平台甲板结构及附属设施设计.pptx

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1、平台甲板结构及附属设施设计平台甲板结构及附属设施设计第一节 甲板结构的计算模型甲板结构复杂，为了进行结构内力分析，对实际结构进行简化，用简化的图形代替实际结构进行内力计算，用于内力计算的图形称为计算简图。计算简图选取的原则：必须反映实际结构的受力状态便于计算第1页/共37页一、结点构造、支座及杆件简化一、结点构造、支座及杆件简化1、结点构造与简化、结点构造与简化上部结构的结点主要是指上部结构的结点主要是指主梁与立柱的连接接头主梁与立柱的连接接头。刚性连接：简化为刚结点刚性连接：简化为刚结点简支连接：简化为铰结点简支连接：简化为铰结点第2页/共37页2、支座构造与简化、支座构造与简化上部结构的支

2、座就是支承结上部结构的支座就是支承结构的桩顶。支座的连接构造构的桩顶。支座的连接构造主要有插入式连接、螺栓连主要有插入式连接、螺栓连接、连接板连接。接、连接板连接。目前应用广泛的是目前应用广泛的是插入式连插入式连接接，简化为，简化为刚性连接刚性连接。3、杆件的简化、杆件的简化计算简图中杆件用其轴线表计算简图中杆件用其轴线表示，各杆件之间的连接用结示，各杆件之间的连接用结点表示，杆长用结点之间轴点表示，杆长用结点之间轴线的长度表示，荷载作用点线的长度表示，荷载作用点也转移到轴线上。也转移到轴线上。第3页/共37页二、荷载简化二、荷载简化二、荷载简化二、荷载简化甲板结构由板、次梁、主梁组成。甲板结

3、构由板、次梁、主梁组成。作用在甲板铺板上的荷载传给次梁，再由次梁传给作用在甲板铺板上的荷载传给次梁，再由次梁传给主梁，最后由主梁传给柱或桩顶与基础。主梁，最后由主梁传给柱或桩顶与基础。1 1、作用于梁板结构上的荷载、作用于梁板结构上的荷载、作用于梁板结构上的荷载、作用于梁板结构上的荷载恒载：不变荷载恒载：不变荷载活载：可变荷载活载：可变荷载作用时间较长的活荷载，按恒载考虑作用时间较长的活荷载，按恒载考虑局部荷载及集中荷载按实际情况考虑局部荷载及集中荷载按实际情况考虑动力荷载按静荷载乘以动力系数计算动力荷载按静荷载乘以动力系数计算设计时采用恒载和有关活载组合成最不利的组合荷载进设计时采用恒载和有

4、关活载组合成最不利的组合荷载进行计算行计算第4页/共37页2、荷载分配与计算简图、荷载分配与计算简图（1）甲板铺板的荷载分配与计算简图甲板铺板被纵向和横向分布的次梁和主梁分为许甲板铺板被纵向和横向分布的次梁和主梁分为许多区格，各区格内的板的受力可分为多区格，各区格内的板的受力可分为两边支承板两边支承板和和四边支承板四边支承板当甲板铺板当甲板铺板l l2 2/l/l1 122时，假定板两边固定在次梁上，时，假定板两边固定在次梁上，简化为两边支承板，计算简图：简化为两边支承板，计算简图：第5页/共37页当甲板铺板l2/l12时，简化为四边支承板，必须进行两个方向的内力计算。若在板的两个支承方向取单

5、位宽度板计算，则其中最大弯矩分别为：当铺板四周与梁格采用连续焊接连接时，四周可视为弹性固定支承，它的弯矩按下式计算：第6页/共37页（2）梁上荷载分配与计算简图次梁次梁次梁计算简图次梁计算简图第7页/共37页主梁主梁当主梁为一连续梁，中间直接搁在桩顶上时，按多跨连续梁考虑。（右图）若主梁在桩顶处断开，按简支梁考虑。若主梁与柱采用刚性连接，且两者之间线性刚度比小于4，则柱子对主梁内力影响较大，宜按刚架横梁考虑。主梁计算简图主梁计算简图第8页/共37页第9页/共37页三、上部结构计算简图的选取上部结构是一个多层多跨的复杂空间结构，对实际结构简化，进行内力计算。通常将平台上部结构与下部结构分开考虑，

6、对上部结构受力分析时，将下部结构的桩顶视为上部结构的支座。在初步设计阶段，结构进一步简化，通常将上部结构简化为若干平面结构进行受力分析。第10页/共37页图为两层甲板的上部结构，主梁沿横向布置。图（图为两层甲板的上部结构，主梁沿横向布置。图（图为两层甲板的上部结构，主梁沿横向布置。图（图为两层甲板的上部结构，主梁沿横向布置。图（a a）横剖面中，上下层甲板主梁和层间立柱组成一个多跨封横剖面中，上下层甲板主梁和层间立柱组成一个多跨封横剖面中，上下层甲板主梁和层间立柱组成一个多跨封横剖面中，上下层甲板主梁和层间立柱组成一个多跨封 闭的横向框架，图（闭的横向框架，图（闭的横向框架，图（闭的横向框架，

7、图（b b）。）。）。）。纵向框架图（纵向框架图（纵向框架图（纵向框架图（c c）作用在各层甲板上的荷载一般都沿平台纵向均匀分布，因此作用在各层甲板上的荷载一般都沿平台纵向均匀分布，因此作用在各层甲板上的荷载一般都沿平台纵向均匀分布，因此作用在各层甲板上的荷载一般都沿平台纵向均匀分布，因此通过纵向相邻两柱距的中线取出图通过纵向相邻两柱距的中线取出图通过纵向相邻两柱距的中线取出图通过纵向相邻两柱距的中线取出图a a中阴影部分作为一个计中阴影部分作为一个计中阴影部分作为一个计中阴影部分作为一个计算单元，按平面框架计算。算单元，按平面框架计算。算单元，按平面框架计算。算单元，按平面框架计算。第11页

8、/共37页平面框架平面框架平面框架平面框架当上下层主梁和立柱顶端、底端的实际连接构造均可以当上下层主梁和立柱顶端、底端的实际连接构造均可以简化为刚性结点时，则平面框架结构的计算简图可表示简化为刚性结点时，则平面框架结构的计算简图可表示为图（为图（a a）所示的）所示的多跨封闭刚架型式多跨封闭刚架型式。当上下层主梁和立柱底端的连接构造可简化为刚性结点，当上下层主梁和立柱底端的连接构造可简化为刚性结点，而且上层主梁和立柱顶端设计成铰接点时，则平面框架而且上层主梁和立柱顶端设计成铰接点时，则平面框架结构的计算简图可表示为图（结构的计算简图可表示为图（b b）所示的）所示的多跨排架型式多跨排架型式。当

9、上下层主梁和立柱连接构造不能设计为刚性结点时，当上下层主梁和立柱连接构造不能设计为刚性结点时，则多跨矩形框架将成为几何可变体系，必须在杆件布置则多跨矩形框架将成为几何可变体系，必须在杆件布置上增加鞋腹杆，其计算简图按图（上增加鞋腹杆，其计算简图按图（c c）选取，属）选取，属超静定桁超静定桁架架。第12页/共37页实际设计中，采用何种计算简图要根据实际结构具体分析，合理选取。当荷载沿纵向分布不均匀，且相差较大时，应选取若干平面结构作为计算单元。通常在实际工程中，沿纵向取23种控制区段的计算简图进行计算。第13页/共37页第二节 甲板结构的设计甲板结构典型计算单元包括简支梁、多跨连续梁、钢架结构

10、、排架结构、桁架结构。这些计算单元通过力学计算可求得内力（轴力、剪力和弯矩）。单个构件的设计荷载应按最不利荷载组合来计算截面内力，以此选择截面。第14页/共37页一、平台甲板铺板厚度确定一、平台甲板铺板厚度确定一、平台甲板铺板厚度确定一、平台甲板铺板厚度确定采用钢板作为铺板，优点：强度高、刚性好、自采用钢板作为铺板，优点：强度高、刚性好、自重轻，能增加结构整体性，缺点：易腐蚀。重轻，能增加结构整体性，缺点：易腐蚀。板厚取决于甲板上设备重量、尺度、梁格布置等，板厚取决于甲板上设备重量、尺度、梁格布置等，通常兼顾选择铺板厚度、梁的尺度和间距。通常兼顾选择铺板厚度、梁的尺度和间距。对两边支承板，板厚

11、为：对两边支承板，板厚为：对四边支承板，板厚为：对四边支承板，板厚为：尽量选较薄的钢板，但一般不应小于尽量选较薄的钢板，但一般不应小于6mm6mm，底层，底层甲板铺板通常甲板铺板通常1213mm1213mm。板厚与次梁间距布置配合考虑，使板与梁的总用板厚与次梁间距布置配合考虑，使板与梁的总用钢量最小。钢量最小。第15页/共37页二、梁格的布置与连接型式二、梁格的布置与连接型式1、简式梁格 2、普通式梁格 3、复式梁格梁格布置的目的是合理决定板、次梁、主梁的尺梁格布置的目的是合理决定板、次梁、主梁的尺度、跨度和间距，在满足使用要求的前提下，使度、跨度和间距，在满足使用要求的前提下，使总用钢量最少

12、。总用钢量最少。第16页/共37页梁格的连接型式，即主梁与次梁的连接：梁格的连接型式，即主梁与次梁的连接：梁格的连接型式，即主梁与次梁的连接：梁格的连接型式，即主梁与次梁的连接：层叠连接层叠连接：次梁直接支承在主梁顶面上。整体稳定性差，应用较少。等高连接等高连接：横次梁连接到主梁腹板上，但其上翼缘低于主梁上翼缘，以便纵次梁支承在横次梁顶面，使纵次梁和主梁顶面齐平 降低连接降低连接：把次梁连接到主梁腹板上，主梁、次梁的上翼缘位于同一水平面上。建筑高度小，整体稳定性好，应用广泛。实际计算中，层叠连接通常做成铰结，等高连接和降低连接可做成铰结或刚结。第17页/共37页三、梁与立柱的内力计算和截面选择

13、三、梁与立柱的内力计算和截面选择三、梁与立柱的内力计算和截面选择三、梁与立柱的内力计算和截面选择1、次梁的内力计算与截面选择、次梁的内力计算与截面选择内力计算内力计算内力计算内力计算：把次梁简化为两端固定的梁、简支梁、：把次梁简化为两端固定的梁、简支梁、多跨连续梁，进行内力计算。多跨连续梁，进行内力计算。截面选择截面选择截面选择截面选择：先根据计算简图计算次梁的最大弯矩：先根据计算简图计算次梁的最大弯矩和最大剪力，再根据初步选定的截面对该次梁进和最大剪力，再根据初步选定的截面对该次梁进行强度、挠度和整体稳定性验算。行强度、挠度和整体稳定性验算。第18页/共37页（1 1）强度验算）强度验算）强

14、度验算）强度验算第19页/共37页（2 2）挠度验算）挠度验算）挠度验算）挠度验算第20页/共37页第21页/共37页2、次梁的组合截面、次梁的组合截面第22页/共37页板与梁的连接：设计中利用部分铺板作为梁的受压翼缘共同受弯时，板与梁的连接必须用连续焊缝，焊缝按梁的翼缘承受纵向剪力的要求计算。若铺板只受局部弯曲作用，板和梁的翼缘连接可以用连续的或断续的贴角焊缝，焊缝宽度按板弯曲时在支承处对梁产生的侧拉力计算。第23页/共37页3、主梁与立柱的内力计算和截面、主梁与立柱的内力计算和截面选择选择上部结构在简化为平面单元时，结构计算简图可上部结构在简化为平面单元时，结构计算简图可上部结构在简化为平

15、面单元时，结构计算简图可上部结构在简化为平面单元时，结构计算简图可表示为以下三种型式。表示为以下三种型式。表示为以下三种型式。表示为以下三种型式。以钢架结构为例说明主梁与立柱的内力计算和截以钢架结构为例说明主梁与立柱的内力计算和截以钢架结构为例说明主梁与立柱的内力计算和截以钢架结构为例说明主梁与立柱的内力计算和截面选择面选择面选择面选择多跨封闭钢架型式多跨封闭钢架型式多跨排架型式多跨排架型式超静定桁架超静定桁架第24页/共37页（1）内力计算第25页/共37页（2）主梁截面选择第26页/共37页（3）立柱截面选择第27页/共37页第三节 附属设施设计一、生活区结构设计一、生活区结构设计一、生活

16、区结构设计一、生活区结构设计供海上工作人员生活、娱乐和休息的场所称为供海上工作人员生活、娱乐和休息的场所称为生活生活区区。生活区是平台上部设施的一部分，通常制作成一个生活区是平台上部设施的一部分，通常制作成一个独立的吊装单元，称为独立的吊装单元，称为生活模块生活模块。1 1、生活模块总体布置的特点、生活模块总体布置的特点通常通常2626层，类似于房屋设计，大小取决于居住人数、层，类似于房屋设计，大小取决于居住人数、生活标准等，一般以生活标准等，一般以4 4层居多。卧室在顶层，设备房、层居多。卧室在顶层，设备房、厨房、餐室、储藏室等在底层，娱乐室、医疗室、厨房、餐室、储藏室等在底层，娱乐室、医疗

17、室、通信室、办公室在中间层。通信室、办公室在中间层。生活模块设计要综合考虑防火、防爆、防震、防潮生活模块设计要综合考虑防火、防爆、防震、防潮等要求。等要求。第28页/共37页2、生活模块结构的受力分析、生活模块结构的受力分析生活模块是一个多层框架结构，主梁在横向生活模块是一个多层框架结构，主梁在横向与立柱刚性连接，纵向梁与柱铰接或柔性连与立柱刚性连接，纵向梁与柱铰接或柔性连接。纵向刚度较大时忽略空间作用取平面横接。纵向刚度较大时忽略空间作用取平面横向框架计算。向框架计算。1 1）设计荷载）设计荷载主要荷载：静荷载、活荷载、风荷载主要荷载：静荷载、活荷载、风荷载2 2）结构内力分析方法）结构内力

18、分析方法迭代法迭代法第29页/共37页二、直升飞机甲板设计二、直升飞机甲板设计1 1、直升飞机甲板设计依据及一般布置、直升飞机甲板设计依据及一般布置1 1）设计依据：功能、性能、位置、环境）设计依据：功能、性能、位置、环境2 2）一般布置：生活区建筑物的顶上，若顶部面积）一般布置：生活区建筑物的顶上，若顶部面积不够，设计成悬臂式结构。不够，设计成悬臂式结构。直升飞机甲板的平面型式有圆形、方形、六角形直升飞机甲板的平面型式有圆形、方形、六角形基本尺寸以飞机总厂确定，方形甲板最小边长应基本尺寸以飞机总厂确定，方形甲板最小边长应是飞机总长度的是飞机总长度的1.521.52倍。倍。第30页/共37页2

19、 2、设计荷载及荷载组合、设计荷载及荷载组合、设计荷载及荷载组合、设计荷载及荷载组合1）设计荷载静荷载活荷载环境荷载直升飞机着陆荷载2）荷载组合静荷载+活荷载静荷载+设计着陆荷载静荷载+活荷载+风荷载第31页/共37页3、直升飞机甲板结构设计、直升飞机甲板结构设计第32页/共37页三、栈桥设计三、栈桥设计连接相邻两个平台的通道，也作为各种管道的支撑连接相邻两个平台的通道，也作为各种管道的支撑结构。结构。1 1、栈桥的结构型式及一般布置、栈桥的结构型式及一般布置、栈桥的结构型式及一般布置、栈桥的结构型式及一般布置结构型式：直的、单跨的钢管结构桥。结构型式：直的、单跨的钢管结构桥。断面型式：矩形（

20、断面型式：矩形（4 4个桁架构成）或三角形（个桁架构成）或三角形（3 3个）个）平行弦桁架，腹杆布置：三角式、斜杆式。三角式平行弦桁架，腹杆布置：三角式、斜杆式。三角式常用，跨度小时采用纯三角式，中等跨度时需增加常用，跨度小时采用纯三角式，中等跨度时需增加竖杆。腹杆对称布置，斜腹杆倾角竖杆。腹杆对称布置，斜腹杆倾角30603060，一般，一般4545第33页/共37页2、设计荷载与荷载组合、设计荷载与荷载组合1）主要荷载静荷载活荷载风荷载2）荷载组合静荷载+活荷载+工作环境条件风荷载静荷载+活荷载+极端环境条件风荷载第34页/共37页3、栈桥结构设计要点、栈桥结构设计要点第35页/共37页四、火炬塔结构设计四、火炬塔结构设计火炬塔安装在一个小导管架上，称为火炬导管架，三腿柱或四腿柱构成的框架结构，用桩固定与海底。第36页/共37页