半潜式海上生活平台关键连接区域的设计要点

卢,猛

（启东中远海运工程有限公司 江苏.启东 226259）

摘要：介绍半潜式海洋生活平台的结构特点和关键连接区域结构特殊性、连接节点选择、受力分析、焊接方式、焊后打磨、敏感疲劳处理等，分析关键区域的重要性建造的难度和注意事项以及一些处理措施，从而为半潜式海洋生活平台投标、设计、建造提供相关参考。

关键词：半潜式生活平台 关键连接区域 立柱column 甲板包deck box 浮筒pontoon

   石油是现代工业和现代经济的命脉，工业发展的血液也成为了各个国家战略控制重点。以石油衍生的化工产物，更是各行各业的依赖， 随着人类对石油的需求量越来大，油田开采也渐渐的从陆地转移到深海，由于钻井船、开采平台环境、空间、安全等方面的局限性，故一些配套的服务工程装备迅速的投入，半潜式生活平台就是无疑经典的。根据作业的需求、服务的海域环境，后勤保障等方面针对性的规划布置，满足工作人员的生命安全的同时，最大限度的满足生活环境的舒适性，让在远海，深海的作业人员在辛苦一天后能有一个可以比拟星级酒店的休息，娱乐的场所；生活平台满足严格的噪音标准，设有健身场所、游泳池、影音游戏室、餐厅、厨房等，介于大空间，好环境，装修豪华让船员有更好的宜居体验；同时配套先进的医疗条件，能让病人/伤员得到及时治疗，超长的伸缩栈桥和直升机平台相互配合，遇到火灾，爆炸，倾覆险情时无论从作业平台还是从生活平台都能迅速安全撤离。生活平台半潜式是主流，以其稳性好、结构简单、辅助功能齐全、安全性高、综合服务性能强等特点而被各大油服公司使用，未来发展前景广阔。但如此优秀的半潜平台，一样有不少关乎平台生命的关键区域需要我们特别注意和关心，如立柱column与甲板包deck box，浮筒pontoon与立柱column的连接、浮筒pontoon与横撑braces的连接，这些部位的结构连接形式、焊接方法、结构的强度、稳性、疲劳尤为重要，直接影响平台的生命；因此合理的处理好这些关键连接区，选择合理的节点形式，避免较大的应力集中和疲劳敏感度，保证构件的连续性、稳定性具有重要的意义。

下面以某个半潜式生活平台为例对相关区域进行介绍；

一.半潜式生活平台的整体概况：

该半潜式生活平台服务750人，2个长形pontoon，4个方形column支撑deck box。长95m宽67m，型深35.7，设计吃水17.5-20m，航速8knots，载重3.3万吨，配备3750kw ROLLs-royce UUC355FP全回转推进器6台; 瓦锡兰W9L32E 4950kw主机6台+ Siemens 8AL05-Z柴油发电机6台+1628kw cat3512c HD 柴油应急发电机1台；10点系泊 锚链500m MBL 600KN;主吊300t ；gangway 80m。足够的尺寸、先进的设备装备、合理的区域分布提供了强大的使用性能，但这些都基于至关重要的几处关键区域。

二.关键连接区域：

2.1半潜式生活平台关键区分布：

介于半潜式生活平台的结构类型特殊，高交变载荷区出现在立柱与下浮体、立柱与上甲板包的连接区域，以及水平横撑与立柱的连接区域；受到波峰波谷的影响，水流的冲击，平台会随海水升沉晃动，波浪的抨击，所以这样连接区域的一致出于动变载荷的高应力区域，这些区域直接影响平台的安全。

如下图示意了各个连接区域的关键区域。图a：立柱与浮体连接处关键区域；图b：立柱与甲板包连接处关键区域 图c：横撑与立柱壳体连接处关键区域

         

图a：                    图b                      图c

2.2立柱与浮筒连接处关键区域特点和要求：

a）关键区出现在连接的四个角点及立柱的中部，应对立柱与浮筒下壳体连接处的局部结构予以特别注意，同时对其焊透性和应力集中现象给予足够的考虑;

b）立柱应尽实际可能连续通过下浮筒的甲板，同时立柱应与下浮筒的内部舱壁和/或舷侧板对齐且连结成整体。对不能连续通过浮体甲板的，应将内外壳体之间增加隔舱板和采用一体式肘板连接内外壳体上筋连成整体与浮体甲板相接，以增加连接处的稳性和强度。

c）立柱、下浮筒的构件尺寸应符合承受水压力的最小要求。对于直接承受波浪和海流载荷作用的区域，其局部外边结构的尺寸应再予以必要的增大加厚，其实际结构尺寸应在基于平台静载与相应浪、风、流等总体载荷环境和局部载荷效应（包含局部载荷要求）叠加的直接分析计算，还应满足应力及相应强度要求，并考虑适当腐蚀余量来确定最的构件尺寸。

e） 局部高载荷区域，或可能引起壳体扭曲的载荷区域的结构节点和加强部位应予以额外的注意，例如：1.底部承载区 2. 防止外壳破损的局部结构 3.波浪砰击连接处

f) 立柱和下壳体的的关键区域一般采用超高强钢超厚板（如100/120mm FH36/F500）并结合合理的圆弧/抛物线设计自由边或过渡区以得到更强的结构和更好的应力传递。同时板厚要逐渐过渡已得到良好的高应力释放的效果，在连接区外四壁的中点处一般配以大肘板与此处的强框架结构对齐。

g）此区域的采用Z35性能的钢板，连接区域的构件都采用熔透焊，并100%UT&MT检查

h）连接处的三角形方圆过渡需要特殊处理，合理的加工半径满足应变时效要求，在环缝处应增加支撑肘板，以增强突变处的强度和稳性，避免应力集中产生裂纹肘板不得开角隅孔。

i) 管、机、电专业应避开此区域，不允许开孔，PMA通道孔也应规划路线避开，同时附属物也不应设计在此区域避免焊接造成对母材的损伤。此区域的甲板筋的透气孔，端部角隅孔也禁止开设，以此保证结构的连续和降低疲劳敏感。

2.3横撑与立柱壳体连接处关键区域特点和要求：

a）关键区出现在横撑深入壳体连接处的一节加厚板一直延伸到支撑管末端，以及支管截面处四周的壳体板、与支管连接的其他构件；应对撑管与壳体连接处的局部结构予以特别注意，并对其焊透性和应力集中现象给予足够的考虑;

b）支撑管应连续通过立柱壳体并做充分的延伸，横撑内部十字板与壳体的内部舱壁舷侧板对齐且连结成整体。

c）连接处构件尺寸应满足承受水动压力的要求。横撑在水下或半入水状态下承受波浪和海流载荷作用的区域，其局部壳体结构的尺寸应给以必要的加大加厚处理，应结合水池和有限元计算分析；

d）应力的二级释放： 1.对靠近外壳体的连接处与内部十字对位的构件，做抛物线状软趾连接处理，采用全焊透，焊接后应对趾端进行光顺打磨以消除掉所有的钝边/焊缝表面缺陷以保证连接处的结构有足够的韧性和力的快速传递，第一级释放来外在载荷的袭击。2.对位于十字隔板处的横撑端部做足够的大抛物线状软趾，以便应力的快速柔和释放，采用全焊透，焊接后应对趾端进行光顺打磨消除掉任何的钝边和焊缝表面缺陷。

   e)此处的所有焊缝都要熔透焊，焊接前需要预热焊，焊接时使用低氢焊条，需要控制层间温度，焊后需要保温缓冷，需疲劳打磨出圆角R=1/2t,横撑及相连区域板厚种类多，变化较大，一般采用居中对齐以减少错位对疲劳的影响，同时对差值大于3mm的需要1:4削斜过渡，并打磨光滑。

   f）此区域的采用F级Z35性能的钢板，焊后需100%UT&MT检查，并需要对焊缝周围的母板进行焊后层状撕裂检查。

  g) 管、机、电专业应避开此区域，不允许开孔，PMA通道孔也应规划路线避开，同时附属物也不应设计在此区域避免焊接造成对母材的损伤。

2.4 立柱与甲板包连接处关键/特殊区域特点和要求：

 a）关键区出现在连接的四个角点及立柱的中部，应对立柱与甲板包连接处的局部结构予以特别注意，并对其焊透性和应力集中现象给予足够的考虑;

b）立柱应可能连续通过甲板包的底板，同时立柱应与甲板包的内部舱壁和/或舷侧板对齐且连结成整体。对不能连续通过底板的，应将内外壳体之间增加隔舱板和采用一体式肘板连接内外壳体上筋连成整体与浮体甲板相接，以增加连接处的稳性和强调。

c) 浮体纵向布置，纵向的总体强度要比横向的好的多，因此立柱与甲板包在连接区域立柱的靠中侧后外板壁板采用了120mm-F500的钢板，立柱的前外壁使用了120mm-F500-Z35的钢板，由此可见内侧点的受力更为严峻；

d）与立柱连接的四个角点处的甲板包的底板都采用25的Z35板以应对交变载荷的侵害。

e) 此处的所有焊缝都要熔透焊，焊后需疲劳打磨出圆角R=1/2t,加厚板一般采用居中对齐以减少错位对疲劳的影响，同时对差值大于3mm的需要1:4削斜过渡，并打磨光滑。

g）此区域的采用Z35性能的钢板，焊后需100%UT&MT检查，并需要对焊缝周围的母板进行焊后层状撕裂检查

h）120mm F500的板应具有抵抗裂纹尖端开裂CTOD的特性，以超高的韧性来应对关键区域的受力，增加安全保障。

g) 管、机、电专业应避开此区域，不允许开孔，PMA通道孔也应规划路线避开，同时附属物也不应设计在此区域避免焊接造成对母材的损伤。

以上就是对半潜式生活平台关键连接处的特点的介绍和相关受力，设计原因和处理措施，以便在项目的设计和建造中给以足够的关注，来提升平台的使用寿命和安全。

参考文献：

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[3]孙东昌 海洋平台模块化设计与建造的研讨 中国海洋平台 2000年15卷

[4] 深海半潜式平台初步设计中的若干关键问题研究. 陈新权，2007