GB/T 37334-2019 钻井船及油井服务设施结构设计方法

ICS47.020.99

U17

中华人民共和国国家标准

/—

GBT373342019

钻井船及油井服务设施结构设计方法

Desinmethodsofstructurefordrillinvesselsandwellserviceunits

gg

2019-03-25发布2019-10-01实施

国家市场监督管理总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—

GBT373342019

目次

前言…………………………Ⅲ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4缩略语……………………1

5材料选择与结构分类……………………2

5.1材料选择……………2

5.2结构分类……………2

6设计原理…………………3

6.1通则…………………3

6.2作业模式……………3

6.3船体强度……………3

6.4上部结构及支撑结构………………4

6.5冰区加强……………4

6.6横向加强……………4

7设计载荷…………………4

7.1上部结构局部静态载荷……………4

7.2上部结构总静态载荷………………5

7.3上部结构总静载荷和动载荷………………………6

、…………

7.4加速度弯矩和剪切力组合6

7.5船体变形……………8

8上部结构强度……………8

8.1一般规定……………8

8.2许用应力……………9

8.3板和加强筋局部要求………………9

8.4简化桁材局部要求…………………10

8.5复杂桁材系统………………………13

8.6屈曲稳性……………13

船体上部结构界面评估………………

9-14

9.1通则…………………14

9.2强度评估……………14

9.3疲劳评估……………15

10疲劳强度评估…………………………15

10.1通则………………15

10.2原理和方法论……………………15

10.3结构零件和应力集中系数………………………15

Ⅰ

/—

GBT373342019

10.4设计载荷和应力范围计算………………………16

11意外工况………………16

11.1通则………………16

11.2设计衡准…………………………16

12焊缝和焊接……………17

12.1通则………………17

12.2焊缝尺寸…………………………17

13腐蚀控制………………19

13.1船体和船体结构构件……………19

13.2上部结构…………………………20

()………………………

附录规范性附录横截面类型

A21

Ⅱ

/—

GBT373342019

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

本标准由全国海洋船标准化技术委员会(/)提出并归口。

SACTC12

:、、

本标准起草单位中国船舶工业综合技术经济研究院中国船舶工业集团公司第七〇八研究所上

、。

海船厂船舶有限公司中船黄埔文冲船舶有限公司

:、、、、、、、。

本标准主要起草人孙耀刚高辉钟美达李军迟少艳朱佳帅周崇冠孙楠

Ⅲ

/—

GBT373342019

钻井船及油井服务设施结构设计方法

1范围

、、、、

本标准规定了钻井船及油井服务设施的材料选择和结构分类设计原理设计载荷上部结构强度

、、、、。

船体上部结构界面评估疲劳强度评估意外工况焊缝和焊接腐蚀控制

-

本标准适用于钻井船及油井服务设施的船体和上部结构设计。

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

/—船舶及海洋工程用结构钢

GBT7122011

/—、

海上固定平台规划设计和建造的推荐作法工作应力设计法

SYT100302004

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

迁移transit

将设施从一个地理位置移到另一个地理位置。

3.2

钻井船drillinvessel

g

/。

用于勘探和或开采油气的船舶

:。

注该船舶通常在一定时期内在同一位置作业

3.3

油井服务设施wellserviceunits

、、、。

从事海上钻井完井修井或油井测试等作业的系统设备等

4缩略语

下列缩略语适用于本文件。

:()

DFF设计疲劳系数DesinFatiueFactor

gg

:()

DST设计服务温度DesinServiceTemerature

gp

1

/—

GBT373342019

5材料选择与结构分类

5.1材料选择

5.1.1一般规定

,。

基于最低日均低温设计温度默认值为-10℃

,()。

当设计温度低于-10℃时应给出低温标志DST-X℃

:。

注括号中的为温度值

X

,,

若高拉伸应力垂直作用于板材平面上的结构交叉连接处应对板材材料进行向拉伸试验

Z

以证明其具有抗层状撕裂性能。

5.1.2材料等级确定原则

材料等级的确定原则主要包括以下两个方面:

)构件失效结果的严重程度;

a

)关键零部件的应力状况及可能导致脆性断裂的焊接缺陷或疲劳断裂。

b

材料等级的确定条件见表1。

表1确定条件

材料等级确定结构分类的原则结构分类

和失效不会导致严重后果的结构构件次要

ⅠⅡ

Ⅲ失效会导致严重后果的结构构件主要

Ⅳ失效会导致严重后果并承受可能增加脆性断裂应力状态的结构构件a特殊

a

,、

复杂节点中可能出现三轴或两轴应力分布这些应力分布与出现拉伸应力存在缺陷及低断裂韧性材料都是

造成脆性断裂的条件。

加强筋的材料等级根据腹板的厚度确定。

起重机底座和支撑结构的材料等级不应低于/—中的级。

GBT7122011E

()。

本标准不考虑临时例如建造中使用的结构构件

(),。

标识DST-X℃时所选材料的设计温度应符合入级船级社规范的要求

上部结构应被视为外部结构。

未被定义为外部结构的结构构件材料应根据入级船级社规范进行选择。

5.2结构分类

,

5.2.1按照失效后果严重程度以及考虑可能增加脆性断裂的焊接缺陷或疲劳开裂的应力状态将结构

、。,

分为主要构件次要构件和特殊构件结构分类的目的是为采用合适的材料和检查以避免脆性断裂保

()。

证材料具有足够的抗断裂强度应力强度系数避免裂纹在某些应力情形下发展为脆性断裂

,,

5.2.2为避免脆性断裂首先选择在实际设计温度和厚度下具有一定断裂韧性的材料然后使用适当

。,。。

的建造方法在特殊情况下焊接后应进行热处理以降低致裂应力检查不可接受的面缺陷本标准

,

选择具有适当断裂韧性的材料并通过采用将不同类型的连接分为不同结构分类和检查分类的方法避

免产生不可接受的缺陷。

5.2.3特殊结构构件的材料等级见表2。

2

/—

GBT373342019

表2特殊结构构件的材料等级

材料等级结构构件

;,;;;,

Ⅰ铁舾件中间平台甲板平台管道支撑结构下沉平台加强板封板和上部结构的支撑填充钢

;,;(、);

升降梯围阱舱室甲板板加强筋和桁材舱室中舱壁结构板强肋骨和加强筋月池的纵舱

Ⅱ

;

壁海上起重机吊杆架支撑结构

;;;;

工作舱室中的主桁材和柱带有软趾型肘板的上部支撑底座管架支柱钻井平台支腿直升

Ⅲ

;

机甲板支座钻井平台主桁材

;;

Ⅳ月池角隅处的甲板和底板不带有软趾型肘板的上部支撑底座井架支撑结构

:。

注与相连接的材料具有相同最小屈服强度

6设计原理

6.1通则

船体和上部结构的设计原理如下:

)、,;

a当承受迁移作业和在港载荷时结构安全可通过潜在结构失效模式来验证

),;

b结构设计基于一系列载荷这些载荷代表典型可能的最不利载荷情形

),,

c设施应具有固有冗余设施结构按等级划分低等级结构构件的失效不应立即导致高等级结构

构件的失效;

),、;

d应保证结构连续性船体上部结构及其构件应具有均匀延展性

),、,

e永久变形最小若不影响结构完整性密封完整性和结构或其他系统的性能允许局部面板或

单个加强筋板构件的局部屈服和永久变形;

)(

f设施应具有足够的结构冗余以便在结构破损事故例如小冲击导致的舱室溢流和起重操作时

)。

掉落物体中生存

6.2作业模式

。:

应考虑所有相关作业模式设施的评估应基于下列作业模式

)();

a在设计工作区域的所有作业工况完整或破损

)所有迁移工况;

b

)入坞工况。

c

6.3船体强度

。

6.3.1船体梁及其结构构件可根据入级船级社规范进行设计计算弯矩和剪切力许用静水力曲线时

应考虑迁移和作业中所有相关载荷工况。

,,。

6.3.2应力集中区域的应力分布例如月池开口应用有限元分析并作为屈曲和屈服强度评估依据

(),。

6.3.3对于在异常环境工况下例如台风和飓风作业的船体的纵向强度应按正常作业工况评估波

,。

浪弯矩和剪切力应根据环境数据直接计算异常波浪则基于百年一遇的环境数据进行计算根据表3

),。

中载荷组合b基本利用系数取0.8

0

η

,)

对于不在异常环境工况下作业的可认为船体纵向强度是意外状态并根据表中的进行

6.3.43d

评估。

3

/—

GBT373342019

表3基本利用系数

载荷组合a

参数

))))

abcd

00.600.801.001.00

η

a

详细说明见表4。

表4载荷组合说明

载荷组合说明

a)静态载荷

b)最大静态和动态载荷组合

)意外载荷和相关静态载荷

c

)()

d作业静态载荷与异常环境情况下例如飓风和台风的动态载荷最大组合

),)。

组合载荷适用于在特殊环境工况下无意中留在现场的设施对于特意留在现场的设施应按进行评估

db

:“)”、、。

注代表爆炸火灾物体掉落等可能性很小的意外工况

1c

:“)”,。

注2d代表特殊环境工况例如百年一遇的飓风或台风

6.4上部结构及支撑结构

,、

6.4.1对于在全球作业的设施可采用入级船级社规范中规定的船体梁弯矩剪切力和加速度来评估

上部结构。

,。:

6.4.2通常作业工况中的上部载荷与迁移工况中的不同需直接计算加速度其评估原则如下

)应考虑船舶的艏部轮廓;

a

)建立作业极限图;

b

)建立每种作业极限的载荷工况和相应的质量分布;

c

),。

d直接计算加速度加速度不应超过根据入级船级社规范计算的值

6.4.3结构分析中应包括船体梁弯曲和支撑结构刚度变化引起的变形。

6.5冰区加强

冰区加强和冰区防寒应符合入级船级社规范。

6.6横向强度

横向强度应符合入级船级社规范。

7设计载荷

7.1上部结构局部静态载荷

7.1.1甲板和舱壁上的局部静态载荷

。,

上部结构中的甲板局部静态载荷见表表中未明确提及的区域可使用入级船级社规范中给

55

出的值。

4

/—

GBT373342019

表5局部静态载荷

板和加强筋

桁材

区域均匀分布载荷a点载荷b2

/

kNm

/2kN

kNm

舱室贮存区1.5×

qqfq

卸载区c1.5×

qqfq

救生艇平台9.09.09.0fd

甲板设备间区域5.05.05.0f

、、

人行道楼梯和平台船员舱4.04.04.0f

、

检查用人行道楼梯3.03.03.0f

上面未给出区域的最小值e2.52.52.5

a()。

相应区域的车轮载荷加到分布载荷上通常认为车轮载荷作用区域为300mm×300mm

b

,。

点载荷可能施加在100mm×100mm的区域上并在最不利位置但不应施加到车轮载荷或分布载荷上

c2

,/。

每种工况将重新估算分布载荷卸载区应不小于15kNm

q

dæ3ö2

:ç÷,,()。

系数的计算公式为;0.5+式中是载荷面积单位为平方米

ff=min1.0Am

{èAø}

e2

,/。

确定最小值时应考虑位于区域上的设备和货物的载荷最小值应不小于2.5kNm

7.1.2液舱

、。

舱内板加强筋和简化桁材的局部强度应符合入级船级社规范的要求纵向构件的许用应力应不

小于160MPa。

7.2上部结构总静态载荷

,,

7.2.1整体分析时上部结构或处在静水载荷工况船体静态载荷原则上根据永久载荷以及同时作用

的变载荷的实际值确定。

,():

除液舱载荷外模块的总静态载荷应根据式确定

7.2.21

nm

……()

FFKPA1

=++

ssekkvk

q∑∑

k1k1

==

式中:

———,();

s模块总静态载荷单位为千牛kN

q

———,();

Fs甲板钢总载荷单位为千牛kN

———,();

Fe设备载荷单位为千牛kN

———();

n重型设备总的数量载荷大于50kN

———,;

K考虑载荷同时作用于模块时甲板总载荷缩减因数典型值位于0.5~0.7之间

2

———,(/),;

Pv甲板均匀分布设计载荷单位为千牛每平方米kNm见表3

m———甲板总的数量;

2

———(),()。

A甲板承受载荷面积设备覆盖区域除外单位为平方米m

7.2.3必要时应考虑模块内的液舱载荷。

7.2.4载荷应包括所有超过50kN的设备及其可能连接的实际甲板的总载荷。

5

/—

GBT373342019

7.3上部结构总静载荷和动载荷

动载荷对整体静态载荷的影响由质量乘以设计加速度确定。

、

7.4加速度弯矩和剪切力组合

7.4.1基本响应

设计上部结构使用的基本船体梁响应有:

)———垂向加速度;

aa

v

)———横向加速度;

ba

t

)———纵向加速度;

ca

l

)———波浪弯矩;

dMw

)———波浪剪切力。

eQw

标记方向见图1。

图标记方向坐标

1

。。

正垂向弯矩产生甲板纵向拉伸应力正水平弯矩在右舷产生纵向拉伸应力作用在一段船体尾端

。,。

底部和首端顶部的正剪切力对于双层底船体上部结构设计时水平弯矩可以忽略

,。

除非模块支撑底座的垂向相对剪切变形很明显否则垂向剪切力通常可被忽略

7.4.2迁移工况

、、。

表中给出了迎浪横浪斜浪的最大基本响应产生的载荷工况通过上部结构重心的纵剖面和横

6

,。

剖面对称的结构载荷工况和可以忽略

47

表6迁移中动态响应组合

与响应分数组合

首向载荷工况最大响应

MQMaaa

wvwvwhvtl

1Mwv-0.11.00.00.50.0-r

迎浪

2Mwv1.0-1.00.0-0.50.0+r

3a+a+a-b1.01.0-c

t

横浪

4a+a+a-b1.0-1.0-c

t

5a+h-h-i-0.41.0

1j

斜浪6