后根据锚泊力的水平分量与风力和流力的水平分量相平衡的原则确定平台的平衡位置，再求出在此平衡位置时锚链对平台着链点的拉力。此拉力即为锚泊外力，供平台结构强度校核用。 在实践中，这些着链点上的锚泊力常达102t量级，是平台结构强度计算中必须考虑的一个因素。对于这种锚泊力的计算，采用锚链系统组合刚度的方法较为方便。 本章用悬链线理论分析单根锚链的特性，介绍单根锚链链端位移非线性刚度系数、锚泊系统组合刚度特性关系和锚泊力的静力计算。 §3.1 锚泊定位系统的布置形式及其设计参数 锚泊定位系统的布置形式是 由环境载荷的大小、方向、出现 的频率以及平台的结构型式来决 定的。 在定位过程中，平台受风、 浪的袭击可能来自任何方向，因 而常将定位系统的各根锚链拉向 四面八方，即采用辐射状的布置， 以便在各个方向都能给平台定位 提供回复力。通常矩形的平台采 用8根锚链，三角形的采用9根， 五角形的采用10根，如图3-1所 示，它们大多具有不同程度的对 称性。 §3.1 锚泊定位系统的布置形式及其设计参数 漂浮于海上作业的钻井船或半潜式平台，其锚泊定位系统必须具有足够的回复力，才能使平台定位于井口上方，顺利地进行钻井工作，而平台的水平位移应不超过某一限度； 其次在被迫停止钻井工作而隔水管尚未脱开时，锚泊系统亦应能将平台限制在某一较大的活动范围内； 最后，当平台遇到更恶劣的海况时，隔水管被迫与深底的防喷器脱开而处于所谓的自存状况时，平台的活动半径虽可不受限制，但平台仍须在锚泊下确保生存。 §3.1 锚泊定位系统的布置形式及其设计参数 表3-1 锚泊定位下平台所允许的水平位移及其他设计参数 操作状况 正常钻井 钻井 停钻 自存 锚链（或索） 最大张力 小于1/3断裂强度 等于1/3断裂强度 1/3~1/2断裂强度 1/2断裂强度或走锚 下风松弛索 — — 至少等于两根完全松弛 至少等于两根完全松弛 最大位移（水深%） 2~3% 5~6% 8~10% 无限制 隔水管的处境和钻井情况 条件 连接 连接 连接 不连接 环形接头的最大偏角 4° 10° 10° — 泥浆 钻井泥浆 钻井泥浆 水代替泥浆，必要时用海水 — 操作 钻井 钻井，同时作停钻的准备工作 停钻，准备起隔水管，等候好天气 处锚泊系统外，完全无作业，平台不加控制 §3.1 锚泊定位系统的布置形式及其设计参数 在锚泊定位系统中的预张力愈大，平台受风浪而引起的水平位移愈小。因此，应该在锚链的许用强度下尽量提高锚链的预张力。锚链的许用强度应能承受得起平台发生最大位移后的锚链最大张力。通常设计时按上表选取。即在钻井工作时取为锚链断裂强度的1/3,而在自存时取为断裂强度的1/2。许用强度规定得太小，不利于定位，定得太大又容易引起锚链的断裂。因为，锚链的疲劳破坏是和它所承受的载荷变化的幅值有关，载荷越大或其变化幅值越大，则其使用寿命就越短。 §3.1 锚泊定位系统的布置形式及其设计参数 图3-2所示为有档锚链的重量及其断裂强度。 当平台处于“停钻”与“自存”状况时， 平台受到的风、浪、流等外力的作 用甚为严重，上风一侧的锚链张力 很大，此时若将下风一侧的锚链完 全放松，不仅能减少链上所受的张 力，也能减少平台的最大位移。 §3.2 单根锚链特性分析 锚链的静力计算目前有多种方法，其中以悬链线分析法的演算最简单。它虽有若干似假定，计算结果也不够精确，但在锚泊定位系统的初步设计阶段，它的正确性还是完全足够的，因此得到广泛采用。 悬链线是指一种具有均质，完全柔性而无延伸的链或索自由悬挂于两定点时所形成的曲线。 一般移动式平台的锚链，由于本身有拉伸和受到海流力的作用，与理论上的悬链线并不完全吻合。但实用上仍常用悬链线来描述链的特性而略去流力和弹性伸长的影响。 §3.2 单根锚链特性分析 一、单链悬链线的基本方程 图3-3所示为一单根锚链，它的下端与海底相切于O点，上端着链点A受到平台拉力T，其水平分力与垂直分力分别为TH与TV。水深为h（这里系指平台下着链点至海底的距离）。l为链长，s为链的水平投影长度，θ为悬链线上端切线方向与水平面的夹角。 §3.2 单根锚链特性分析 因TV等于锚链总重量（扣除浮力），而TH等于海底锚的水平抓力，它在锚链各点为常值