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我國(guó)是海岸線較長(zhǎng)的國(guó)家。分析表明，我國(guó)海岸線的海灘、潮間帶以及淺海，極淺海區(qū)域蘊(yùn)藏著豐富的石油資源，是石油勘探的地區(qū)。例如，遼東半島、渤海灣及南海等都有遼闊的淺海區(qū)域侍開發(fā)。要開發(fā)這些區(qū)域，就必須要有一種特殊的海上鉆探設(shè)備—坐底式鉆井船。從年我國(guó)自行設(shè)計(jì)造了第一艘坐底式鉆井船—“勝利一號(hào)”鉆井船以來(lái)，陸續(xù)地研制或國(guó)外引進(jìn)鉆井船。近年來(lái)，我國(guó)還著手研制適合于海灘潮等極淺海區(qū)域潔探的坐底式。由于鉆井胎結(jié)構(gòu)上的特殊性，要求它在漂浮、坐底和沉浮工況時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。本研究主要在“規(guī)范”沒有對(duì)這類鉆井船的總強(qiáng)度作出明確規(guī)定的情況下，如何來(lái)進(jìn)行漂浮狀態(tài)的總強(qiáng)度分析和剛度分析計(jì)算。
坐底式鉆井船被拖曳到預(yù)定井位后，由漂浮狀態(tài)慢慢坐列海固樁后即可進(jìn)行鉆探作業(yè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)，其船沐必須由坐底艙、遠(yuǎn)離水面的平臺(tái)甲板以及連接它們的立柱和支撐組成。鉆井作業(yè)時(shí)，坐底倉(cāng)坐海底，承受上部的全部載荷。拖航時(shí)，坐底艙要漂浮在水面。因此將坐底倉(cāng)做成大面積的箱形結(jié)構(gòu)，F(xiàn)臺(tái)甲板為板梁結(jié)構(gòu)，坐底倉(cāng)和平臺(tái)甲板之間由立柱和支撐連接成一個(gè)空間的結(jié)構(gòu)物。
支撐結(jié)構(gòu)通常有兩種形式，一種是由密集的小立柱和支撐鉤成，成二個(gè)互相關(guān)連而又互相能作相對(duì)運(yùn)功的部分。不論是哪一種坐底鉆井部是長(zhǎng)寬比較小的人型空間結(jié)構(gòu)。例如“勝利四號(hào)”鉆井船，船長(zhǎng)為63.86米，船寬為24米，平臺(tái)甲板離基線高為8.52米，它的長(zhǎng)寬比是2.6。它們?cè)谶h(yuǎn)距離拖航時(shí)，當(dāng)遇到惡劣的天氣，船斜置于波浪上，即波峰或波谷在船對(duì)角線上時(shí)，由于浮力變化很大，使鉆井船處于最不利的受力狀態(tài)，產(chǎn)生嚴(yán)重的縱向彎曲、橫向彎曲和總體性的扭轉(zhuǎn)變形。由此可見，坐底式鉆井船漂浮狀態(tài)的強(qiáng)度和剛度是一個(gè)應(yīng)該值得設(shè)計(jì)者重視的問題。
用有限元分析船體結(jié)構(gòu)時(shí)，往往有以下幾種模型化方法，一種是將船體全部構(gòu)件作為平面應(yīng)力元(膜元)；另一種是以骨架為主，配合板元，即板梁結(jié)合的模型，這兩種計(jì)算模型雖然計(jì)算精度比較高，但節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)很多，機(jī)時(shí)也多，費(fèi)用大。所以，對(duì)于坐底式鉆井船這種比較復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，可以采用第三種方法解決，即將船體所有構(gòu)件都簡(jiǎn)化為梁元，組成一個(gè)空間的梁系來(lái)計(jì)算。從坐底式鉆井船結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，作為空間梁系來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度分析，是比較真實(shí)地反映了這類鉆井船的強(qiáng)度情況的。
在理想化梁元時(shí)，各梁元是以其中和軸為代表，且匯交于節(jié)點(diǎn)處。但坐底式鉆井船的坐底艙為大面積的箱形結(jié)構(gòu)，它的中和軸與同它連接的立柱或支撐的中和軸并不交于一點(diǎn)。引入“剛性端”的概念后，可以有效的解決這個(gè)問題。如圖所示，Ai段為抗彎剛度很大的剛性段，A為梁元的端點(diǎn)，i為節(jié)點(diǎn)號(hào)。由于箱形坐底艙的剛性遠(yuǎn)比立柱或支撐強(qiáng)，所以采用“剛性端”，比較好地反映此結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。
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