GB/T 36409-2018 自升式平台结构设计方法 载荷抗力系数设计法

ICS47.020.99

U11

国

中华人民共和国国家标准

GB/T36409-2018

自升式平台结构设计方法

载荷抗力系数设计法

Methodofstructuraldesignforself-ele飞ratingunits-

Loadandresistancefactordesign(LRFD)method

2018-06-07发布2019-01-01实施

国家市场监督管理总局峪非

中国国家标准化管理委员会0(..'I(J

GB/T36409-2018

目次

前言…………………．．．．．．．．．皿

1范围－

2规范性引用文件－

3术语和定义·

4符号和缩l略语……………2

4.1符号…………...……………·…2

4.2缩略语………………4

5结构分类和材料选择…………….4

5.1总则…………………4

5.2结构分类……………5

5.3材料选择……………5

6设计准则…………………6

6.1一般规定……………………6

6.2设计T?5……………7

6.3环境条件……………………..8

6.4分析方法………….…………·10

7设计载荷….............................11

7.1通则…………………11

7.2同定载荷………………·……11

7.3可变功能载荷…………·12

7.4环境载荷……………………·12

7.5变形载荷……………15

7.6意外载荷……………15

7.7疲劳载荷………….…………...………·15

7.8载荷组合…………........…………·15

8最终极限状态（ULS)…………………15

8.1通则…………………15

8.2结构性能…………...…………·16

9疲劳极限状态（FLS）……………………17

9.1通则…………………17

9.2疲劳分析……………18

10意外极限状态CALS）…………………四

10.1通则………………19

10.2碰撞…………………·四

10.3坠物………………m

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6.1.2整体设计

6.1.2.1应对整体结构的安全性进行评估，该评估基于设计、建造及使用时对结构失效的预防措施及

由于重要构件失效导致整体倒塌时平台的残余强度。

6.1.2.2对于重要构件，根据完整结构的标准，失效的可能性及其后果应视为冗余评估的一部分。可靠

的意外事件的结果应根据意外极限状态（ALS）进行记录。

6.1.2.3在确定整体结构设计时，应尽量简化结构连接形式。

6.1.3详细设计

6.1.3.1结构连接通常应以减小应力集中和简化复杂的应力流为目标。连接构件应具有平滑的过渡和

正确的对齐方式。在高应力区，主要精材的面板和腹版应避免较大的贯穿孔。

6.1.3.2尽可能避免沿板厚方向传递拉应力。若不可避免，可采用具有改良板厚特性的结构用钢。

6.1.3.3计划在寒冷区域作业的平台，布置时应当使水不能进入暴露在环境泪度下的局部结构或设

备中。

6.1.3.4若平台准备入干坞，则底部结构（例如沉垫和桩靴）应具有足够的强度以承受相应的载荷。

6.2设计工况

6.2.1基本工况

平台应考虑下列设计了况：

迁移了况；

就位T?5L

一一作业t况；

－一生存丁，况；

一一离位丁．况。

6.2.2迁移工况

6.2.2.1迁移丁：？Sl仅考虑温拖（即油田拖航或远洋拖航）的情况。

6.2.2.2应对湿拖过程制定一份详细的迁移评悄报告，评估内容包括环境标准的约束、完整稳性和破舱

稳性特征值的评估、全船运动响应、结果以及载荷的确定。如有必要，还应评估迁移期间发生的波浪砰

击载荷以及结构疲劳的影响。

6.2.2.3在温拖分析中，结构可以按前进速度为零进行分析。

6.2.2.4迁移时船体设计应考虑整体质量、海水压力载荷、局部载荷及桩腿载荷。

6.2.2.5桩腿应根据最悲劣的迁移环境条件产生的静力、惯性力以及最大风速下所产生风载荷进行

设计。

6.2.2.6考虑运输了况中的结构强度时，应评估现场移动和远洋运输的桩腿位置。在考虑迁移t况的

结构强度时，无论是油田迁移还是远洋拖航都应评估桩腿的位置。

6.2.2.7远洋迁移丁，况时桩腿的设计需考虑以下载荷同时作用，以代替更准确的分析：

一－10s时间内平台从15°单摆振｜隔横摇和纵摇引起的加速度载荷的100%;

一一最大横摇或纵摇所引起的静载荷的120%。

6.2.2.8油田迁移位置，除非有模型试验或计算进行验证，桩腿可根据平台向振周期下纵摇或横摇单边

摆幅为60时产生的加速度载荷、加上120%桩腿倾斜60时产生静载荷进行设计。

6.2.2.9若桩腿的向振周期可能会发生明显放大，则应计算桩腿上加速度载荷引起的动力放大系数。

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6.2.2.10适用时，计算应考虑由于风载荷引起桩腿涡激振动的影响。

6.2.2.11应保证所有漂浮T况具有适当的分舱和稳性。

6.2.2.12与桩腿相关的界面（例如，桩腿和上导向）在迁移时应使用垫片填塞，除非有充分的文件证明

不需要垫片。

6.2.2.13迁移时各方面（包括计划、手续、准备、系阳及海上操作）都应满足当局的要求。

6.2.2.14迁移过程中主船体、桩腿和桩靴的结构强度应满足最终极限状态CULS）、疲劳极限状态

(FLS）和意外极限状态（ALS）的要求。

6.2.3就位和离位工况

6.2.3.1设计时应考虑平台在就位和离位丁，况下相应的静载荷和动载荷，包括预期作业的最大环境载

荷和桩腿对海底的撞击载荷。

6.2.3.2平台的预压载能力应予以评估。平台的预压载能力应越过最恶劣风暴载荷下土壤承受的最大

垂向载荷。平台结构应进行分析以确保能承受最大的预压载下况。

6.2.3.3平台主体、桩腿和桩靴在就位和离位，丁况下的结构强度应满足最终极限状态（ULS）的要求。

6.2.4伟业和生存工况

6.2.4.1作业和生存下况包括平台在主体升起后的状态。当平台处于升起状态时，首先考虑的是结构

强度、抗｛顷稳性和气隙。

6.2.4.2应对土质限制、环境、重量控制、结果及载荷的确定做出详细的评估。

6.2.4.3若平台的向振周期会发生明显放大，则应考虑波浪引起的动态结构变形和应力。

6.2.4.4应考虑由于桩腿二阶弯内影响引起整体偏移后产生的非线性影响（大位移效应）。

6.2.4.5应考虑桩腿的建造公差和导向系统的间隙所产生的影响。

6.2.4.6桩腿和土壤的相互作用应是变化的，应在设计规格书中提供桩腿靠近底部和升降室位置的最

大应力。

6.2.4.7作业和生存下况下平台主体、桩腿和桩靴的结构强度应满足最终极限状态（ULS）、疲劳极限状

态（FLS）和意外极限状态CAL凹的要求。最终极限状态（ULS）评估应以最极限的状态（最大风暴条件

和最大作业条件）作为最小要求进行分析。

注：典型的平台主体内以下构件组成：

－一甲板；

一一舷侧和底部饭；

一一纵舱璧；

→一横舱壁和强框架；

一一纵向衍材；

一一横loJ舱壁上的才有材；

→一升降室。

6.2.4.8平台的主体强度应基于导致甲板板和底部版内产生最大纵向拉、压应力（屈服和屈由评估）典

型负荷了况进行评估。

6.2.4.9对于平台主体上可能影响整体应力分布的大开口（例如钻槽），应通过三维有限元模型分析

确定。

6.3环境条件

6.3.1通则

6.3.1.1应考虑所有可能导致结构损坏的环境现象。这些现象包括风、波液、流、雪和冰、地震、土壤条

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件、混度、海洋附着物及腐蚀等。

6.3.1.2环境设计数据可以被指定为最大波高和对应的周期、风和流的速度、设计泪度或允许作业的地

理位置等。业主指定作业海域井提交这些区域环境资料的说明文件可作为环境设计数据。

6.3.1.3用作设计基础的统计数据应涵盖足够长的时｜可周期。

6.3.1.4特定的环境设计数据用于计算完整结构的设汁载荷，与百年一遇的最可能发生的极大值一致。

6.3.1.5受损结构的计算应采用一年一遇的标准。

6.3.2凤

6.3.2.1若适用，风速统计应用作描述风条件的基础。

6.3.2.2典型风的设计速度应适当考虑相关平均时间内的风速－高度分布罔。

注：对预定不限定使用（全球作业）的平台，不小于一51.5m/s风速（海平面10m高度lmin定常风速）并结合最大

的波浪载荷能彼荒大部分海域。

6.3.2.3对典型的平台模型进行可靠的、充分的试验后获得风洞数据。如适用，这些数据将用来确定风

压及合力。

6.3.3波：良

6.3.3.1设计考虑的波浪条件既可采用确定性的（规则的）设计波方法，也可采用随机的（不规则海况）

波浪能量谱来描述。

6.3.3.2短期不规则海况通过包含有义波高（Hs）和平均跨零周期（Tz）特征的波浪能量谱来描述。开

放海域可采用Pierson-Moskowitz(P-M）谱。浅水区或狭窄的风浪区，应考虑窄带谱（例如Jonswap

i普）。

6.3.3.3海洋的长期性通过波谱簇进行描述，并考虑各波谱发生的概率。因此，应通过波浪统计获得

Hs和Tz的联合概率密度函数。基于使用后报的长期海况的描述也可接受。应使用遭遇波的个别主

波向波浪统计数据，否则应引入保守假设。

6.3.3.4在基于规则波的确定性设计波方法中，规则波应通过下列参数描述：

一一波浪周期；

一一波高；

一一波向；

一一静水深。

选择适当的设计波公式应根据实际问题特别考虑，同时还应考虑浅水效应。

6.3.3.5设计技应为对关注的结构（考虑其形状和尺寸等）产生最不利载荷的波浪。波浪周期应根据具

体应用确定。为保证能准确确定最大载荷，有必要对多个具有代表性的周期进行研究。

6.3.4流

6.3.4.1应从有效的统计中选取适当的流速数据。应考虑流的不同组成部分，例如潮流和风成流。

6.3.4.2若相关，应考虑水深以上的流速变化。

6.3.5雪和冰

对平台作业或迁移区域，应考虑雪和冰的载荷。

6.3.6温度

定平台作业或迁移区域的设计温度。

应指

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6.4分析方法

6.4.1通则

6.4.1.1应通过结构分析来评估整体和局部载荷作用下的结构强度。

6.4.1.2结构设计中应考虑下列响应：

所有极限状态下的动态应力；

一一非线性波浪载荷（例如：拖曳力影响和有限波升高）；

一一桩腿的二阶弯曲效应引起的非线性放大（P-,0;效应）；

－一桩腿建造精度和导向系统的间隙所产生的影响；

砰击振动；

涡激振动（例如：火炬塔或升降室以上部分桩腿的结构构件受风载荷的影响）；

一一摩擦与磨损（例如：桩腿导向系统或提多｜系统与平台主体之间的界面）。

6.4.1.3应考虑由于桩腿二阶弯曲引起整体偏移所产生的非线性影响。非线性弯曲响应由桩腿的线性

晌应和放大因子相乘得到，其放大因子按式(1）进行计算。

…………….(1)

1-P/I\·,

6.4.1.4在平台处于升起状态时，整体结构响应可通过直接考虑非线性的波浪和桩腿的弯向效应，采用

确定性的准静态分析方法进行计算。动态响应应通过作用在平台主体的重心位置的惯性力或通过确定

的动态放大系数来表示。

6.4.1.5涉及非线性、动态性相关的重要的不确定性问题，可采用随机时域分析。分析时，危险海况的

选择应适当考虑。

6.4.1.6当非线性载荷可忽略，或这些载荷可用钱性分析很好地解决时，可采用频域分析。通过分析足

够数量浪向和适当的波长，建立结构响应的传递函数。分析足够数量的周期以：

一一足够覆盖指定位置的波浪T况；

合理拙述在波浪“消｜垛”和“放大”周期处的传递函数；

合理描述在平台响应周期处的传递函数。

6.4.1.7若直接计算不能确定其非线性效应，则可通过模型试验来代替时域分析。新型的向升式平台

也应进行模型试验。

6.4.1.8对于独立桩腿的平台，应考虑桩腿的静态倾斜。倾斜角为由建造公差、锁紧系统和船体倾斜引

起的桩腿与垂线之间的静角度。

6.4.1.9应考虑海床条件及由此引起的桩腿与泥土的相互作用，因其会影响下列参数：

一一桩腿的弯矩分布；

一一结构整体刚性和平台｜否｜有周期；

一一桩靴上的载荷分布。

桩腿和土壤的相互作用是变化的，是上、下边界在下部桩腿、桩革化和升降室处提供保守响应极限的

必然结果。

注·由于桩腿和土壤的相互作用难以预报，分别假设底部边界简支和顶部边界刚性阳定是可以接受的，也是保

守的。

6.4.1.10桩腿与平台主体的连接可采用以下任意方式或组合方式：

一一锁紧系统，例如锁紧’自条；

一一间定的升降系统，例如刚性安装在升降室的齿轮；

一一非阳定的升降系统，例如通过弹性缓冲装置安装在升降室的齿轮；

上下导向系统。

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桩腿和平台连接处的特征和性能应通过适当的整体和局部分析确定。

6.4.2整体结构模型

6.4.2.1整体结构模型应能反映平台的整体刚度和特点。整体模型通常包括：

一一桩靴的主要板材和骨材；

一一桩腿的析架或壳版和骨材；

－一刑降室和桩腿－主船体相互作用的结构；

甲根结构的主要舱壁、框架和甲板板（不参与整体结构强度的次要甲板不必建模）;

一一质量模型。

6.4.2.2根据分析的目的，结合以后可能局部分析的需要，采用不同理想化和详细程度的整体结构模

型。平台主体既可通过详细的板、壳版单元来表示，也可通过梁单元来表示。桩腿可通过详细的版单元

或等效的梁单元来模拟，或采用两者的结合的方式模拟。

6.4.3局部结构模型

6.4.3.1为估算结构在各种局部载荷下的响应，应建立适当数量的局部结构模型。模型应足够详细以

使得到的结果响应注到必需的准确程度。为了完整评估所有相关构件的局部相应，可能需要若干局部

模型。

在评估最终极限状态（ULS）时，应分析下列局部模型：

一一底脚、沉垫或桩靴，包括桩腿的下部（典型做法至少取2个跨距）；

一一承受舱室压力或甲椒面载荷的力J］筋板；

桩腿和平台主体连接系统，包括升降室的支撑结构；

一一重型设备的支撑结构，例如钻台和管架；

－一隔水管悬挂结构；

一一起重机底座支撑结构；

－一直子｜机甲板支撑结构。

6.4.3.2应建立详细的有限元模型分析在上下导向结构、f-t-阵和／或锁紧系统之间桩腿上的轴向应力、

弯矩和剪力的传递。该系统及其相互作用应根据刚度、方位和间隙进行适当地模拟。分析模型应包括

平台主体处桩腿的详细模型、导向、锁紧或升降系统及子｜降室结构。

注：详细的桩腿模型通常分别向上、下延伸4个节距。

6.4.4疲劳分析

6.4.4.1疲劳寿命的计算应考虑整体和局部结构响应的综合影响。预期的动态载荷时历应列入设计概

要中，以作为计算的基础。

6.4.4.2对于疲劳敏感的结构节点，当应力集中因数不能通过标准表格在取时（例如不同的结构布置或

尺寸超出了公式的范围），应用有限元分析确定。

7设计载荷

7.1通则

参考载荷应采用典型的载荷。

7.2固定载荷

间定载荷是那些在考虑周期内大小、位置或方向不变的载荷，包括：

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一一平台的空船重量，包括永久性安装的模块和设备，例如生活楼、直升机甲板、钻井和生产设备；

一一间定压载；

浮力产生的静压力；

钻井和生产系统预张力（例如隔水管等）。

7.3可变功能载荷

7.3.1一般规定

7.3.1.1可变功能载荷是在考虑时间内大小、位置和方向变化的载荷。

7.3.1.2除非分析过程或设计规格书要求，结构设计中的可变载荷应采用最小或最大值中产生最不利

影响者。

7.3.1.3结构设计中应适当考虑作业时重量分布的变化（包括舱室装载的变化）。

7.3.1.4应充分考虑由作业要求制定的设计标准。这些操作是：

钻井、生产、修井或联合作业；

一一消和品的再供给程序；

一一维护程序；

一一极端下况下可能发生的质量新分布。

7.3.1.5液舱结构设计时，由于装舱作业液体可能进入空气管，其产生的动载荷应给予考虑。

7.3.2救生艇平台

若适用，救生艇平台应在最终极限状态和意外极限状态下进行校核。由于救生艇下放过程的迟缓，

应考虑。.Z.i;o的动态因子。

7.3.31夜舱载荷

7.3.3.1确定合适的液舱构件尺寸时，应按最小设计密度（ρ）1025kg／旷考虑。

7.3.3.2确定液舱可能承受的最大设计压力时，应充分考虑削深管、透气管或装舱管装置可能充满的

程度。

7.3.3.3载荷分量适用时，设叶压头应包括管道充满时产生的动压头。

7.3.3.4所有掖舱设计时应根据式（2）的内部设计压力进行设计。

.•(2)

们＝问ohop\Yr.G.Q＋一γ川l

飞gOI

与海水相邻和湿拖时位于最大作业吃水（TE）以下的舱室，hOp应不小于从作用点至静海面的距离。

垂向加速度uv适用于舱室的桐合运动响应，只适用于迁移－「况。对平台升起时的T6况，αv值

取零。

间定载荷和可变载荷的分项载荷系数Y川，Q和环境载荷的分项载荷系数7川的取值见表4。

当空气管在装舱作业中可能被充满时，特殊的装舱设计条件应根据表4中最终极限状态（ULS）载

荷组合飞”进行校核。应使用式（3）的附加l内部设计压力条件，最小为25kN/m2。

Pc1=（ρJJ;ohop十ρd)'TI)yf,G,Q...(3)

注：这些内部载荷可不结合极端环境载荷。通常仅考虑静态的全局响应。

7.4环境载荷

7.4.1凤载荷

7.4.1.1定常风速应与最大波浪载荷一起使用。若与波浪载荷一起使用时的抽空阵风比定常风更不

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利，则应采用阵风速度。对于局部载荷计算，应采用阵风风速。

7.4.1.2不同结构构件适用的形状系数见表2。

表2形状系数

结构构件类型(s

平台主体，基于整体投影面积1.0

甲极室、升降室、附属结构、绞！，.：房和其他甲扳以上的模块，基于结

l.l

构的整休投影面积

升降室以上及平台以下的桩腿投影面积计算获得

0.5

独立的网柱（例如：吊机基峰等〉

独立的钻构型材（例如1：角制、槽制、方俐、丁字制〉，基于构件投影

1.5

面积

采用适当的形状系数（基于所关注结构50%的

:c!l架、吊机搁架、火炬塔（仅针对有7架鸟~构，不包括箱形钻构）

总投影面积〉

7.4.1.3对于用部设计，暴露在风中的垂向外部舱壁上的载荷通常应不小于2.5kN／旷。

7.4.1.4对于动载荷敏感的结构，例如具有较长向振周期的高层建筑，Fl,阵风压引起的载荷按静载荷考

虑时，应乘以适当的动态放大系数。

7.4.1.5应考虑由结构向身引起流线谱不稳定进而导致振动的可能性。

7.4.2波浪

7.4.2.1波浪载荷分析应采用基本的波浪载荷参数和响应的计算方法，其中考虑了波高、周期和浪向的

最不利组合。

7.4.2.2规则波中液态粒子的速度和加速度应采用公认的波浪理论计算，并考虑浅水及表面高度的重

要性。适用时可采用线性波浪理论。在这种情况下，应适当考虑向由表面波浪运动的外推法。

7.4.2.3波浪设计数据应描述根据平台的设计基础指定的平台最大波高和最大波陡。波长应选择对结

构或结构部件晌应最极端的波长。

7.4.2.4对