一种钻井平台的甲板吊基座加强方法
【专利摘要】一种钻井平台的甲板吊基座加强方法，用于海洋工程中自升式钻井平台或深水半潜式钻井平台上甲板吊的圆柱形基座的加强，包括：径向加强步骤，根据所述甲板吊的圆柱形基座的参数确定径向加强结构的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座的外表面安装所述径向加强结构进行径向加强；轴向加强步骤，根据径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座参数确定轴向加强结构的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座的外表面安装所述轴向加强结构进行轴向加强。本发明的加强结构形式简单，施工操作方便，施工工期短，节约成本且易于推广。
【专利说明】一种钻井平台的甲板吊基座加强方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋工程中钻井平台装备及建造领域，特别是一种钻井平台上甲板吊基座的加强方法。
【背景技术】
[0002]甲板吊是各种钻井平台上都必须配备的关键设备，用于进行平台甲板上货物的移动或者从甲板外把货物吊装到甲板上的作业，其基座主要为圆柱形基座；由于基础设计的原因，或由于船体改造时要求增加原有甲板吊的起重能力，均需要对原有甲板吊基座进行加强。目前通常的作法，一是拆除原有的结构重新建造，二是对原有的结构进行加强。现有技术中对原有结构加强的方法是在圆柱形基座内部进行加强，但由于圆柱内部的施工空间有限，施工难度大，工期长，成本高，经济性差。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、施工操作方便的钻井平台的甲板吊基座加强方法，适用于海洋工程中自升式钻井平台或深水半潜式钻井平台上。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供了一种钻井平台的甲板吊基座加强方法，用于海洋工程中自升式钻井平台或深水半潜式钻井平台上甲板吊的圆柱形基座的加强，其中，包括:
[0005]径向加强步骤，根据所述甲板吊的圆柱形基座的参数确定径向加强结构的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座的外表面安装所述径向加强结构进行径向加强；
[0006]轴向加强步骤，根据径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座参数确定轴向加强结构的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座的外表面安装所述轴向加强结构进行轴向加强。
[0007]上述的甲板吊基座加强方法，其中，所述径向加强结构为沿所述甲板吊的圆柱形基座外表面均匀分布的多个T型钢构件。
[0008]上述的甲板吊基座加强方法，其中，均匀分布的所述多个T型钢构件为对称设置。
[0009]上述的甲板吊基座加强方法，其中，所述轴向加强结构为沿所述甲板吊的圆柱形基座外表面轴向均匀分布的多个T型钢构件或多个钢板。
[0010]上述的甲板吊基座加强方法，其中，所述轴向加强结构为沿所述甲板吊的圆柱形基座外表面轴向均匀分布的多个T型钢构件和多个钢板，所述多个T型钢构件和多个钢板间隔设置。
[0011]上述的甲板吊基座加强方法，其中，所述轴向加强结构为T型钢构件时，所述T型钢构件的尺寸与所述径向加强结构的T型钢构件的尺寸一致，所述轴向加强结构为钢板时，所述钢板的宽度与所述径向加强结构的T型钢构件的腹板的宽度一致。
[0012]上述的甲板吊基座加强方法，其中，确定所述径向加强结构的尺寸和数量的步骤包括:[0013]确定所述甲板吊的圆柱形基座的参数，根据所述参数确定作用在所述甲板吊的圆柱形基座上的支反力，再应用有限元分析方法或规范计算方法确定所述甲板吊的圆柱形基座的强度，根据所述甲板吊的圆柱形基座的最大许用强度确定所述径向加强结构的尺寸和数量。
[0014]上述的甲板吊基座加强方法，其中，确定所述径向加强结构的尺寸和数量的步骤包括:
[0015]确定所述甲板吊的圆柱形基座的参数，根据所述参数确定作用在所述甲板吊的圆柱形基座上的支反力，再应用有限元分析方法或规范计算方法确定所述甲板吊的圆柱形基座的强度，根据所述甲板吊的圆柱形基座的最大许用强度确定所述径向加强结构的尺寸和数量。
[0016]上述的甲板吊基座加强方法，其中，通过对径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座进行屈曲计算确定所述轴向加强结构的尺寸和数量。
[0017]上述的甲板吊基座加强方法，其中，通过对径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座进行屈曲计算确定所述轴向加强结构的尺寸和数量。
[0018]本发明的技术效果在于:本发明的加强方法不受圆柱形基座内部的施工空间限制，更便于施工；不需要考虑施工时基座内通风问题，提高了安全性；所有的构件均可以在工厂内加工成型完毕，再运输到现场进行施工，可以减少施工周期；不需要拆除重建，可以大大节约成本。总之，该加强结构形式简单，施工操作方便，施工工期短，节约成本，易于推广。
[0019]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1A为本发明一实施例甲板吊的圆柱形基座结构示意图；
[0021]图1B为图1A的内部结构示意图；
[0022]图2A为图1A加强后甲板吊的圆柱形基座结构不意图；
[0023]图2B为图2A的内部结构示意图；
[0024]图3A为本发明另一实施例甲板吊的圆柱形基座结构不意图；
[0025]图3B为图3A的内部结构示意图；
[0026]图4A为图3A加强后甲板吊的圆柱形基座结构示意图；
[0027]图4B为图4A的内部结构示意图；
[0028]图4C为图4A的剖视图；
[0029]图5A — 5C为本发明径向加强结构设置不意图；
[0030]图6为本发明一实施例的圆柱形基座的横截面不意图；
[0031]图7A为图6的圆柱形基座的轴向力不意图；
[0032]图7B为图6的圆柱形基座的到切力不意图；
[0033]图7C为图6的圆柱形基座的弯矩不意图；
[0034]图8为ABS规范屈曲计算示意图；
[0035]图9为DNV规范屈曲计算示意图。
[0036]其中，附图标记[0037]I甲板
[0038]2基座
[0039]3径向加强结构
[0040]4轴向加强结构
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0042]参见图1A—图2B，图1A为本发明一实施例甲板吊的圆柱形基座结构示意图，图1B为图1A的内部结构不意图，图2A为图1A加强后甲板吊的圆柱形基座结构不意图，图2B为图2A的内部结构示意图。在本发明一实施例中，以一变直径的甲板吊圆柱形基座为例。本发明的钻井平台的甲板吊基座2加强方法，用于海洋工程中自升式钻井平台或深水半潜式钻井平台上甲板吊的圆柱形基座2的加强，包括:
[0043]径向加强步骤，根据所述甲板吊的圆柱形基座2的参数确定径向加强结构3的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座2的外表面安装所述径向加强结构3进行径向加强；
[0044]轴向加强步骤，根据径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座2参数确定轴向加强结构4的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座2的外表面安装所述轴向加强结构4进行轴向加强。
[0045]在本发明的另一实施例中，以一等直径的甲板吊圆柱形基座为例。参见图3A —4C,图3A为本发明另一实施例甲板吊的圆柱形基座结构示意图，图3B为图3A的内部结构示意图，图4A为图3A加强后甲板吊的圆柱形基座结构示意图，图4B为图4A的内部结构示意图，图4C为图4A的剖视图。由图可以直观地看出，无论甲板吊的基座为变直径还是等直径，均可以方便地实施本发明的方法予以加强。
[0046]参见图5A — 5C,图5A — 5C为本发明径向加强结构设置不意图。所述径向加强结构3为沿所述甲板吊的圆柱形基座2外表面均匀分布的多个T型钢构件。其中，均匀分布的所述多个T型钢构件优选为对称设置。
[0047]其中，所述轴向加强结构4为沿所述甲板吊的圆柱形基座2外表面轴向均匀分布的多个T型钢构件或多个钢板。所述轴向加强结构4为沿所述甲板吊的圆柱形基座2外表面轴向均匀分布的多个T型钢构件和多个钢板时，优选所述多个T型钢构件和多个钢板间隔设置。所述轴向加强结构4为T型钢构件时，优选所述T型钢构件的尺寸与所述径向加强结构3的T型钢构件的尺寸一致，所述轴向加强结构4为钢板时，优选所述钢板的宽度与所述径向加强结构3的T型钢构件的腹板的宽度一致。
[0048]本实施例中，确定所述径向加强结构3的尺寸和数量的步骤包括:
[0049]确定所述甲板吊的圆柱形基座2的参数，根据所述参数确定作用在所述甲板吊的圆柱形基座2上的支反力，再应用有限元分析方法或规范计算方法确定所述甲板吊的圆柱形基座2的强度，根据所述甲板吊的圆柱形基座2的最大许用强度确定所述径向加强结构3的尺寸和数量。其中，通过对径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座2进行屈曲计算确定所述轴向加强结构4的尺寸和数量。
[0050]下面通过一具体实施例对本发明的方法进一步予以说明:[0051]本发明的基座2垂直于甲板I设置。首先确定甲板吊的实际参数，该参数通常在出厂时由吊供应商提供，包括但不限于:吊的设计荷载，最大工作半径，对应的起吊荷载(负载曲线图)，起升速度等，根据这些参数确定作用在甲板吊基座2上的支反力，再应用有限元分析方法或规范计算方法来确定如图1A或图3A所示的圆柱形基座2的强度，并与最大许用强度对比来确定需要增加的径向加强结构的T型钢材的尺寸和数量，一般T型材的数量不少于4根，以便于沿圆柱形基座2的周边对称布置如图5A - 5C所示。然后对径向加强后的基座2进行屈曲计算来确定需要增加轴向加强结构的T型钢材或者钢板的尺寸和数量，一般轴向加强结构的T型钢材或钢板的腹板的尺寸与径向加强结构的T型钢材的腹板尺寸一致，轴向加强结构的T型钢材或钢板沿基座2的高度方向等间距布置。
[0052]参见图6 —图7C，图6为本发明一实施例的圆柱形基座的横截面示意图，图7A为图6的圆柱形基座的轴向力示意图，图7B为图6的圆柱形基座的剪切力示意图，图7C为图6的圆柱形基座的弯矩示意图。下面以具体数据说明本发明的径向加强结构的尺寸和数量的确定方法:
[0053](I)吊供应商提供作用到吊基座顶端的支反力:
[0054]垂向反力-Vertical react1n force
[0055]水平方向反力-Horizontalforce
[0056]平面内倾覆力矩-Overturning moment in plane
[0057](2)有限元分析方法
[0058]在有限元分析软件中建立原有吊基座的有限元模型，有限元模型应该足以覆盖所要分析的结构，且尽量保证边界条件对于结构分析的影响很小。如果计算完成后发现边界位置处的应力较大，需要进一步考虑边界是否合理，是否需要加大模型。
[0059]在吊基座模型的顶端的中心建立一个参考点，将该参考点和吊基座上相应位置用coupling的连接方式进行连接,将所有荷载即支反力施加到该点上。
[0060]计算求解；
[0061]提取应力与许用应力比较。
[0062]或者，采用如下计算方法:
[0063](3)规范计算方法
[0064]根据供应商提供的支反力计算吊基座底部的轴向压力P、最大弯矩M和最大剪力F，此过程中可以把吊基座简化为一根悬臂梁来进行计算(参见图7A - 7C)。
[0065]计算原圆柱形吊基座的横截面的剪切面积:Ash.，s，计算原圆柱形吊基座的横截面的截面模量:SMs，计算原圆柱形吊基座的横截面的截面面积:AS。
[0066]根据如下公式计算原有基座强度:
[0067]
【权利要求】
1.一种钻井平台的甲板吊基座加强方法，用于海洋工程中自升式钻井平台或深水半潜式钻井平台上甲板吊的圆柱形基座的加强，其特征在于，包括: 径向加强步骤，根据所述甲板吊的圆柱形基座的参数确定径向加强结构的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座的外表面安装所述径向加强结构进行径向加强； 轴向加强步骤，根据径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座参数确定轴向加强结构的尺寸和数量，在所述甲板吊的圆柱形基座的外表面安装所述轴向加强结构进行轴向加强。
2.如权利要求1所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，所述径向加强结构为沿所述甲板吊的圆柱形基座外表面均匀分布的多个T型钢构件。
3.如权利要求2所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，均匀分布的所述多个T型钢构件为对称设置。
4.如权利要求2或3所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，所述轴向加强结构为沿所述甲板吊的圆柱形基座外表面轴向均匀分布的多个T型钢构件或多个钢板。
5.如权利要求4所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，所述轴向加强结构为沿所述甲板吊的圆柱形基座外表面轴向均匀分布的多个T型钢构件和多个钢板，所述多个T型钢构件和多个钢板间隔设置。
6.如权利要求5所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，所述轴向加强结构为T型钢构件时，所述T型钢构件的尺寸与所述径向加强结构的T型钢构件的尺寸一致，所述轴向加强结构为钢板时，所述钢板的宽度与所述径向加强结构的T型钢构件的腹板的宽度一致。
7.如权利要求1、2、3、5或6所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，确定所述径向加强结构的尺寸和数量的步骤包括: 确定所述甲板吊的圆柱形基座的参数，根据所述参数确定作用在所述甲板吊的圆柱形基座上的支反力，再应用有限元分析方法或规范计算方法确定所述甲板吊的圆柱形基座的强度，根据所述甲板吊的圆柱形基座的最大许用强度确定所述径向加强结构的尺寸和数量。
8.如权利要求4所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，确定所述径向加强结构的尺寸和数量的步骤包括: 确定所述甲板吊的圆柱形基座的参数，根据所述参数确定作用在所述甲板吊的圆柱形基座上的支反力，再应用有限元分析方法或规范计算方法确定所述甲板吊的圆柱形基座的强度，根据所述甲板吊的圆柱形基座的最大许用强度确定所述径向加强结构的尺寸和数量。
9.如权利要求7所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，通过对径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座进行屈曲计算确定所述轴向加强结构的尺寸和数量。
10.如权利要求8所述的甲板吊基座加强方法，其特征在于，通过对径向加强后的所述甲板吊的圆柱形基座进行屈曲计算确定所述轴向加强结构的尺寸和数量。
【文档编号】B63B35/44GK104029797SQ201310069554
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2013年3月5日
【发明者】杜之富, 夏广印, 李磊, 韩华伟, 徐勤花, 徐红梅 申请人:中集海洋工程研究院有限公司, 中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司, 烟台中集来福士海洋工程有限公司, 海阳中集来福士海洋工程有限公司, 龙口中集来福士海洋工程有限公司