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自升式移動平臺結(jié)構(gòu)安全評估研究

文檔作者：趙勝濤1 魏忠華1 邱世欣1 潘華2 劉景1 劉國娜3 文檔來源： 1．中國船級社實業(yè)公司天津分公司 2．中國船級社天津分社 3．中交一航局第一分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月23日
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第24卷第1期
201 1年2月
中國修船
CHINA SHIPREPAIR
V01．24 No．1
Feb．2011
自升式移動平臺結(jié)構(gòu)安全評估研究
趙勝濤1，魏忠華1，邱世欣1，潘華2，劉景1，劉國娜3
(1．中國船級社實業(yè)公司天津分公司，天津300457；2．中國船級社天津分社，天津300457；
3．中交一航局第一分公司，天津300456)
摘要：文章介紹了自升式移動平臺結(jié)構(gòu)安全評估的目的、依據(jù)和流程，重點論述了結(jié)構(gòu)技術(shù)
狀況評估和結(jié)構(gòu)計算的內(nèi)容，并通過實例對其進行了說明。結(jié)構(gòu)安全評估要確定平臺目前的結(jié)構(gòu)
技術(shù)狀況，找出結(jié)構(gòu)存在的問題，提出解決的方案，為平臺管理者的科學(xué)決策提供依據(jù)。評估要
求建立平臺的數(shù)據(jù)庫，可為今后平臺的應(yīng)急響應(yīng)提供及時的服務(wù)。結(jié)構(gòu)安全評估對平臺的安全運
營和科學(xué)管理具有重要意義。
關(guān)鍵詞：自升式移動平臺；結(jié)構(gòu)安全評估；老齡平臺；有限元模型
中圖分類號：TE95 文獻標(biāo)志碼：C文章編號：1001—8328(2011)01—0054—04
Abstract：The purpose，basis and flow of structure safety assessment of self-elevating mobile platform aye in—
troduced；the contents of the structure technical conditions assessment and structure calculation aye expounded emphatically
by example．The structure technical condition assessment demands confirming the technicul conditions of
the platform，finding the existing problems in the structure and giving the plan to solve them in order to provide
adivce for managers．Database should be built for assessment and emergent service in the future．It§of great im—
poaance for the structure security assessment to operate safely and manage scientifically．
Key words：self-elevating mobile platform；structure safety assessment；old platform；finite element model
老齡平臺一般是指服役超過15年以上的平臺。
這些平臺長期在惡劣的海洋環(huán)境中作業(yè)，受到不同
環(huán)境載荷的共同作用(主要來自風(fēng)、浪、流、冰
等)，不可避免地產(chǎn)生腐蝕、變形、裂紋、損傷甚
至造成結(jié)構(gòu)破壞，從而降低了平臺的工作能力，甚
至影響平臺的安全。因此，自升式移動平臺進入老
齡期及時進行結(jié)構(gòu)安全評估是非常必要的。
老齡平臺在原始結(jié)構(gòu)強度設(shè)計時，一般采用許
用應(yīng)力法，而現(xiàn)在平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計，除按照許用應(yīng)力
法設(shè)計外，還需進行疲勞校核。老齡平臺一般都會
經(jīng)歷較重大的結(jié)構(gòu)和設(shè)備改造，必會引起平臺空船
質(zhì)量、質(zhì)量分布及可變載荷等發(fā)生變化，影響平臺
結(jié)構(gòu)安全。老齡平臺需要改變作業(yè)環(huán)境時，平臺方
需知道平臺的目前結(jié)構(gòu)安全狀況是否滿足在新環(huán)境
下作業(yè)的要求。移動平臺的作業(yè)工況有時會考慮超
出操船手冊中規(guī)定的工況。所以有必要對老齡平臺
進行結(jié)構(gòu)安全評估，使業(yè)主快速做出決策。
1評估的目的和依據(jù)
1)評估目的。通過對平臺結(jié)構(gòu)進行近觀檢
查、無損探傷、測厚、測量等檢驗檢測工作和結(jié)構(gòu)
計算分析，達到以下目的：全面反映平臺結(jié)構(gòu)實際
技術(shù)狀況；找出存在的結(jié)構(gòu)安全隱患，并提出加強
或改造建議；為平臺的修理和保養(yǎng)提供依據(jù)，為船
級社的相關(guān)檢驗提供支持。
2)評估依據(jù)。在進行結(jié)構(gòu)安全評估時，以船
級社規(guī)范并結(jié)合平臺管理規(guī)定為依據(jù)，主要包括：
①《海上移動平臺入級與建造規(guī)范》，中國船級社，
2005；②《海上移動平臺安全規(guī)則》，中華人民共
和國船舶檢驗局，1992；③《現(xiàn)有船狀態(tài)評估程
作者簡介：趙勝濤(1975-)，男，河北衡水人，碩士，工程師，主要從事海洋工程結(jié)構(gòu)物和船舶的評估工作。
·54·
萬方數(shù)據(jù)
2011年第1期趙勝濤，等：自升式移動平臺結(jié)構(gòu)安全評估研究第24卷
序(CAP)指南》，中國船級社，2009；④《船體
結(jié)構(gòu)疲勞強度指南》，中國船級社，2007；⑤《船
體測厚指南》，中國船級社，2006；⑥其他船級社
規(guī)范；⑦平臺操作手冊；⑧平臺圖紙資料等。
2評估流程
自升式移動平臺結(jié)構(gòu)安全評估將通過對其進行
結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估和結(jié)構(gòu)計算分析兩條技術(shù)路線綜
合評定平臺的實際狀況。評估流程見圖l。
自升式鉆井平臺圖紙資料
原始設(shè)計數(shù)據(jù)H有限元模型
查模型是否正是劉彳i犀糯 r?！? P-——————一
強度分析
主
振二犁汁亡算
疲二勞分亡析
綜合分析
二】二二
計算結(jié)果
—T-
／＼
是否滿足
口級社規(guī)≠
＼／
l是
結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況
結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況結(jié)論
自升式鉆井平臺結(jié)構(gòu)安全評估報告(初稿)
專家評審
對初稿進行修改、整理，提供最終報告
圖1結(jié)構(gòu)安全評估流程圖
3圖紙資料
結(jié)構(gòu)安全評估所采用的數(shù)據(jù)應(yīng)全面、準(zhǔn)確。如
所需圖紙資料缺失或現(xiàn)場勘驗中發(fā)現(xiàn)平臺結(jié)構(gòu)與圖
紙不符，則需要實地測量。
評估時，應(yīng)收集的圖紙資料主要包括：①原始
設(shè)計資料，包括設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、操作手冊和設(shè)計圖紙；
②平臺歷史記錄，包括檢驗、檢測和維修記錄，結(jié)
構(gòu)和設(shè)備的改造圖紙和資料；③評估時的結(jié)構(gòu)技術(shù)
狀況，包括結(jié)構(gòu)的實際尺寸，設(shè)施和設(shè)備質(zhì)量和位
置，結(jié)構(gòu)腐蝕、變形、裂紋和損傷等報告以及平臺
預(yù)期作業(yè)海域的環(huán)境數(shù)據(jù)。
4結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估
結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估應(yīng)全面地反映平臺的實際技
術(shù)狀況，主要是對平臺結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場近觀檢查，并
輔助以無損探傷、測厚和測量等手段，按照船級社
規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，定性評定平臺的實際狀況，并收
集檢測和測餐數(shù)據(jù)，為結(jié)構(gòu)計算分析做準(zhǔn)備。
4．1狀況分類¨1
1)等級劃分。對平臺結(jié)構(gòu)進行近觀檢查、無
損探傷、測厚、測量等檢驗檢測后，將其狀況分為
4個等級：1級，很好的狀態(tài)；2級，良好的狀態(tài)；
3級，可接受的狀態(tài)；4級，不可接受狀態(tài)。
2)腐蝕程度劃分。腐蝕程度劃分為過度腐蝕、
顯著腐蝕、輕微腐蝕和點腐蝕。
3)涂層狀況。涂層狀況可分為3種：良好、
尚好和差。
4．2結(jié)構(gòu)的檢驗和檢測
1)近觀檢查。應(yīng)對平臺結(jié)構(gòu)進行全面檢查，
特別檢查以前發(fā)現(xiàn)的可疑區(qū)域的結(jié)構(gòu)有無過度腐
蝕、裂紋或變形情況。結(jié)構(gòu)近觀檢查范圍主要包
括：主船體結(jié)構(gòu)、大型設(shè)備基座及其支撐構(gòu)件、固
樁架(固樁室)和樁腿圍阱、升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部
分、樁腿和樁靴。
2)無損探傷。檢測平臺結(jié)構(gòu)是否存在表面裂
紋和內(nèi)在缺陷。無損探傷的范圍主要包括：主船體
重要節(jié)點、懸臂梁與主甲板連接處的支座或?qū)к壓?
縫、固樁室與主船體的連接處焊縫、樁腿焊縫、樁
腿與樁靴連接焊縫、重要構(gòu)件之間連接焊縫以及自
身焊縫和可疑區(qū)域。
3)測厚。結(jié)構(gòu)的測厚范圍主要包括：①主甲
板和主甲板骨材；②內(nèi)底板和內(nèi)底板骨材；③底板
和底板骨材；④橫、縱艙壁(含樁腿圍阱)和艙
壁骨材；⑤舷側(cè)外板及骨架(含艏、艉封板、井
口槽壁板及骨架)；⑥外板及骨材；⑦固樁架(固
樁室)；⑧樁腿、樁靴板及內(nèi)部骨架；⑨滑道梁。
4)測量。確定主船體整體結(jié)構(gòu)和其他局部結(jié)
構(gòu)變形情況。測量主船體整體結(jié)構(gòu)和其他局部結(jié)
構(gòu)。
4．3技術(shù)狀況評估結(jié)論
通過對平臺結(jié)構(gòu)進行近觀檢查、無損探傷、測
厚、測量等檢驗檢測工作，確定平臺結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀
況；給出需即時進行處理的區(qū)域，以及不需立即處
·55·
簍
一銎
萬方數(shù)據(jù)
2011年第i期中國修船第24卷
理，但須重點關(guān)注的區(qū)域。
5結(jié)構(gòu)計算分析
根據(jù)原始設(shè)計圖紙，采用船級社認(rèn)可的軟件建
立有限元模型，進行試運算，驗證有限元模型的正
確性；將實地檢測數(shù)據(jù)輸人模型中，進行計算分
析，定量評定平臺的實際狀況；如需加強或換新結(jié)
構(gòu)，再進行計算分析。結(jié)構(gòu)計算分析一般包括整體
結(jié)構(gòu)強度分析、局部結(jié)構(gòu)強度分析、疲勞分析和腐
蝕速率分析。
5．1結(jié)構(gòu)強度分析
1)整體結(jié)構(gòu)強度分析。根據(jù)操作手冊或業(yè)主
提供的環(huán)境條件，在拖航、升降、作業(yè)、自存工況
下，對主船體和樁腿進行整體結(jié)構(gòu)強度分析，確定
整體結(jié)構(gòu)強度是否滿足規(guī)范要求、危險工況、結(jié)構(gòu)
危險區(qū)域等，對不滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)，給出加強
或改造建議。
2)局部結(jié)構(gòu)強度分析。局部結(jié)構(gòu)強度分析要
確定局部結(jié)構(gòu)強度是否滿足規(guī)范要求，對不滿足規(guī)
范要求的結(jié)構(gòu)，給出加強或改造建議。需要進行局
部強度分析的部位主要包括：①大型設(shè)備基座
(如懸臂梁基座、鉆臺基座、吊機基座)；②固樁
架；③懸臂梁與鉆臺連接部分(懸臂梁)；④懸臂
梁與主船體連接部分(滑道梁)；⑤圍阱區(qū)域；⑥
樁靴。
5．2疲勞分析
自升式移動平臺的結(jié)構(gòu)安全評估應(yīng)進行疲勞分
析，確定平臺的疲勞壽命。應(yīng)使用公認(rèn)的疲勞分析
方法進行分析，如基于S—N曲線的線性累計損傷
方法。首先用簡化方法確定疲勞壽命相對較短的疲
勞危險區(qū)域，然后用較為精確的疲勞分析方法
(如譜分析方法)對該結(jié)構(gòu)細部進行計算分析。分
析中可選取一些關(guān)鍵構(gòu)件進行計算，這些關(guān)鍵構(gòu)件
集中在：①靜力分析中承受載荷最大的構(gòu)件；②樁
腿與樁靴連接構(gòu)件；③樁腿與導(dǎo)向裝置連接處構(gòu)
件；④樁腿在水面附近的構(gòu)件和節(jié)點舊J。
5．3腐蝕速率分析
平臺結(jié)構(gòu)的腐蝕通常不是等速率發(fā)生的，其速
率很難確定，可采用平均腐蝕速率代替實際腐蝕速
率進行分析，滿足評估精度的要求。對腐蝕速率計
算得到的預(yù)期結(jié)果，僅作為確定平臺狀況的參考。
通過腐蝕速率分析，可以確定未來5年結(jié)構(gòu)強度是
否滿足規(guī)范要求，給出5年內(nèi)需要進行更換結(jié)構(gòu)和
需重點關(guān)注區(qū)域、存在問題和建議。
進行腐蝕速率分析時，首先確定結(jié)構(gòu)的腐蝕速
率，其次計算未來r／,年的結(jié)構(gòu)厚度值，通常；n=
5，10，將計算結(jié)構(gòu)厚度值輸入有限元模型，最后
進行計算分析。
進入老齡期的平臺，在相鄰兩個測厚報告中，
同一構(gòu)件厚度值的差(mm)與相隔的時間(a)
之比為該構(gòu)件的腐蝕速率(mm／a)；同一構(gòu)件的
各個腐蝕速率的平均值稱為該構(gòu)件的平均腐蝕速
率。下面以特檢和塢檢兩次測厚數(shù)據(jù)為例，計算一
個艙室的平均腐蝕速率。
整理數(shù)據(jù)，剔除不合理的數(shù)據(jù)。將同一艙壁原
始厚度一致的數(shù)據(jù)劃分為一組(m組)，每組特檢
和塢檢的測厚數(shù)據(jù)的平均值D位和D“為：
1 n 1 “
D訌2音i；d出，D“2i1 i摹1dwki(J|}=1，?，m)
式中，m為合理數(shù)據(jù)的數(shù)目；dtki為特檢測厚數(shù)據(jù)；
d塒為塢檢測厚數(shù)據(jù)。
某一艙壁的平均腐蝕速率穢為：
1 m
曠贏舌(D噍一D訕)(z=1，?，．『)
式中，Ⅳ為兩次檢測的間隔時間；J為艙室中艙壁
數(shù)。
1 i
艙室的平均腐蝕速率y為：V=一-1藝穢，
1 1。1
未來肛年構(gòu)件的腐蝕量為：構(gòu)件的平均腐蝕速
率X年數(shù)n。未來凡年的構(gòu)件厚度為：現(xiàn)在的構(gòu)件
厚度一構(gòu)件腐蝕量。
6結(jié)構(gòu)安全評估報告
自升式平臺結(jié)構(gòu)安全評估報告包括總報告、結(jié)
構(gòu)技術(shù)評估報告和結(jié)構(gòu)計算分析報告。
總報告內(nèi)容包括：①一般說明(包括項目來
源、項目目的等)；②平臺概況(包括平臺名稱和
設(shè)計參數(shù)等)；③評估依據(jù)(指評估所依據(jù)的規(guī)范
標(biāo)準(zhǔn)，可由業(yè)主指定)；④使用軟件；⑤平臺結(jié)構(gòu)
技術(shù)狀況評估結(jié)論；⑥平臺結(jié)構(gòu)計算分析結(jié)論；⑦
評估人員；⑧附件。
結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估報告內(nèi)容應(yīng)包括：①現(xiàn)場檢
驗和檢測內(nèi)容；②結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況；③發(fā)現(xiàn)的主要問
題；③照片舉證。
·56·
萬方數(shù)據(jù)
2011年第1期趙勝濤，等：自升式移動平臺結(jié)構(gòu)安全評估研究第24卷
計算分析報告內(nèi)容包括：①整體強度分析報
告；②局部強度分析報告；③疲勞分析報告；④腐
蝕速率分析報告；⑤有限元模型數(shù)據(jù)文件(部
分)。
7分析實例
下面以“渤海9號”平臺為例說明結(jié)構(gòu)安全
評估的過程∞]?！安澈?號”平臺由中國海洋石油
設(shè)計研究院設(shè)計，于1984年在大連造船廠建造完
工，主要工作于水深40 m的海域，最大鉆井深度
為6 000 m。已屬于老齡平臺。
7．1結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估
在平臺進塢期間，對平臺結(jié)構(gòu)進行了現(xiàn)場勘
驗，主要包括主船體結(jié)構(gòu)、主甲板、雙層底、底
板、外板、樁腿、固樁室和所有艙室，除以下結(jié)構(gòu)
外，其余結(jié)構(gòu)狀況良好。發(fā)現(xiàn)樁腿末端變形，已經(jīng)
修復(fù)；部分船底板變形，已經(jīng)進行更換。主甲板管
子堆場附近、4臺錨機附近主甲板和泥漿泵下空艙
局部船底板有變形現(xiàn)象；4個固樁室下空艙部分結(jié)
構(gòu)涂層完全脫落；左右1號淡水載艙結(jié)構(gòu)和鉆井水
艙結(jié)構(gòu)有點腐蝕，在以后的使用過程中應(yīng)重點關(guān)
注。
7．2結(jié)構(gòu)計算分析
1)有限元模型。在SACS軟件中建立了平臺
簡化有限元模型，見圖2。在ANSYS軟件中建立
了詳細的平臺整體有限元模型，見圖3，模型中采
用了pipe59，shell63，beaml88和pipel6等單元。
饈翮用翮
一舟懈M 丹㈣嬋瞄 M l∥I rI／"／IlM }¨l L礦拶
朋瞵 y B，ll／ 門∥IAM腳
瀘沙礦l／L廠L／廣L，t／
圖2 “渤海9號”結(jié)構(gòu)簡化模型
2)結(jié)構(gòu)計算分析結(jié)論。平臺整體結(jié)構(gòu)強度計
算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)強度滿足CCS規(guī)范要求，最大
應(yīng)力點發(fā)生在主甲板和固樁架連接處。采用工作狀
態(tài)下的有限元模型來進行疲勞分析，只考慮波浪的
影響，最大工作水深40 m，波浪入射方向取為
90。，由疲勞分析結(jié)果可知，疲勞壽命為33年，疲
勞危險點在樁腿下部處。
通過腐蝕速率法對平臺剩余壽命進行預(yù)測，在
不進行更換結(jié)構(gòu)的條件下，平臺未來9年結(jié)構(gòu)強度
滿足規(guī)范要求。在第9年左右應(yīng)重點關(guān)注第254橫
壁與左右縱壁交接處的板厚。
圖3 “渤海9號”結(jié)構(gòu)整體模型
8結(jié)論
1)結(jié)構(gòu)安全評估工作對老齡自升式移動平臺
是非常必要的，通過評估工作，確定平臺目前的結(jié)
構(gòu)狀況，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中存在的問題，提出合理的修理
(或改造)方案和維護保養(yǎng)建議，為平臺的管理者
的科學(xué)決策提供支持。
2)對平臺結(jié)構(gòu)進行計算分析，可以確定危險
工況，找出平臺的危險部位。在以后進塢檢驗時，
應(yīng)對這些部位進行詳細檢驗。
3)通過結(jié)構(gòu)安全評估，管理者可以了解平臺
結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展趨勢，尤其是最近幾年平臺重點關(guān)
注的區(qū)域。
4)通過對老齡自升式移動平臺的結(jié)構(gòu)安全評
估工作，建立了平臺數(shù)據(jù)庫模型，為以后的平臺的
結(jié)構(gòu)和設(shè)備的改造評估奠定了基礎(chǔ)，這對平臺的應(yīng)
急響應(yīng)有著極其重要的意義。
參考文獻
[1]中國船級社．現(xiàn)有船狀態(tài)評估程序(CAP)指南
[S]．人民交通出版社，2009．
[2]Technical＆Research Bulletin 5—5A．Guidelines for site
specific assessment of mobile Jack—Up units[M]．The
Society of Naval Architects and Marine Engineers， 1994．
[3]中國船級社實業(yè)公司天津分公司．渤海9號自升式鉆
井平臺結(jié)構(gòu)安全評估報告[R]．2007．
收稿日期：2010—08

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