某自升式平臺(tái)生活模塊底座螺栓斷裂失效分析及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)

（中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452）

某自升式平臺(tái)主要用于渤海灣海上生活支持服務(wù)。依照《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》[1]及該自升式平臺(tái)操作手冊(cè)，對(duì)其環(huán)境條件考慮正常作業(yè)狀態(tài)與風(fēng)暴自存狀態(tài)，具體的環(huán)境參數(shù)見表1。

表1 自升式平臺(tái)環(huán)境參數(shù)

該自升式平臺(tái)的生活模塊坐落于船艉部原井口槽處，通過螺栓及工字鋼與主船體相連接。生活模塊質(zhì)量為420 t，長(zhǎng)14.5 m、寬13.716 m、高12.6 m。 自升式平臺(tái)生活模塊的結(jié)構(gòu)布置見圖1，載荷方向見圖2。自升式平臺(tái)底座螺栓的材質(zhì)為2Cr13，其安裝方式見圖3。

圖1 自升式平臺(tái)生活模塊結(jié)構(gòu)布置

圖2 自升式平臺(tái)生活模塊載荷方向

圖3 自升式平臺(tái)生活模塊底座螺栓安裝方式

在自升式平臺(tái)海上作業(yè)及塢內(nèi)維修期間，生活模塊底座螺栓均出現(xiàn)斷裂失效現(xiàn)象，斷裂位置集中在槽鋼兩端。初步分析認(rèn)為螺栓斷裂有4種可能原因：①拖輪就位工況下，船艉拖曳力導(dǎo)致螺栓受剪切作用斷裂。②風(fēng)載荷引起螺栓受拉、受彎，導(dǎo)致總應(yīng)力超標(biāo)。③拖航時(shí)的橫向作用力、縱向作用力引起螺栓受拉、受彎，導(dǎo)致總應(yīng)力超標(biāo)。④船艉原井口槽變形，導(dǎo)致生活模塊定位安裝時(shí)槽鋼前后兩端的螺栓受力不均，拉應(yīng)力超標(biāo)。針對(duì)上述原因，筆者通過建立有限元模型，對(duì)生活模塊底座螺栓斷裂原因進(jìn)行有限元直接計(jì)算分析，并提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)建議。

1 生活模塊有限元模型建立

采用MSC.Patran作為有限元建模及后處理軟件，MSC.Nastran作為解算器，對(duì)該平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。……