利用sacs軟件導管架平臺建模

吳惜之

2017年8月25日 18:21

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3.1 模型基礎參數的設置

利用SACS軟件中Modeling模塊對本課題中所用到的導管架平臺進行建立，首先確定建立模型的基礎基本參數。本課題中選用常見的四導管導管架平臺，具體參數如下：

工作水深為79.5 m;工作點高度為4.0 m;樁腿管接頭高度為3.0 m;泥水分界線和樁腿根部高度為-79.5m;其他中間高度為-50.0, -21.0, 2.0, 15.3, 23.0 m;此導管架并無傳導裝置和邊樁;工作點間距為X1=15 m, Y1=10 m;樁腿的傾斜Pile/Leg Batter:

Row 1 (leg 1 and leg 5, left two legs) X=0, Y=10

Row 2 (leg 3 and leg 7, right two legs) X=10, Y=10

具體的平臺模型參數設置如圖3.1所示。

（a）平臺模型關鍵點高度設置

（b）平臺樁腿斜度設置

圖3.1 平臺模型參數設置示意圖

得到導管架平臺四個樁腿的初步立體模型如下圖3.2所示。

圖3.2 平臺模型四個樁腿模擬示意圖

3.2 定義樁腿截面性質

對樁腿截面屬性進行初步定義如下：

Member Group LG1, LG2, LG3,

Segment 1: D = 107 cm, T = 3.5 cm, Fy = 34.50 kN/cm², Segment Length = 1.0 m

Segment 2: D = 105 cm, T = 2.5 cm, Fy = 24.80 kN/cm²

Segment 3: D = 107 cm, T = 3.5 cm, Fy = 34.50 kN/cm², Segment Length = 1.0 m

Member Group LG4,

Segment 1: D = 107 cm, T = 3.5 cm, Fy = 34.50 kN/cm²

Member Group LG5,

Segment 1: D = 91.50 cm, T = 2.50 cm, Fy = 34.50 kN/cm²

Member Group LG6,

Segment 1: D =91.5 cm, T = 2.0 cm, Fy = 24.80 kN/cm² .Segment Length = 1.0 m

Segment 2: CONE Fy = 24.80 kN/cm², Segment Length = 1.0 m

Segment 3: D = 91.5 cm, T = 2.0 cm, Fy = 24.80 kN/cm²

Member Group PL1, PL2, PL3 and PL4,

Segment 1: D = 91.5 cm, T = 2.5 cm, Fy = 24..80 kN/cm², Flooding,

Member Group W.B,

Segment 1: D = 60.0 cm, T = 2.0 cm, Weight Density = 0.001, Flooding,

Member Section CONE,

Outside D = 91.50 cm, Inside d = 66.0 cm and Wall thickness T = 2.0 cm

具體定義樁腿截面屬性操作如圖3.3所示。

（a）定義樁腿組LG1

（b）樁腿組分段1具體定義

圖3.3 定義樁腿截面屬性操作示意圖

此時平臺模型的構件部分及構件組最終定義應如圖3.4所示。

圖3.4 平臺模型樁腿具體參數

3.3 定義平臺模型的水平撐桿

定義樁腿截面屬性完畢后，創建導管架平臺的水平撐桿，并依次命名為H11，H12，H21，H22, H31，H32，H41 and H42。平臺水平撐桿結構的創建如圖3.5所示。


圖3.5 平臺模型水平撐桿效果圖

并依次定義導管架平臺水平撐桿的截面屬性如下：

Member Group H11, Segment 1: D = 66.0 cm, T = 2.5 cm

Member Group H12, Segment 1: D = 62.0 cm, T = 2.0 cm

Member Group H21, Segment 1: D = 50.75 cm, T = 2.0 cm

Member Group H22, H31 and H32, Segment 1: D = 40.75 cm, T = 1.5 cm

Member Group H41 and H42, Segment 1: D = 30.375 cm, T = 1.25 cm

對平臺模型水平撐桿的定義具體如圖3.6所示。

（a）平臺模型水平撐桿組H21

（b）水平撐桿組段1具體屬性

圖3.6 平臺模型水平撐桿的定義

此時平臺的水平構建組的定義結果如下圖3.7所示。

圖3.7 平臺模型水平撐桿定義結果

3.4 定義平臺模型的垂向構件

導管架水平撐桿定義完畢后，繼續創建導管架平臺的垂向撐桿，

Face Row A, add 103L-201L as D01, 201L-303L as D02 and 303L-401L as D03;

Face Row B, add 107L-205L as D01, 205L-307L as D02 and 307L-405L as D03;

Face Row 1, add 105L-201L as D01, 201L-305L as D02 and 305L-401L as D03;

Face Row 2, add 107L-203L as D01, 203L-307L as D02 and 307L-403L as D03;

平臺模型垂向撐桿的建立如圖3.8所示。

圖3.8 建立平臺模型垂向撐桿

定義平臺模型的垂向撐桿截面屬性如下：

Member Group D01, Segment 1: D = 66.0 cm, T = 2.5 cm

Member Group D02, Segment 1: D = 50.75 cm, T = 2.0 cm

Member Group D03, Segment 1: D = 40.75 cm, T = 1.5 cm

平臺模型垂向撐桿截面屬性的定義操作如下圖3.9所示。

圖3.9 平臺模型垂向撐桿屬性定義

此時平臺模型的垂向構建組的最終定義如圖3.10所示。

圖3.10 平臺模型垂向撐桿定義結果

3.5 創建導管架平臺甲板

3.5.1 首先創建導管架平臺下甲板

在XY平面內創建方格平臺，其位于Z軸的高度為15.3m；平臺的起點為點7001，X的增量為4，Y的增量為1；對于平臺模型下甲板的格子點坐標如下：

X = -7.5, -2.5, 2.5, 7.5 m分別對應組符號W02, W02, W02 和 W02；

Y = -9.0, -5.0, 5.0, 9.0 m分別對應組符號W03, W01, W01 和 W03；

選擇connect joints with members and Connect joints with plates,輸入PL1作為平臺組標簽，A001作為平臺名。如圖3.11所示。

圖3.11 創建平臺模型下甲板

3.5.2 創建導管架平臺主甲板

同上，在XY平面內創建方格平臺，其位于Z軸的高度為 23.0 m;平臺的起點為點8001，X的增量為4，Y的增量為1；

對于平臺模型主甲板的格子點坐標如下：

X = -7.5, -2.5, 2.5, 7.5, 12.5m 分別對應組符號 W02, W02, W02, W02 和W02 ;

Y = -9.0, -5.0, 5.0, 9.0 m 分別對應組符號 W03, W01, W01 和 W03 ;

選擇connect joints with members and Connect joints with plates,并接受其他默認數值。如圖3.12所示。

圖3.12 創建平臺模型主甲板

3.5.3 定義甲板骨材和板材屬性

構件組W01的骨材選取AISC規范中的W24X162型鋼材，而構件組W02和W03的骨材選取AISC規范中的W24X131型鋼材。如圖3.13所示。

（a）W24X162型鋼材

（b）W24X131型鋼材

圖3.13 平臺模型甲板骨材

甲板骨材組的定義結果如下圖3.14所示。

圖3.14 平臺模型甲板骨材定義結果

定義甲板平臺屬性：平臺組PL1的平臺厚度為0.8cm，同時其泊松比為0.3。平臺組定義如下圖3.15所示。

圖3.15 平臺模型甲板屬性

3.6 定義管型節點的偏移

使用“Joint”>“Connection”>“Automatic Design”命令，選擇“Offset braces to outside of chord”,并選擇“Gapping option”下的“Move Brace”，“Brace Move”下的“Along Chord”。將間隔設置為5cm，并選擇間隔尺度為“Minimum only ”。選中“Use existing offsets if gap criteria is met”。

在管型節點選項中，選中“Update segmented groups can lengths”,并將“Can length option”設置為“API minimum reqts”，同時選擇“Increase joint can length only”。檢驗引起的點偏移的補償量，并修正管型節點的偏移。

最終校正得到管型腿的長度如下圖3.16所示。

圖3.16 平臺模型管型節點偏移

3.7 添加甲板上骨材的偏移

設置所有的W01構件Z軸的總體偏移為-31.75cm；定義偏移類型為“Top of Steel”,如圖3.17所示。

圖3.17 平臺模型構件組W01偏移

設置所有的W02和W03構件Z軸的總體偏移為-31.09cm；定義偏移類型同為“Top of Steel”,如圖3.18所示。

圖3.18 平臺模型構件組W02和W03偏移

定義Ky、Ly 等失穩校核時對中間節點的修正參數

使用“Property”>“K Factor”>“Ky”來對位于XY平面內，Z軸坐標為-79.5m的水平撐桿構件H11以及位于XY平面內，Z軸坐標為-50.0m的水平撐桿構件H21的Ky參數進行修正；

使用“Property”>“Effective Length”>“Ly”來對位于XY平面內，Z軸坐標為-21.0m的水平撐桿構件H32以及位于XY平面內，Z軸坐標為2.0m的水平撐桿構件H42的Ly參數進行修正。

3.8 定義甲板及其上的設備的重量

3.8.1 定義甲板重量

添加下甲板表面重量ID，使用“Seastate”>“Global Parameters”>“Weight”>“Define Surface ID”，輸入CELLWT1作為下甲板表面ID，選取點7001,7013和7004作為局部坐標點，并輸入0.5作為允許公差；選取點7001,7013,7016和7004作為邊界點，并選擇載荷的作用方向沿Y軸均勻分布。如圖3.19所示。

圖3.19 平臺模型下甲板重量ID

添加主甲板表面重量ID，使用“Seastate”>“Global Parameters”>“Weight”>“Define Surface ID”，輸入MAINWT1作為下甲板表面ID，選取點8001,8017和8004作為局部坐標點，并輸入0.5作為允許公差；選取點8001,8017,8020和8004作為邊界點，并選擇載荷的作用方向沿Y軸均勻分布。如圖3.20所示。

圖3.20 平臺模型主甲板重量ID

為定義甲板表面重量，添加重量組AREA；使用 “Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Surface Weight”, 同時在選定CELLWT1下，在重量組和重量ID中分別輸入 AREA 和 AREAWT , 并輸入下甲板重量壓力0.5 kN/m²。如圖3.21所示。

圖3.21 平臺模型下甲板重量

同理使用“Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Surface Weight”, 同時在選定MAINWT1下，在重量組和重量ID中分別輸入 AREA 和 AREAWT , 并輸入主甲板重量壓力0.75 kN/m²。

3.8.2 定義甲板生活設備重量

為定義平臺模型甲板生活設備重量，使用平臺表面重量線，添加重量組LIVE，并定義主甲板生活設備重量壓力MAINLIVE為5.0 kN/m²，如圖3.22所示。

圖3.22 平臺模型主甲板生活設備重量

下甲板生活設備重量壓力CELLLIVE為2.5kN/m² ，如圖3.23所示。

圖3.23 平臺模型下甲板生活設備重量

3.8.3 定義甲板設備裝重

添加甲板設備裝重組ID定義為EQPT，使用 “Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Footprint Weight”來定義,在平臺模型主甲板上定義有3個滑道，SKID1，SKID2及SKID4分別屬性如下：

滑道1（SKID1）:重量為1112.05 kN，裝置空間中心點坐標Footprint center 為(5.0, 2.0, 23.0)，對應的重量中心點坐標為(0, 0, 3.0)，滑道長為6 m，滑道寬為3 m，在X方向有2條滑道梁；

滑道2（SKID2）:重量為667.23 kN，裝置空間中心點坐標Footprint center為 (-5.0, -5.0, 23.0)，對應的重量中心點坐標為(0, 0, 2.5)，滑道長為6 m，滑道寬為 2.5 m，在X方向有2條滑道梁；

滑道4（SKID4）:重量為 155.587 kN，裝置空間中心點坐標Footprint center 為(10.0, 6.0, 23.0)，對應的重量中心點坐標為(0, 0, 4.0)，滑道長為 6 m，滑道寬為 3 m，在X方向有3條滑道梁。

具體如圖3.24所示。

圖3.24 平臺模型甲板設備滑道重量

在平臺模型下甲板上定義有1個滑道SKID3，且其屬性如下。

滑道3（SKID3）:重量為444.82 kN，裝置空間中心點坐標Footprint center 為(-5.0, 0.0,15.3)，對應的重量中心點坐標為(0, 0, 2.0)，滑道長為 6 m，滑道寬為3 m，在X方向有2條滑道梁。

具體如圖3.25所示。

圖3.25 平臺模型甲板設備滑道重量

3.8.4 定義上層建筑通道，火炬塔和防火墻重量

添加重量組MISC來定義平臺模型的上層建筑通道，火炬塔和防火墻重量。

添加重量ID WALKWAY來定義平臺模型的兩層甲板右側大部分構件，上層建筑通道重量分布大小為2.773 kN/m；

將平臺結構火炬塔重量CRANEWT定義為807L的點重量，其大小為88.964kN；

將平臺模型下甲板防火墻重量FIREWALL定義為集中在左側Y方向上的3個構件（705L-7004，7007-7008，7011-7012），其重量值大小為每個構件15kN并且距離起點距離為1.5m。

3.8.5 導管架平臺其他重量

1、吊耳重量

在點501L,503L,505L和507L上添加節點重量2.0kN且比重為7.85 MT/m³作為吊耳重量，重量ID為PADEYE且重量組標簽為LPAD。該重量將會被用于前期服役分析。

2、通道重量

在構件405L-407L,401L-405L, 401L-403L和403L-407L上添加構件分布重量為1.50 kN/m且其比重為1.50 MT/m³作為導管架平臺的通道和欄桿，總量ID為WALKWAY且重量組標簽為WKWY 。

3、陽極保護塊重量

使用“Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Anode Weight”來定義陽極保護塊重量, 除去頂部構件外整個導管架平臺上的每個構件都會添加上兩塊陽極保護塊，每塊重 2.5 kN，材料重量比重為2.723 MT/m³, 重量組標簽為ANOD 并且重量ID 為ANODE.