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自升式移动平台结构安全评估研究

文档作者：赵胜涛1 魏忠华1 邱世欣1 潘华2 刘景1 刘国娜3 文档来源： 1．中国船级社实业公司天津分公司 2．中国船级社天津分社 3．中交一航局第一分公司		点击数：	更新时间： 2021年09月23日
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第24卷第1期
201 1年2月
中国修船
CHINA SHIPREPAIR
V01．24 No．1
Feb．2011
自升式移动平台结构安全评估研究
赵胜涛1，魏忠华1，邱世欣1，潘华2，刘景1，刘国娜3
(1．中国船级社实业公司天津分公司，天津300457；2．中国船级社天津分社，天津300457；
3．中交一航局第一分公司，天津300456)
摘要：文章介绍了自升式移动平台结构安全评估的目的、依据和流程，重点论述了结构技术
状况评估和结构计算的内容，并通过实例对其进行了说明。结构安全评估要确定平台目前的结构
技术状况，找出结构存在的问题，提出解决的方案，为平台管理者的科学决策提供依据。评估要
求建立平台的数据库，可为今后平台的应急响应提供及时的服务。结构安全评估对平台的安全运
营和科学管理具有重要意义。
关键词：自升式移动平台；结构安全评估；老龄平台；有限元模型
中图分类号：TE95 文献标志码：C文章编号：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
老龄平台一般是指服役超过15年以上的平台。
这些平台长期在恶劣的海洋环境中作业，受到不同
环境载荷的共同作用(主要来自风、浪、流、冰
等)，不可避免地产生腐蚀、变形、裂纹、损伤甚
至造成结构破坏，从而降低了平台的工作能力，甚
至影响平台的安全。因此，自升式移动平台进入老
龄期及时进行结构安全评估是非常必要的。
老龄平台在原始结构强度设计时，一般采用许
用应力法，而现在平台结构设计，除按照许用应力
法设计外，还需进行疲劳校核。老龄平台一般都会
经历较重大的结构和设备改造，必会引起平台空船
质量、质量分布及可变载荷等发生变化，影响平台
结构安全。老龄平台需要改变作业环境时，平台方
需知道平台的目前结构安全状况是否满足在新环境
下作业的要求。移动平台的作业工况有时会考虑超
出操船手册中规定的工况。所以有必要对老龄平台
进行结构安全评估，使业主快速做出决策。
1评估的目的和依据
1)评估目的。通过对平台结构进行近观检
查、无损探伤、测厚、测量等检验检测工作和结构
计算分析，达到以下目的：全面反映平台结构实际
技术状况；找出存在的结构安全隐患，并提出加强
或改造建议；为平台的修理和保养提供依据，为船
级社的相关检验提供支持。
2)评估依据。在进行结构安全评估时，以船
级社规范并结合平台管理规定为依据，主要包括：
①《海上移动平台入级与建造规范》，中国船级社，
2005；②《海上移动平台安全规则》，中华人民共
和国船舶检验局，1992；③《现有船状态评估程
作者简介：赵胜涛(1975-)，男，河北衡水人，硕士，工程师，主要从事海洋工程结构物和船舶的评估工作。
·54·
万方数据
2011年第1期赵胜涛，等：自升式移动平台结构安全评估研究第24卷
序(CAP)指南》，中国船级社，2009；④《船体
结构疲劳强度指南》，中国船级社，2007；⑤《船
体测厚指南》，中国船级社，2006；⑥其他船级社
规范；⑦平台操作手册；⑧平台图纸资料等。
2评估流程
自升式移动平台结构安全评估将通过对其进行
结构技术状况评估和结构计算分析两条技术路线综
合评定平台的实际状况。评估流程见图l。
自升式钻井平台图纸资料
原始设计数据H有限元模型
查模型是否正是刘彳i犀糯 r。———‘———1 P-——————一
强度分析
主
振二犁汁亡算
疲二劳分亡析
综合分析
二】二二
计算结果
—T-
／＼
是否满足
口级社规≠
＼／
l是
结构技术状况
结构技术状况结论
自升式钻井平台结构安全评估报告(初稿)
专家评审
对初稿进行修改、整理，提供最终报告
图1结构安全评估流程图
3图纸资料
结构安全评估所采用的数据应全面、准确。如
所需图纸资料缺失或现场勘验中发现平台结构与图
纸不符，则需要实地测量。
评估时，应收集的图纸资料主要包括：①原始
设计资料，包括设计标准、操作手册和设计图纸；
②平台历史记录，包括检验、检测和维修记录，结
构和设备的改造图纸和资料；③评估时的结构技术
状况，包括结构的实际尺寸，设施和设备质量和位
置，结构腐蚀、变形、裂纹和损伤等报告以及平台
预期作业海域的环境数据。
4结构技术状况评估
结构技术状况评估应全面地反映平台的实际技
术状况，主要是对平台结构进行现场近观检查，并
辅助以无损探伤、测厚和测量等手段，按照船级社
规范的有关规定，定性评定平台的实际状况，并收
集检测和测餐数据，为结构计算分析做准备。
4．1状况分类¨1
1)等级划分。对平台结构进行近观检查、无
损探伤、测厚、测量等检验检测后，将其状况分为
4个等级：1级，很好的状态；2级，良好的状态；
3级，可接受的状态；4级，不可接受状态。
2)腐蚀程度划分。腐蚀程度划分为过度腐蚀、
显著腐蚀、轻微腐蚀和点腐蚀。
3)涂层状况。涂层状况可分为3种：良好、
尚好和差。
4．2结构的检验和检测
1)近观检查。应对平台结构进行全面检查，
特别检查以前发现的可疑区域的结构有无过度腐
蚀、裂纹或变形情况。结构近观检查范围主要包
括：主船体结构、大型设备基座及其支撑构件、固
桩架(固桩室)和桩腿围阱、升降系统的结构部
分、桩腿和桩靴。
2)无损探伤。检测平台结构是否存在表面裂
纹和内在缺陷。无损探伤的范围主要包括：主船体
重要节点、悬臂梁与主甲板连接处的支座或导轨焊
缝、固桩室与主船体的连接处焊缝、桩腿焊缝、桩
腿与桩靴连接焊缝、重要构件之间连接焊缝以及自
身焊缝和可疑区域。
3)测厚。结构的测厚范围主要包括：①主甲
板和主甲板骨材；②内底板和内底板骨材；③底板
和底板骨材；④横、纵舱壁(含桩腿围阱)和舱
壁骨材；⑤舷侧外板及骨架(含艏、艉封板、井
口槽壁板及骨架)；⑥外板及骨材；⑦固桩架(固
桩室)；⑧桩腿、桩靴板及内部骨架；⑨滑道梁。
4)测量。确定主船体整体结构和其他局部结
构变形情况。测量主船体整体结构和其他局部结
构。
4．3技术状况评估结论
通过对平台结构进行近观检查、无损探伤、测
厚、测量等检验检测工作，确定平台结构的技术状
况；给出需即时进行处理的区域，以及不需立即处
·55·
篓
一銎
万方数据
2011年第i期中国修船第24卷
理，但须重点关注的区域。
5结构计算分析
根据原始设计图纸，采用船级社认可的软件建
立有限元模型，进行试运算，验证有限元模型的正
确性；将实地检测数据输人模型中，进行计算分
析，定量评定平台的实际状况；如需加强或换新结
构，再进行计算分析。结构计算分析一般包括整体
结构强度分析、局部结构强度分析、疲劳分析和腐
蚀速率分析。
5．1结构强度分析
1)整体结构强度分析。根据操作手册或业主
提供的环境条件，在拖航、升降、作业、自存工况
下，对主船体和桩腿进行整体结构强度分析，确定
整体结构强度是否满足规范要求、危险工况、结构
危险区域等，对不满足规范要求的结构，给出加强
或改造建议。
2)局部结构强度分析。局部结构强度分析要
确定局部结构强度是否满足规范要求，对不满足规
范要求的结构，给出加强或改造建议。需要进行局
部强度分析的部位主要包括：①大型设备基座
(如悬臂梁基座、钻台基座、吊机基座)；②固桩
架；③悬臂梁与钻台连接部分(悬臂梁)；④悬臂
梁与主船体连接部分(滑道梁)；⑤围阱区域；⑥
桩靴。
5．2疲劳分析
自升式移动平台的结构安全评估应进行疲劳分
析，确定平台的疲劳寿命。应使用公认的疲劳分析
方法进行分析，如基于S—N曲线的线性累计损伤
方法。首先用简化方法确定疲劳寿命相对较短的疲
劳危险区域，然后用较为精确的疲劳分析方法
(如谱分析方法)对该结构细部进行计算分析。分
析中可选取一些关键构件进行计算，这些关键构件
集中在：①静力分析中承受载荷最大的构件；②桩
腿与桩靴连接构件；③桩腿与导向装置连接处构
件；④桩腿在水面附近的构件和节点旧J。
5．3腐蚀速率分析
平台结构的腐蚀通常不是等速率发生的，其速
率很难确定，可采用平均腐蚀速率代替实际腐蚀速
率进行分析，满足评估精度的要求。对腐蚀速率计
算得到的预期结果，仅作为确定平台状况的参考。
通过腐蚀速率分析，可以确定未来5年结构强度是
否满足规范要求，给出5年内需要进行更换结构和
需重点关注区域、存在问题和建议。
进行腐蚀速率分析时，首先确定结构的腐蚀速
率，其次计算未来r／,年的结构厚度值，通常；n=
5，10，将计算结构厚度值输入有限元模型，最后
进行计算分析。
进入老龄期的平台，在相邻两个测厚报告中，
同一构件厚度值的差(mm)与相隔的时间(a)
之比为该构件的腐蚀速率(mm／a)；同一构件的
各个腐蚀速率的平均值称为该构件的平均腐蚀速
率。下面以特检和坞检两次测厚数据为例，计算一
个舱室的平均腐蚀速率。
整理数据，剔除不合理的数据。将同一舱壁原
始厚度一致的数据划分为一组(m组)，每组特检
和坞检的测厚数据的平均值D位和D“为：
1 n 1 “
D讧2音i；d出，D“2i1 i摹1dwki(J|}=1，⋯，m)
式中，m为合理数据的数目；dtki为特检测厚数据；
d埘为坞检测厚数据。
某一舱壁的平均腐蚀速率秽为：
1 m
旷赢舌(D噍一D讪)(z=1，⋯，．『)
式中，Ⅳ为两次检测的间隔时间；J为舱室中舱壁
数。
1 i
舱室的平均腐蚀速率y为：V=一-1艺秽，
1 1。1
未来肛年构件的腐蚀量为：构件的平均腐蚀速
率X年数n。未来凡年的构件厚度为：现在的构件
厚度一构件腐蚀量。
6结构安全评估报告
自升式平台结构安全评估报告包括总报告、结
构技术评估报告和结构计算分析报告。
总报告内容包括：①一般说明(包括项目来
源、项目目的等)；②平台概况(包括平台名称和
设计参数等)；③评估依据(指评估所依据的规范
标准，可由业主指定)；④使用软件；⑤平台结构
技术状况评估结论；⑥平台结构计算分析结论；⑦
评估人员；⑧附件。
结构技术状况评估报告内容应包括：①现场检
验和检测内容；②结构技术状况；③发现的主要问
题；③照片举证。
·56·
万方数据
2011年第1期赵胜涛，等：自升式移动平台结构安全评估研究第24卷
计算分析报告内容包括：①整体强度分析报
告；②局部强度分析报告；③疲劳分析报告；④腐
蚀速率分析报告；⑤有限元模型数据文件(部
分)。
7分析实例
下面以“渤海9号”平台为例说明结构安全
评估的过程∞]。“渤海9号”平台由中国海洋石油
设计研究院设计，于1984年在大连造船厂建造完
工，主要工作于水深40 m的海域，最大钻井深度
为6 000 m。已属于老龄平台。
7．1结构技术状况评估
在平台进坞期间，对平台结构进行了现场勘
验，主要包括主船体结构、主甲板、双层底、底
板、外板、桩腿、固桩室和所有舱室，除以下结构
外，其余结构状况良好。发现桩腿末端变形，已经
修复；部分船底板变形，已经进行更换。主甲板管
子堆场附近、4台锚机附近主甲板和泥浆泵下空舱
局部船底板有变形现象；4个固桩室下空舱部分结
构涂层完全脱落；左右1号淡水载舱结构和钻井水
舱结构有点腐蚀，在以后的使用过程中应重点关
注。
7．2结构计算分析
1)有限元模型。在SACS软件中建立了平台
简化有限元模型，见图2。在ANSYS软件中建立
了详细的平台整体有限元模型，见图3，模型中采
用了pipe59，shell63，beaml88和pipel6等单元。
馐翮用翮
一舟懈M 丹㈣婵瞄 M l∥I rI／"／IlM }¨l L矿拶
朋瞵 y B，ll／ 门∥IAM脚
泸沙矿l／L厂L／广L，t／
图2 “渤海9号”结构简化模型
2)结构计算分析结论。平台整体结构强度计
算结果表明，结构强度满足CCS规范要求，最大
应力点发生在主甲板和固桩架连接处。采用工作状
态下的有限元模型来进行疲劳分析，只考虑波浪的
影响，最大工作水深40 m，波浪入射方向取为
90。，由疲劳分析结果可知，疲劳寿命为33年，疲
劳危险点在桩腿下部处。
通过腐蚀速率法对平台剩余寿命进行预测，在
不进行更换结构的条件下，平台未来9年结构强度
满足规范要求。在第9年左右应重点关注第254横
壁与左右纵壁交接处的板厚。
图3 “渤海9号”结构整体模型
8结论
1)结构安全评估工作对老龄自升式移动平台
是非常必要的，通过评估工作，确定平台目前的结
构状况，发现结构中存在的问题，提出合理的修理
(或改造)方案和维护保养建议，为平台的管理者
的科学决策提供支持。
2)对平台结构进行计算分析，可以确定危险
工况，找出平台的危险部位。在以后进坞检验时，
应对这些部位进行详细检验。
3)通过结构安全评估，管理者可以了解平台
结构未来的发展趋势，尤其是最近几年平台重点关
注的区域。
4)通过对老龄自升式移动平台的结构安全评
估工作，建立了平台数据库模型，为以后的平台的
结构和设备的改造评估奠定了基础，这对平台的应
急响应有着极其重要的意义。
参考文献
[1]中国船级社．现有船状态评估程序(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]中国船级社实业公司天津分公司．渤海9号自升式钻
井平台结构安全评估报告[R]．2007．
收稿日期：2010—08

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