摘 要

石油作为世界经济发展的主要能源已经有几十年的历史了，在这几十年里，石油的需求量急剧增加，陆地上的开采量已经不能满足人们的需求，因此海洋石油成为人类的一个重要来源，海洋平台便如雨后春笋般发展起来。其中，自升式平台因为其突出的优势成为最受欢迎的产品。

大部分自升式平台在桩腿底部装有桩靴，来增大与海底的接触面积，减少桩腿插入海底的深度，提高桩腿插入和拔出时的安全性。桩靴的结构设计作为平台设计的一个重要组成部分，在平台活动中占有举足轻重的地位。

本文以某船厂建造的100米水深自升式平台为例对桩靴进行结构设计，以某个自升式平台的主体参数为依托进行设计。设计过程中严格遵守CCS的《海上移动平台入级规范》，对规范进行了全面细致的解读。并利用patran软件确立坐标系、建立几何、建立单元格、附属性、加边界条件和加载荷，完成模型。然后对模型进行强度校核和屈曲校核，并对剪切应力进行计算分析，以确定桩靴的整体尺寸和安全性。

模型的屈服校核和屈曲校核完成后。我们可以从屈服应力云图和屈曲模态图中看到，此桩靴结构的强度满足CCS规范的要求。剪应力强度均为屈服强度小，即剪应力强度也满足规范要求。结构是安全的。

在做桩靴结构设计时，很多时候都必需参考规范来做。而且Patran软件是一款功能强大的有限元分析软件，不仅能做屈服校核、剪应力校核和屈曲校核，还有许多其它的功能。此桩靴结构设计合理，安全可靠，为以后的平台桩靴设计提供了明确的参考对象，具有一定的价值。

关键词：自升式平台；桩靴结构；尺寸计算；强度校核

Abstract

There already have been decades of history for oil as a major energy along with development of world economy. In the past few decades, the demand for oil is increasing sharply. The exploitation of the land can not meet people's needs, and therefore offshore oil become an important source, then offshore platform development have sprung up. The jackup become the most popular products because of its obvious advantages among the platforms.

Most of the jack-up platform are installed with a spudcan at the bottom of the pile legs fitted in order to increase the area of contact with the seabed, reduce the depth of the pile legs into seabed and improve the security of legs inserting and pulling. Spudcan structure design is an important part of the platform design, and spudcan play a important role when the platform move.

This thesis is writed about spudcan structure design for a 100 meters water depth jack-up platform built by a shipyard, we choose the main parameters of a self-elevating platform as the basis for design, the CCS "Rules for Mobile Offshore" is obeied strictly in design process and read comprehensive and detailed. Patran software is used for building coordinate system, geometry, cell subsidiary, boundary conditions and load to complete the model. Then the model should be checked for yielding and buckling, to determine the overall size of the pile shoe and security.

After yielding check and buckling check, we can see from the yield stress cloud picture and buckling modes diagram that the intensity of this spudcan structure meet the requirements of CCS rules. Shear strength is small than yield strength mean that shear strength also meet regulatory requirements. The structure is safe.

We must obey the CCS "Rules for Mobile Offshore" when we are doing spudcan structure design. And Patran software is a powerful finite element analysis software, not only do yielding check, shearing check and buckling check, but also there are many other functions. This spudcan design is reasonable, safe and provides a clear reference object for other spudcan design that means a certain value.

Key Words:Jack-up;Spudcan Structure;Size Calculation;Strength Check

目 录

第1章 绪论 1

1.1国外自升式平台的发展现状 1

1.2我国自升式平台发展概况 2

1.3自升式平台桩靴简介 3

1.4研究内容和计算软件的介绍 4

1.4.1 研究内容 4

1.4.2计算软件的介绍 4

第2章 本论文所依托的自升式平台设计方案 6

2.1 设计平台的主要参数 6

2.1.1 设计平台的主尺度和主要性能参数 6

2.1.2 依托平台的环境参数 6

2.2 依托平台的空船重量估算 8

2.3 依托平台的总强度分析校核的结果 8

2.4 小结 10

第3章 自升式平台桩靴结构设计布置 11

3.1 桩靴形状的确定 11

3.2 桩靴相关参数的确定 11

3.2.1 桩靴直径与高度的确定 11

3.2.2 桩靴上下坡角的确定 11

3.3 桩靴结构规范设计 12

3.3.1 主要构件的布置 12

3.3.2 主要构件尺寸的规范计算 12

3.4 桩靴结构的布置图 16

3.5 小结 17

第4章 桩靴结构的强度分析 18

4.1主要分析内容 18

4.2 分析方法 18

4.3 坐标系和单元格 18

4.4 载荷和加载 18

4.4.1 各工况的载荷大小 18

4.4.2 各个工况的加载模型图 19

4.5 分析结果 21

4.5.1 屈服分析 21

4.5.2 剪切应力分析 29

4.6 屈曲分析 32

4.7 小结 36

第5章 结论 37

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪论

自从人类进入了21世纪之后，世界各国的经济仍然在飞速发展，石油和天然气一直处在人类很重要能源的位置上，他们的用途正在变得越来越多，导致石油和天然气的需求一直在不断增加。虽然人类的医疗技术、科学技术和教育水平等也在不断提升，但短时间内石油和天然气作为人类最重要能源这一事实不会有什么变化。总所周知海洋表面积大概占地球表面积的71%，有证据表明近海浅水区域和大陆架坡区域储存的石油和天然气资源量占全球储量的50%以上^[1]。世界各国使用的石油和天然气占总的能源比将在未来进一步提升，其中石油将从2005年的百分之三十三增加至2020年的百分之四十二，天然气将从2005年的百分之二十八提高到2020年的百分之三十六^[2]。

由于海上石油开采量占总的开采量比越来越高，导致世界各国石油开采企业纷纷投入到海上开采行业当中，各种各样用于海上开采的装置也就出现了，如海洋移动钻井平台、海上工程辅助船舶、浮式储油船舶等，是世界船舶工业发展的一个里程碑。其中海洋移动钻井平台这一装备是用于开发海洋石油的，然而中国在这一装备的各个相关方面与世界造船强国仍有很大的差距。移动钻井平台在我国海洋石油和天然气开发中占据一定的地位，开展海洋平台开发和制作的技术研究对我国海洋强国战略和海洋装备的发展具有深远的影响。