自升式钻井平台稳性与海洋开发钻井的几种特殊作业探讨.docx

第四章自升式钻井平台稳性稳性计算是所有船舶操作中最基本也最重要的个关键操作。半潜式钻井平 台和自升式钻井平台都要计算在各种作业况下的船舶稳性。本章主要介绍关于 稳性的概念和计算方法、实际应用问题。目 录第一节稳性的概念澄清和稳性的定义及原理 第二节钻井平台稳性计算原理 第三节对桩脚负荷的预测和校核 第四节压载计算第五节钻井作业状态的稳性第六节风暴状态的稳性第七节稳性计算的通常方法第一节稳性的概念澄清和稳性的定义及原理稳性,在人们的常识里面是个物体或装备的稳定程度,也就是说大多数人 会认为摇摆少，慢就是稳性。比如说,站在地上稳稳当当的,在独木桥上就不稳 当。在船舶科学里面,稳性的概念刚刚好和人们想像中的完全相反。船舶稳性中, 摇摆得快的船或平台确是稳性好的船舶!平时人们常说的稳当,在船舶科学里面的定义是舒适性。比如,拖轮摇摆得 比平台严重得多,大家可能会以为平台比拖轮稳性好。事实上，是拖轮比平台稳 性好,拖轮摇摆频率快且幅度大，但最大的允许摇摆角度比平台大。而钻井平台, 无论是自升式还是半潜式,它的摇摆都比拖轮缓慢,摇动到一定角度后就会直接 倾覆,酿成灾难性事故。因此,稳性和舒适性是船舶科学上的对矛盾。在科学上的稳性定义是:船舶在使其倾斜的外力消除后能自行回到原来平衡 位置的性能。根据倾斜方向，船舶有横稳性和纵稳性，在常规船舶中,后者一般不危及船 舶的安全，比如拖轮、货轮、油轮等。但是对于钻井平台来说,横稳性和纵稳性 在有的时候是相差并不大的。平时计算时一样要校核到这两个方面的数据。根据所受外性质及是否计及倾斜时的角速度和惯性,有静稳性和动稳性之分。静稳性船舶在外力矩逐渐作用下的稳性。船上重物移动或在侧装载少 量货物引起的倾斜矩可认为是逐渐作用的外力矩。受外力矩逐渐作用时船舶倾 斜较慢,倾斜角速度可以忽略不计。根据倾角大小,可分为初稳性和大倾角稳性。初稳性一一船舶作倾角小于10。倾斜时的稳性,又称小倾角稳性。小角度倾 斜是船在航行中经常发生的。此时，船舶有无稳性及稳性优劣决定于横稳心高度 （又称初稳性高度）,即从重心G到稳心M的垂直距离GM（下图）。稳心M为船 舶倾斜时,浮心移动轨迹的曲率中心,在小角度倾斜时,可视作是个固定点。具有初稳性的船舶,倾斜后浮力能够与重力w构成一个使船回复的矩，其值 Mr=GM-sinOo式中为船舶的排水量;为倾角。横稳心高为正值,稳心在重心之上，GM值大,船舶的复原能力也大。但过大的横稳心高会使船舶在风浪中剧 烈摇荡,使适航 性变坏。因此, 要选择适当。 般上限值取决 于对船舶横摇 周期的要求，最 低值为船舶安 全要求所确定。大倾角稳性一- 船 舶作倾角为 10。以上倾斜时 的稳性。此时, 回复矩以Mr=GZ来表示。式中GZ为重心到浮力作用线的垂直距离，称回复臂。在同 一装载情况下,其值随倾角由小到大再由大到小直至最后消失。回复臂与倾角 的关系曲线称静稳性曲线（图2）,曲线最高点的竖坐标表示船在倾斜中所能产 生的最大回复力臂,相应的横坐标为最大静倾角。smax,回复力臂最后消失时的倾角为稳性消失角Or。它们是衡量大倾角稳性优劣的主要指标,其值越大表 示大倾角稳性越好,船舶越不易倾覆。动稳性一一船舶在外力矩突然作用下的稳性。阵风突然袭击和海浪冲击引起的& e,倾斜矩属于突然作用的 外力矩。力的突然作用, 使船舶倾斜很快,这就需 要考虑倾斜时的角速度和 惯性。在静力作用下,外傾角力矩不超过船舶的最大回 复矩,船舶就不会倾覆。 但在动作用下，由于惯 性,即使达到回复矩与 外力矩相等,船舶还要继续倾斜,只有当外力矩所作的功被回复矩所作的功抵 消时才能停止倾斜。因此,衡量动稳性优劣的指标是回复矩所作的功。船舶倾 斜中最危险的情况是船舶摇摆到最大摆幅正要回复时,受到与回复方向一致的突 加力矩作用,船舶在两个同方向矩作用下倾斜加剧。此时能使船舶倾覆的最小 突加外力矩称为最小倾覆力矩。中国海船稳性规范规定，船舶最小倾覆力矩Mq与风压动倾矩Mf之 県迎W比K应不小于1,即2 。式中最小倾覆距的数值与装载情况、船形、航区、波浪周期及摇摆程度有关。风压动倾矩根据船舶的航区、受风面积和面 积中心来确定。船舶的受风面积越大,面积中心位置越高,航区中风浪越大,稳 性问题就越严重。公司所有的钻井平台,其总体受风面积都大,故稳性问题就比其他船舶严重, 更需要认真对待。第二节钻井平台稳性计算原理在实际的操作中,要求钻井平台人员根据原理来进行稳性的校核,是不太现 实的。钻井平台的稳性,在其设计阶段已经经过了完成的全面校核和计算,甚至 还进行了各种工作状况的典型模拟计算,而且整套计算已经获得权威机构船 级社的审批认可才能进入建造新的钻井平台阶段。但是,在实际工作中仅仅套用 设计公司提供的典型模拟计算,将会存在因对稳性低估而酿成事故的可能,也存 在对稳性情况高估而浪费装备性能的可能。实际上,稳性校核的计算非常复杂, 因此,设计公司为了简化船舶在实际操作中的稳性校核问题，经常是根据稳性原 理给出各种公式，由船舶或钻井平台操作者进行简单的计算就能校核稳性。在钻井平台实际操作中,计算稳性的工作其实是校核些简单的参数,只要 参数符合设计公司提供的并获得相应船级社批准的相关资料要求,那么我们就可 以认为平台的稳性是符合要求的。在实际钻井平台稳性计算中需要校验的几个数据:可变负荷在钻井平台上的所有不属于固定装备而且没有列入静水力倾 斜试验的货物、设备、人员甚至是结构的重量,包括油水灰等散装材料。可变负 荷不允许超出设计公司提供的相应工况的最大可变负荷。平台的航行吃水和倾斜度,航行吃水不能大于设计公司提供的最大航行吃 水,这个要求是根据船级社和国际海事公约相关条款要求的,所有航行中的船舶 必需保证足够的干舷,就是保证足够的储备浮力以应对恶劣海况或意外事故造成 的船舶破损。平台的总体重心高度,这个也分横向重心高和纵向重心高。这是整个稳性计 算中最关键的个步骤。在设计公司提供的相关资料里面,提供跟平台吃水相对 应的允许该平台拖航时最高的重心高度。要求是任何时候的工况,实际平台总体 重心高度必需小于允许的重心高度,最好的是留有足够的安全预度。在实际操作中,对于自升式钻井平台,也可以使用稳性计算手段去预测每个 桩腿的受、每个升降装置的受、每个桩腿底部的压等数据,以满足实际 作中的需要。简单的说,实际的稳性计算就是三个步骤:估算货物重量重心数据统计,并校核可变负荷计算平台的总体重心高度、吃水和其它需要校核的数据;查设计公司提供的相关数据或曲线,校核所计算的数据是否符合要求。、第一步是估算货物重量重心重量重心统计和计算有一个原则:要求货物必须被固定,重量和重心的位置 不能改变,所以有了在拖航移位前的固定可移动货物的要求。这个要求一方 面是进行稳性计算方面的技术要求,另外一 方面是以往惨痛的历史案例总结 出来的经验教训。重量重心计算的简单原理:A货物B=平台轻船帀量上面是个简单的示意图。A表示一件货物,可以放在平台上的任何个地 方。如果我们需要计算出他们的总重量,那非常好计算,A+B就行。那么重心 如何计算呢?首先我们需要确定已经知道的些参数和需要通过计算求出来的 参数。已经知道:B的重量和重心位置，A的重量和重心位置。需要计算的：A和B结合在一起的重心位置。这样就需要首先有个坐标系去确定。这个坐标系在船舶科学里面也有统 的要求:高度上方为正值船尾为船头为正值船底为船底下方为负值船的中轴为0,面对船头,右边 为正值,左边为负值船的横向剖面这里我们以纵向坐标为例子。B的重心位置距离船尾X米。A的重心位置距离船位丫米。B的重心可以查资料获取。A的重心就靠自己去测算:该货物的重心位置, 然后摆放的位置距离船尾多少?两者结合就获得丫的数值。然后就可计算综合体的纵向重心,其计算方法根据下面的假设和要求:1. 货物A并不能随着船舶的摆动和移动位置,也就是说在任何情况下它的Y值是固定的。落实到操作上就是要对船舶上的货物进行 固定。2. 假设船体以个位于任何假想的支点转动,当平台平稳不动或匀速运动的时候,它受到的外力和外力距总和应该是。这样就可以 得到个公式:AXX + BXY= (A+B) XZo 等式右边是作用在平台上的其它外力做的矩。它们的矩跟平 台总重量所做的矩是完全相等但方向刚好相反的。这样就获得求重心的方法：总体重心 Z= (AXX + BXY) / (A+B)如果利用EXCEL表格做计算就非常简单了。将所有的货物的重量汇总,将所有 货物的矩汇总,然后总矩除去总重量就是新的总重心。当然所有的货物包括油水。实际上,为了定位平台的重心，其实我们需要对三个坐标的重心都单独进行 计算能获得真正的重心位置。二、第二步是将所获得的总重心和技术资料进行计算并校核 通过第一步的收集资料和计算以后,已经获得了可变负荷的总重量和平台 的总重量。下步就需要用一些船舶的稳性计算公式进行计算。1、 关于在钻井平台的油水的问题。在前面的论述中,定义了 一个假设或者说是要求,货物不能随着平台或船 舶的摇摆而移动。但是在实际的操作中,我们并不能限制在油舱水舱的液 体随着船舶的摆动而移动。而且,液体每次都会向倾斜侧流动,从而促 使船舶加大摇摆幅度,降低了其恢复平衡位置的能力。因此在船舶设计阶 段就对这个不利因素进行处理,叫做自由液面力矩修正。根据计算重心位 置的方法,矩增加后,在总重量不增大的条件下,就会导致计算出来的 重心高度比只通过第一步方法测算的要高。虽然船舶或钻井平台在设计阶段,就对自由液面修正矩进行了计 算。由于每个液体舱室的大小是在设计完成后就不可能改变的，因此设计 公司能根据舱室里面装载的液体多少估算出每个舱室的自由液面力矩修 正值的大小。当液体比较少的时候,般设定的限度是液体高度小于舱室内的纵 横支架构件的高度时，通过计算发现自由液面被结构件分隔成非常小的区 块,从而产生的矩小到可以忽略不计。同样通过计算发现如果液体舱室 内的液体是装满到定程度的,那么它的影响也可以忽略不计。只有当液 体的液位高度在一定范围内会有自由液面力矩影响。经过计算,该范围 内的自由液面力矩又收到舱室的水平面积影响,如果舱室是不规则形状， 比如下面小上面大,那么其自由液面也会跟随着变化。在这方面的数据， 在船舶操作手册里面会提供-个表格。我们需要根据每个舱室的液体高度 去查出每个舱室的自由液面修正力矩并列入到稳性计算里面。如果利用EXCEL文件计算，我们只需要将所有自由液面修正力矩的 表格输入到文件内,然后用个查找条件函数就可以将数据找出来。在最 后的漂浮计算表格上表达出来自由液面修正力矩总和。并利用这个数据对 计算出来的重心高度进行校正。在实际使用中就是用重心高增加来表达自 由液面力矩的影响。2、 通过总重量计算相应的吃水,这是稳性计算的第一个目的。同样的，计算吃水也是从设计公司提供的操作手册里面获取相关表 格,名称叫做静水力曲线表。该表格可以按照每个厘米的吃水变化计算好 相应的排水量（也就是平台的总重量）。在实际的计算中,需要反过来, 根据总重量查相应的吃水。但是我们在这个表格中查到的吃水是平台计 算平均吃水。是根据估算的可变负荷和其它测算的油水灰重量、结构重量 对照表格得来的,其中可能存在一定的误差。不过,可变符合估算中一两 百吨误差对个重量超过万吨的平台来说,对吃水造成的影响并不大 的。3、 稳心高度，这是稳性计算的核心内容但是也是最简单的内容，样是利用静水力曲线表,对应相应 的排水量（总重量）有相应的稳心高度,包括横向稳心高度和纵向稳心高 度。4、 对重心高度和稳心高度进行校核利用获得的从船底算起稳心高度和相应的重心高度（经过自由液面 校正后数据）比较,条件是:从船底算起稳心高度一重心高度=稳心高，要求稳心高符合每条船 舶的操作手册要求的数据。5、 计算平台的倾斜度,需要符合拖航技术要求,同时也可以预测每个吃水标尺的吃水。首先从静水力曲线表内根据总重量查到纵向浮心的数据。（纵向浮心一纵向重心）/纵向稳心高=TAN （倾斜角 ）利用反三角函数就可以求出倾斜角 同样的原理可以求出横向倾斜角度。如果要继续计算船头和船尾的吃水,还需要根据总重量在静水力 曲线表查询个数据:纵向漂心数据。在获得倾斜角和船头（或）船尾位置Y,平台总长L就可以计算出 相应位置的吃水:首先求纵倾（船头船尾吃水差）：纵倾=总长LX （纵向浮心到纵向重心的距离/纵稳心高） 船头吃水=计算吃水一（总长L纵向漂心）X纵倾/总长L 船尾吃水=计算吃水+纵向漂心纵倾/总长L横向倾斜计算方法类似。在平常的拖航中,船级社一般要平台处于轻度前后倾斜的状态，纵向倾斜不 能大于0.5度左右。横向倾斜要求基本水平。外力矩第三节对桩脚负荷的预测和校核在机械设计理论中,有一个易损件设计问题。人们要求设备各个零件不能 同时损坏,因为不同部位零件的使用寿命不样。比如外壳一般就比转动或摩擦 零件更加耐用。但是同样的转动零件也需要有不同的使用寿命,而且要求使用寿 命短的是容易更换和制造的。比如轴和轴承。在机械设计中轴承就是一个容易更 换并寿命最短的零件。在个平台上也是存在这样规律。桩脚和升降装置(系统)、平台主体结 构中，在原始设计中,升降装置系统是三个环节中最弱的一个环节。虽然人们普 遍认为升降装置最重要。实际上,桩脚和平台主体结构的修理难度或复杂程度比 升降装置高多了。另外一个原因,就是升降装置的保护可以通过一系列的程序去 实现。因此,在平常实际操作中需要对桩脚负荷,升降系统的负荷进行校核，避 免超出系统负载,出现损坏。首先,根据前面一系列的核算,我们已经获得了详细的数据:平台的重心 (横向和纵向)位置,平台的总重量。我们需要做的就是去将重量分配给各个桩 脚。这里以三个桩脚的平台为例子。平台重心坐标:纵向L,横向T。三个桩脚坐标(XI,Yl), (X2,Y2), (X3,Y3)求每个桩脚负荷的原理是利用矩相等原理。将其中两个桩脚中心连线看 成一个可以转动的支撑点。那么平台重力矩就必需和第三个桩脚的支撑矩 相等,才能保持平台的稳定平衡。平台重力矩两个桩脚连线,作 为个支撑点第三个桩脚支撑矩因此,我们只要掌握了重心离两个桩脚连线距离和第三个桩脚离两个桩脚连 线距离,就可以计算出第三个桩脚的受。其它两个桩脚也可以用更换支撑点的 方法获得。最后可以针对每个平台求出个公式,在实际计算中直接套用公式 即可。第三个桩脚和其它两个桩脚距离怎么计算?利用它们的定位坐标或者在图纸上直接丈量就可以获得相应的距离数据。 般三个桩脚的数据都能在图纸上直接丈量。比如:A桩距离BC桩连线:一般情况下BC桩的丫值是一致的，直接用Y1-Y2 就是。那么重心的位置距离BC桩连线呢?在这个情况下,其重心的横向定位并不 影响它与BC桩连线距离,因此也就是L-Y2。A桩的受力就出来了= (GX (L-Y2) / (Y1-Y2)由于桩脚的位置是不变的,其实真正变化的是L和G。因此我们可以把G 去掉,直接计算出一个系数。以后每次用这个系数去乘上G,就是A桩的受力 了。B桩的计算就受到横向坐标的影响了。这个时候,由于用AC桩连线计算比 较复杂,可以假定针对A桩为矩支撑点,方便计算。我们第一步先忽略横向重心位置的影响,那么: BX(Y1-Y2)+CX(Y1-Y2)=GX(Y1-L)第二步再以穿过A桩的中轴线为支点,可以列个平衡公式: TXG+BXX2=CXX3这两个公式，只有B和C这两个桩脚的受力是未知数自然可以求出相应的数值。 一般情况下,X2和X3是相等的。即 BC-TXG/X2因此就获得 B= (GX(Y1-L)/(Y1-Y2)-TXG/ (X2) /2针对每个平台,操作手册里面都有相关的资料,需要根据实际情况调整。在 获得每个桩脚的负荷后,通过查阅操作手册里面的相关桩脚安全负荷来核对。也 可以利用桩靴的面积来计算桩靴对海底的压,用来核对海底地质情况是否符合 插桩要求,甚至评估预测桩脚入泥的深度。第四节压载计算、为什么要压载?1、 自升式平台的压载,与陆地建造高楼打地基的原理一样,是为了获得一个稳定的基础。避免极限恶劣的环境条件造成平台的倾覆和损坏。2、 压载方法是模拟恶劣环境造成的力作用在钻井平台上。有增加海水的方 法(三个桩脚的平台)或者使用平台的自重单独作用到其中两个桩脚上(四 个桩脚的平台)3、 压载目的是检验在外力作用下是否会产生倾斜甚至倾覆。4、 恶劣的外界环境,包括:风,台风、季候风:海浪、涌、海流、海冰、地震、海啸。压载中可能碰到的问题:桩脚入泥过深,导致拔桩异常困难。2、 压载过程中碰到某个桩脚突然下沉，造成平台大幅倾斜。3、 压载完成后,在作业过程中出现平台下沉。三、压载如何计算1、 常规做法通常,压载是由平台设计公司提供合适的程序进行计算,或者是提供典型的 工况的典型压载数据而不必进行计算。按程序进行计算,需要有一套模拟恶劣况资料,包括了不同水深、不同风 、不同海流的数据。其优点是可以针对不同情况选择不同的压载量，缺点是需 要人工计算,存在数据误差的风险。按典型数据压载则比较简单,但安全系数高, 缺点是存在过量压载而导致桩脚入泥过深的可能。设计公司如何确定环境参数-一设计平台前,先根据业主和规范的要求,选 择最恶劣的工况环境:一般是依据中国船级社的规范,要求选择的环境载荷至少是5 0年一遇。对无限作业区域的平台,其最小设计风速应为：自存工况：51.5m/s(100kn)正常作业况：36m/s(70kn)也可以让公认的实验室进行风洞试验获取准确数据。波浪环境：根据预计使用海区的统计资料和套复杂的计算理论,取得波浪 的波高、周期,然后计算波浪给平台的受。海流环境：根据预计使用海区的统计资料获取最大流速，使用获得船级社认可的理论计算受力。如果业主有特别要求,设计公司还需要选取地震、海床承受 能力、温度、污底、冰雪的环境参数并计算其载荷。2、 环境载荷和平台结构设计当根据选取的环境参数计算出环境载荷后,还需要根据业主要求的其他参 数,比如可变负荷、作业水深、作业能力等参数进行结构设计。再利用计算机建 立平台的数据模型,计算出各种况、环境平台的受,评估出安全系数。然后 将建立模型的方法理论和各种数据提交给船级社审批,船级社则使用不同的方法 进行计算,结果符合了才算是审核通过。3、 环境载荷的来源一般由设计公司依据计算和统计资料提供环境载荷的数据。由于风和波浪 流这些环境载荷的计算理论很复杂,可以要求设计公司根据不同的水深、风速、 流速、平台气隙、桩脚入泥等参数计算出相应的环境载荷,然后用图表的形式提 供给使用者。环境载荷有风F1、波浪流力F2。与环境载荷进行对抗的有重力W、桩 脚支撑R1和R2。为了达到平衡,两方面的必须相等。R1 表示受风侧 的桩腿受总和。R2一一表示下风侧 的桩腿受总和。参考右图,在保持 平衡的状态下列等式 需成立:F1 X D1 +F2X D2 +R1 XD3 XD（以R2，风1在保持青下,根据 桩脚支若 R1 = （W线为基准）从公式里面可以看出:风F1和波浪流力F2的上升,将导致受风侧桩脚支撑R1 的下降!在受风和波浪流力的影响下,平台会出现摇摆,因此求下风侧的桩脚支 撑R2时需把摇摆因素考虑进去。请对照公式看上图。计算R2：R2 = (F1 XD1+F2XD2+WX(D0+t)/D3(以参考线为基准求R1)从公式看出, 风F1和波浪流力F2的上升、平台摇摆度t的增加都是会导致R2的增加!基于钻井平台的钢结构是具有弹性的,因此风和涌浪流力会造成平台摇 摆。但是,摇摆幅度计算由于过于复杂,只能要求设计公司计算后提供数据。既然从公式里面定性分析出受到风和涌浪流侧的桩脚支撑减少,是 对应侧的桩脚支撑将大大增加。这个计算也是需要设计公司在设计阶段就计 算好并提供结果。从CCS规范里面获取的环境载荷估算的几个公式:风:F=ChCsSP KN P=0.613X10-3V2 KPa P风压,KPa S平台在正浮或倾斜状态时,受风构件的正投影面积 M2 Ch受风构件的高度系数,其值可根据构件高度h (即构件型中心到设计水面的垂直距离) Cs受风构件形状系数,其值可根据构件形状由表2.2.1(b)选取, 也可根据风洞试验确定。 V 设计风速,m/s从风计算公式可以看出，影响风因素有:速度、形状、面积、离海面高 度。波浪力的计算公式一般用莫里逊公式:F=Fd+F| KN/m其中: F小尺度构件垂直于其轴线方向单位长度上的波浪; FD拽,KN/m FD 公式:外l/2paQ川“-*|(“ i). Fl惯性,KN/m"=pP FI 公式：=Pir/Cv"-C)从波浪力的计算公式可以看出,影响波浪力因素有:波高、周期和结构形状。 海流力的公式为： F=1/2XCDpWV2AKN CD-曳系数 p W海水密度,KNs2/m4 V 设计海流流速,m/s A构件在与流速垂直的平面上的投影面积,m2从海流力的计算公式可以看出,影响海流力的因素：流速、水深和结构形状。压 载量的决定因素要确定一个平台究竟需要多少压载量,需要了解压载的目的,是为了抵抗环境载荷和是为了在海底站稳脚跟,这样就需要相关的些资料 和数据。首先是环境载荷,设计公司将计算出来的数据制作成图表,并经过船级社认 可。使用者需要做的就是根据风和水深、波高、流速从设计公司提供的相应的 图表里面查询即可。下面是三个计算相关图表:由波浪、海流引起的桩脚附加力曲线图、由风 引起的桩脚附加曲线图、海底地质承受压曲线图。Leg load due to wave and current at 96 meter water depthW.D. meler9696969696后、匸Wave height, meter46 8 W121415.2Leg load wn)cuH.m.t68加327476Leg toad !d curl, miLeg load w/2 Id curt. m.t.96 130 201 308 434 606 704489579085252乃Leg loadw/3ktajrt, m.t.2172803735216889281067Leg reaction load at 96 meter water depth由波浪、海流引起的桩脚附加曲线图Leg Load Due to Windwind. 30 Id-4Fwind,50M-wind, 60 M-4-wind, TOHT-wwlSOM+ 跑M100 ktWater Depth, meterSection 6.4J -1Baker Manne Technology Inc.mnd.ZDId wind.Xki wind.CM Mnd,S0H wind,80H wmd,70M Mnd.OOM Mnd.90kt wmd, 100M wmdJ09l(t海底地质承受压曲线图因此,个完整的压载校核程序应该是:1）、根据压载前的所有可变负荷和平台的总体重量,计算出在压载前平台各 个桩脚的受。2）、根据当前工作水深和抗风要求，从风、浪流对桩脚的附加负荷表格中查 到相应的数据,将风和浪流力附加到每个桩脚上,得出每个桩脚需要达 到的总受。3）、根据每个桩脚的总受,往压载舱里面分配压载水,只要压载水的重量 能让桩脚总受力达到预计的重量即可。4）、根据计算出来的桩脚受力,以及桩脚的桩靴水平投影面积,计算出桩脚 对海底的受,一般是使用压强的Mpa为单位。5）、根据计算出的桩脚压强,将其与当时井位的海底地质资料对比,预估入 泥深度,确认桩脚是否在稳定的地层深度。5、 压载的计算这里用自主开发的个EXCEL文件计算书为例子进行说明。 1）、第一步需要算出压载前的平台总重量,包括横向和纵向重心位置。然后 根据操作手册提供的桩脚受力分配公式将平台重量分配到各个桩脚上。余老經重力分配原理: 以参考线为支撑,计算扭矩 WXL=R1 XL1 R1=W XL/L1 重心的数据常用零位定义： 重量W、桩脚支撑R1,臂L和L1 纵向重心LCG,船尾为,向船头正值 横向重心TCG,中轴线为,左负右正 垂向重心,以船底为0, 向上正值,向下负值 每个桩脚的分配系数：船首右舷左舷CfKLCG-14砌39.6L0. 338088667Cs=(54.3-LCG)/79.32+TCG/45.72 0. 328660796Cp=(54.3-LCG)/79.32-TCG/45.720.333250537根据平台总重量和分配系数,可以计算出当前桩脚受力。2）、第二步,查环境载荷（以NH4数据为例子）水深80米,波高14米（46ft）,流速3节,风速100节,预计气隙11.6米。查80米水深时波浪流引起的桩脚附加力曲线图、由风引起的桩脚附加力 曲线图,可知波浪流为678 t （1494KIPS）、风为1101 t1800 1700 1600 1500 » 1400 1300 j 1200 « 1100 -1000 §獣 z 800 * 700 2 600 6 500 ® 400300 200 100 0Leg load MOM curt,耶 Leg load 耐心 cud,咽 Leg load M2 kt curt 即sLeg load w/3 M curt, kips2S13753Q543936016758599231149121614941422173012515921*頼弼膜916Leg reaction load at 262.4 ft water depthWave height, ft80m 1/25002Section 6.4.C-280米水深时波浪流引起的桩脚附加曲线图Leg Load Due to Wind (7.9 m penetration and 11.6 m air gap)W.D mettf wind,20kt Mnt130U wna 40K ama.SOtt Mnd.SK Mnd.Rlt MndL901tt ««nd,9Dlit wnd. 1001¢ wmd, 108MLeg Load Due to WindBaker Manne Tedmotogy Inc.Section 64 J -1由风引起的桩脚附加力曲线图,因此可以算出水深80米,波高14米（46ft）,流速3节、风速100节,气 隙11.6米工况下的环境载荷为:波浪流力678 t +风1101 t =1779 t这个环境载荷是可能作用在每个桩脚上的,因此平台的预压载总负荷为3义 1779 = 5337 t 注:预压载总负荷不能超过桩脚最大安全负荷。参考“桩脚负荷和预压载总 负荷计算表”。序号项目各桩脚负荷公式1桩脚号1#2#3#2桩脚位置前（F）右（S）左(P)3桩脚负荷分配系数0.3298433160.3332510850.336905600Cf, Cs, Cp4升降状态桩脚负荷2827. 942919. 882974. 60系数平台总重满足满足满足5压载状态桩脚静负荷4938.914989. 945044. 66系数平台总重满足满足满足G8>G12,"满足”6风力附加的预计负荷1101.001101.001101.007波浪流附加的预计负荷678. 00678. 00678. 008压载所需总负荷4606. 944698. 884753. 604+6+7要点说明1每一升降小齿轮的最大安全静载为:3312每桩脚的最大安全静载为:（331*16）（t）52963压载状态桩脚静负荷（每桩脚）大于“压载所需总负荷”则满足”,否则'不满 足”。4风力附加的预计负荷按风倾矩计算,波浪流附加的预计负荷是波高计算。桩脚负荷和预压载总负荷计算表3）、第三步,计算各个压载舱的压载负荷分布求出需要的压载量之后,就是往各个压载舱加水,调整压载水在各个压载舱 的分布使每个桩脚的负荷满足每个桩脚的压载负荷要求。压载数据计算项目重量0压載 分,能容(m3)距船規横材纵向重心距船外横向重心基线以上垂向重心自由液面修正距LCG (m)纵向距m)TCG(m)横向距。*m)VCG (m)垂向距“*m)纵向。m)横向。m)压载舱1C0.0218.561.940.000.000.000.000.00压载舱2P500.0528.055. 7827890.00-6.65-3325.003.761882.10压我舱2s500.02528.055. 7827890.006.653325.003.761882.10压载舱3P538.23525.640. 3221700.80-17. 43-9381.083.972139. 35压载舱3s563.23550.040. 5822854.6617.249709.574.052283.43压我舱4P200.03275.025.945188.00-26.24-5248.002.88575.80压载舱4s200.03275.025.945188.0026.245248.002.88575.80压载舱5P300.04360.318.615583.00-27.81-8352.003.31994.30压载舱5s300.04360.318.615583.0027.848352.003.31994. 30压载舱6P351.12342.910. 763778.15-27.69-9722.784.071430.49压載舱6S351.12342.910. 763778.1527.699722. 784.071430. 49压载舱7P205.82201.06.421321.39-22. 30-4589.885.781189.09压载舱7s205.82201.06.421321.3922. 304589.884.29883.38压载舱8P480.01529.24. 702256.00-13.24-6355.204.542180. 57压载舱8s480.01529.24. 702256.0013.246355. 204.542180. 57压载舱9P0.01284.759.850. 00-8.120.003.050.00压载舱9s0.01284.759.850. 008.120.003.050.00压载舱10P350.01341.841.1014385. 5219.886958.053.961386.08压载舱10S350.01341.841.1014385. 52-19.88-6958.053.961386.08压载舱"P187.94183.526.294938.9329.155476.633.96743.97压载舱us187.94183.526. 294938.93-29.15-5476.633.96743.97压载舱12P397.54. 520. 00-3.970.002.900.00压载舱12s397.54.520. 003.970.003.050.00合计6251.128. 0331175237.460.05255328.493.980424881.860.000.00调整压载水在各个压载舱的分布计算表格4)、第四步,桩脚压和地层承压能力的校核各个桩脚压载量计算出来之后,就需 要计算桩脚对海底的压来核算地层是否 满足压载的要求。海底给桩脚的支撑力等 于桩脚分配到的重量Wp与桩脚自身的重 量Wleg之和。R=Wp+Wleg地层能承受的力量一般 是用压强来表述的,因此还需要一个桩靴 (沉箱)最大截面积数据S。桩脚压强为:R/S=P(吨/平方米)压强 根据第三步计算的结果,可以取得一个桩脚最大压载负荷:5045吨。然后加上每个桩脚的自重和桩靴内的压载水重 量,就可以求出桩靴对海底的压。R=Wp+Wleg = 5045吨+ 1471吨= 6519吨桩脚对海底的压强为:P = R/S （吨/平方米）= 651963.8=24.71吨/平方米沉箱压强