半潛式平臺結(jié)構(gòu)分類規(guī)則

張 文，夏廣印，張 工，宋述占

（煙臺中集來福士海洋工程有限公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

半潛式平臺基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照平臺入級的船級社要求，提供一個(gè)整船的結(jié)構(gòu)分類圖供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇材料和確定焊接檢驗(yàn)類別使用。對整船的結(jié)構(gòu)共劃分了三個(gè)類別:特殊區(qū)域，主要區(qū)域，次要區(qū)域。各船級社規(guī)范中對結(jié)構(gòu)分類都進(jìn)行了說明，但實(shí)踐中針對具體項(xiàng)目在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類時(shí)還是會存在一些模糊的區(qū)域，如特殊區(qū)域的界定，單純參照規(guī)范上的說明仍很難確定。文章參照煙臺中集來福士已交付的幾個(gè)半潛平臺的結(jié)構(gòu)分類圖，結(jié)合ABS、DNV及CCS三大船級社的規(guī)范要求，對半潛式平臺的結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行了規(guī)律性總結(jié)，重點(diǎn)對特殊區(qū)域的界定進(jìn)行了說明。

1 船級社對結(jié)構(gòu)分類的要求

1.1 美國船級社（ABS）[2-3]

美國船級社對半潛平臺的結(jié)構(gòu)分類規(guī)定如下:

1）特殊構(gòu)件:

（1）立柱與上下殼體交接部分的十字交叉點(diǎn)的外殼板；

（2）組成箱型或工字型支承結(jié)構(gòu)且承受主要集中載荷的上殼體或平臺的甲板板、重型翼板、外殼板和艙壁；

（3）橫撐的結(jié)點(diǎn)；

（4）主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件交接處承受集中載荷的外部肘板、部分艙壁、平臺和骨架；

（5）立柱、上平臺甲板、及上殼體或下殼體連接處提供適當(dāng)對齊和足夠載荷傳遞的“貫穿”構(gòu)件。

2）主要構(gòu)件:

（1）立柱、下殼體和上殼體、斜撐和水平撐桿等的外殼板；

（2）組成箱型或工字型支承結(jié)構(gòu)的上殼體或上平臺的甲板板、重型翼板和艙壁（作為特殊構(gòu)件者除外）；

（3）作為交接點(diǎn)局部加強(qiáng)或使交接點(diǎn)處結(jié)構(gòu)連續(xù)的艙壁、甲板或平臺和骨架（作為特殊構(gòu)件者除外）；

（4）吊機(jī)基座及支撐結(jié)構(gòu)；

（5）推進(jìn)器基座；

（6）導(dǎo)纜器基座。

3）次要構(gòu)件:

（1）立柱、上殼體或上平臺、下殼體、斜撐和水平撐桿等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括艙壁、扶強(qiáng)材；

（2）上平臺甲板或上殼體甲板板（作為主要或特殊構(gòu)件者除外），某些長徑比小的大直徑立柱（交接處除外）；

（3）某些長徑比小的大直徑立柱（交接處除外）；

（4）救生艇平臺；

（5）管架；

（6）梁支架結(jié)構(gòu)。

1.2 挪威船級社（DNV）[1]

挪威船級社對半潛平臺的結(jié)構(gòu)分類規(guī)定如下:

1）特殊構(gòu)件:

（1）組成箱型或工字型支承結(jié)構(gòu)且承受主要集中載荷的上殼體或平臺的甲板板、重型翼板、外殼板和艙壁；

（2）立柱與上下殼體交接部分的十字交叉點(diǎn)的外殼板；

（3）橫撐的結(jié)點(diǎn)；

（4）立柱、上平臺甲板、及上殼體或下殼體連接處提供適當(dāng)對齊和足夠載荷傳遞的“貫穿”構(gòu)件；

（5）主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件交接處承受集中載荷的外部肘板、部分艙壁、平臺和骨架；

（6）高利用率區(qū)域，如錨索導(dǎo)向裝置和絞車支撐區(qū)，吊基座和起重機(jī)結(jié)點(diǎn)。

2）主要構(gòu)件:

（1）組成箱型或工字型支承結(jié)構(gòu)的上殼體或上平臺的甲板板、重型翼板和艙壁（受較大集中載荷處除外）；

（2）立柱、下殼體和上殼體、斜撐和水平撐桿等的外殼板；

（3）作為交接點(diǎn)局部加強(qiáng)或使交接點(diǎn)處結(jié)構(gòu)連續(xù)的艙壁、甲板或平臺和骨架（作為特殊構(gòu)件者除外）；

（4）重型底座和設(shè)備支撐，如錨索導(dǎo)向裝置、起重機(jī)座、鉆臺基座、救生艇甲板、推進(jìn)器基座和直升機(jī)甲板。

3）次要構(gòu)件:

（1）上平臺甲板或上殼體甲板板（作為主要或特殊構(gòu)件者除外）；

（2）立柱、上殼體或上平臺、下殼體、斜撐和水平撐桿等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括艙壁、扶強(qiáng)材、平臺或甲板、和桁材（作為主要或特殊構(gòu)件者除外）；

（3）甲板室；

（4）其它的特殊構(gòu)件和主要構(gòu)件無法進(jìn)行分類的結(jié)構(gòu)。

1.3 中國船級社（CCS）[4-5]

中國船級社對半潛平臺的結(jié)構(gòu)分類規(guī)定如下:

1）特殊構(gòu)件:

（1）立柱與上平臺甲板和上、下殼體交接部分的外殼板；

（2）組成箱型或工字型支承結(jié)構(gòu)且承受主要集中載荷的上殼體或平臺的甲板板、重型翼板、外殼板和艙壁；

（3）撐桿的結(jié)點(diǎn)；

（4）主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件交接處承受集中載荷的外部肘板、部分艙壁、平臺和骨架；

（5）立柱、上平臺甲板、及上殼體或下殼體連接處提供適當(dāng)對齊和足夠載荷傳遞的“貫穿”構(gòu)件；

（6）錨索導(dǎo)向裝置及支撐結(jié)構(gòu)。

2）主要構(gòu)件:

（1）立柱、下殼體和上殼體、斜撐和水平撐桿等的外殼板（作為特殊構(gòu)件者除外）；

（2）組成箱型或工字型支承結(jié)構(gòu)的上殼體或上平臺的甲板板、重型翼板和艙壁（作為特殊構(gòu)件者除外）；

（3）作為交接點(diǎn)局部加強(qiáng)或使交接點(diǎn)處結(jié)構(gòu)連續(xù)的艙壁、甲板或平臺和骨架（作為特殊構(gòu)件者除外）；

（4）懸臂式直升機(jī)甲板和救生艇平臺的主要支撐構(gòu)件；

（5）重型底座和設(shè)備支撐，如鉆臺基座、起重基座、隔水管支撐結(jié)構(gòu)。

3)次要構(gòu)件:

（1）立柱、上殼體或上平臺、下殼體、斜撐和水平撐桿等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括艙壁、扶強(qiáng)材、平臺或甲板、和桁材（作為主要或特殊構(gòu)件者除外）；

（2）上平臺甲板或上殼體甲板板（作為主要或特殊構(gòu)件者除外）；

（3）某些長徑比小的大直徑立柱（交接處除外）；

（4）直升機(jī)甲板和甲板室；

（5）管架；

（6）救生艇甲板。

2 認(rèn)可項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分類的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，影響選擇材料的主要是特殊區(qū)域。比較ABS、DNV和CCS規(guī)范對半潛平臺結(jié)構(gòu)分類的規(guī)定，可以知道三個(gè)船級社均將錨索導(dǎo)向裝置、絞車基座、推進(jìn)器基座和吊基座等區(qū)域界定為主要區(qū)域，DNV船級社明確指出在這些區(qū)域中利用率超過0.85的區(qū)域需要界定為特殊區(qū)域。下面以煙臺中集來福士交付的已經(jīng)得到船級社認(rèn)可的項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)分類圖紙對半潛平臺的結(jié)構(gòu)分類特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)性說明。

各規(guī)范都將立柱外板和中間的橫縱艙壁與上下船體交接部分的十字交叉點(diǎn)1 m圓弧范圍內(nèi)及連接處大肘板止端1 m范圍內(nèi)界定為特殊區(qū)域（圖1和圖2）。

常見的橫撐與立柱連接處的結(jié)點(diǎn)如圖3所示。

導(dǎo)纜器、錨絞車和吊車這些大型設(shè)備使用比較頻繁，對應(yīng)的支撐區(qū)域?qū)儆诟呃寐蕝^(qū)域。將這些區(qū)域利用率超過0.85的區(qū)域界定為特殊區(qū)域。但是由于在設(shè)計(jì)初期無法知道各區(qū)域的利用率，故可以先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出這部分的特殊結(jié)構(gòu)界定情況，后期分析的時(shí)候再進(jìn)行補(bǔ)充完善。結(jié)合通過各船級社認(rèn)可的半潛平臺的結(jié)構(gòu)分類圖紙，可以將這些高利用率基座的支撐區(qū)域的外板和對應(yīng)的應(yīng)力集中點(diǎn)1 m范圍內(nèi)構(gòu)件界定為特殊構(gòu)件（圖4～圖6）。

3 結(jié)構(gòu)分類規(guī)律總結(jié)

通過對比三大船級社對結(jié)構(gòu)分類的要求，結(jié)合實(shí)際半潛式平臺項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分類的特點(diǎn)，對半潛式平臺的結(jié)構(gòu)分類規(guī)律總結(jié)如下:

1）結(jié)構(gòu)分類的重點(diǎn)是明確特殊區(qū)域和主要區(qū)域。各船級社對特殊區(qū)域和主要區(qū)域的要求大致一樣。在高利用率區(qū)域，如錨索導(dǎo)向裝置和絞車支撐區(qū)，吊基座和起重機(jī)結(jié)點(diǎn)處等，各規(guī)范將此類區(qū)域界定為主要區(qū)域，只是將這個(gè)區(qū)域承受較大集中載荷的部分艙壁和骨架，外部肘板算作特殊區(qū)域。實(shí)踐中可以在后期分析的時(shí)候?qū)⒗寐试?.85以上的區(qū)域界定為特殊區(qū)域，低于0.85的界定為主要區(qū)域。結(jié)合幾個(gè)交付項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)分類圖來看，這些受到較大集中應(yīng)力的高利用率區(qū)域外部大肘板趾端1 m范圍內(nèi)的整個(gè)外板都應(yīng)該界定為特殊區(qū)域。結(jié)點(diǎn)處1 m范圍內(nèi)的內(nèi)部艙壁也應(yīng)該界定為特殊區(qū)域。其它區(qū)域可以界定為主要區(qū)域。

2）各船級社都將立柱外板和中間的橫縱艙壁與上下船體相交部分的交叉點(diǎn)1 m圓弧范圍內(nèi)界定為特殊區(qū)域，但實(shí)際項(xiàng)目中在界定的時(shí)候往往根據(jù)分析的結(jié)果，將連接處的加厚板范圍界定為特殊區(qū)域，比規(guī)范要求的區(qū)域要大。

3）橫撐與立柱連接處的特殊區(qū)域界定根據(jù)連接形式的不同要求也會不一樣。采用圓柱體插入到立柱的形式界定如圖3所示,實(shí)際項(xiàng)目在界定時(shí)范圍也會適當(dāng)?shù)募哟?，如采用搭積木式的橫撐連接形式，特殊區(qū)域的界定如圖7所示。

4）對承受較大的集中載荷區(qū)域和各部分連接處的疲勞極限區(qū)域都應(yīng)該界定為特殊區(qū)域。

4 結(jié)束語

參照通過船級社認(rèn)可的幾個(gè)半潛式平臺的結(jié)構(gòu)分類圖紙，結(jié)合各對應(yīng)船級社規(guī)范對特殊構(gòu)件的要求，文章在分析后發(fā)現(xiàn)實(shí)際項(xiàng)目在界定特殊區(qū)域時(shí)范圍會比規(guī)范要求的大。在實(shí)際項(xiàng)目界定時(shí)往往會將各應(yīng)力集中點(diǎn)和疲勞極限區(qū)域的厚板范圍都劃定為特殊區(qū)域。在高利用率區(qū)域，如錨索導(dǎo)向裝置和絞車支撐區(qū)，吊基座和起重機(jī)結(jié)點(diǎn)處，將利用率在0.85以上的區(qū)域界定為特殊區(qū)域，低于0.85的界定為主要區(qū)域。

[1]Offshore Standard-DNV OS C103-Structural Design of Column Stabilised Units LRFD method[S]. 2008-10.

[2]ABS. ABS Mobile Offshore Drilling Units[S]. 2008.

[3]ABS. ABS Mobile Offshore Drilling Units[S]. 2012.

[4]中國船級社. 海上移動平臺入級與建造規(guī)范[S]. 2005.

[5]中國船級社. 海上移動平臺入級規(guī)范[S]. 2012.