1、第 31 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.31 No.1Jan.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言近年来，随着全球经济危机和新冠肺炎疫情等因素的影响，海工新造平台数量在不断减少，而市场作业需求种类在增加，因此许多船东为了节约运营成本，对已有的旧平台进行改造来满足不同的市场需求。大部分平台改造后其载重量都会有所增加，相应的其动力和系泊系统及拖曳系统等都会发生改变。带缆桩是平台系泊系统的重要设备，在平台进行系泊作业时，承受系缆索传递的外部载荷1。因此，带缆桩及其加强结构能否满足改造后平台的系泊要求直接影响
2、平台系泊的安全性能。程玉芹等2-4对驳船、散货船及不同类型带缆桩的和加强结构强度计算校核等问题进行研究，提出了一些提高带缆桩承载能力的建议及带缆桩的校核准则。系泊设备主要是指船舶正常系泊作业时所使用的带缆桩与缆柱、系缆器、立式滚轮、以及用于正常拖带作业的拖桩、拖缆孔等设备。支撑结构是指位于设备之下，用来直接承受和传递作用在设备上载荷的船体局部结构。当船舶在系泊作业时，由于所在作业海域环境载荷、波浪特征参数的不确定性，系泊缆绳出绳方向也存在不唯一性，这些因素均可能导致带缆桩或导缆孔及其支撑结构受到比较大的载荷作用。为保证船舶安全使用的要求，需要对系泊设备的船体支撑结构进行有限元强度分析。通常，用
3、于系泊和拖带的舾装件为标准件，在船舶设计改造平台系缆桩及周围结构强度分析周立师，孙元璋，朱凡述，欧书博，张 东，朱宝会（招商局金陵船舶（威海）有限公司,山东 威海 264200）摘 要：平台改造会带来动力和载重量的变化，继而会影响到平台系泊系统的性能。系缆桩是平台系泊系统的重要设备，用来承受系缆索传递的外部载荷。因此，有必要对平台改造后带缆桩及周围结构进行有限元强度计算分析，确保平台系泊系统满足使用要求。本文以某自升式钻井平台加桩靴改造后的尾部甲板带缆桩为研究对象，通过 SESAM 有限元分析软件对带缆桩及其加强结构进行强度分析，为改造平台系泊系统的安全性能提供参考。关键词：改造平台；带缆桩；
4、加强结构；结构强度中图分类号：U662 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.01.008引用格式周立师,孙元璋,朱凡述,等.改造平台系缆桩及周围结构强度分析 J.船舶物资与市场,2023,31(1):23-25.收稿日期：2022-10-31基金项目：2021 年度山东省重点研发计划资助项目（2021XSGC010702）作者简介：周立师（1986-），女，硕士，工程师，研究方向为船舶结构有限元计算分析。中根据规范选取，能够满足结构的强度要求，因此只需分析系泊设备及其周围支撑结构的强度5。本文以某自升式钻井平台加桩靴改造后的尾部甲板带缆桩为研究对象，通过
5、SESAM 有限元分析软件对带缆桩及其加强结构进行强度分析，为改造平台系泊系统的安全性能提供参考。1 带缆桩结构及布置本改造平台带缆桩结构主体为薄壁圆筒，底座为矩形，底座内部有对缆桩筒体加强的结构，如图 1 所示。一般甲板空间充足的平台或者船舶会选用此种形式的带缆桩，其底座可与甲板面直接焊接，强度也比较大，但对于甲板空间有限的平台或者船舶来说，这种布置会比较困难。本平台甲板尾部带缆桩的布置如图 2 所示。图 1 带缆桩立体结构图船舶物资与市场第 31 卷 第 1 期 24 图 2 甲板尾部带缆桩布置图2 有限元模型及载荷2.1 有限元模型通过 SESAM 软件对带缆桩及甲板结构进行仿真模拟计算
6、（见图3）。模型坐标采用笛卡尔右手坐标系，采用3节点和 4 节点板壳单元模拟带缆桩及其加强结构，网格尺寸约为 100 mm100 mm，结构的边界条件为铰支。考虑到结构为左右舷对称，本文仅对一侧带缆桩及加强结构进行建模和强度分析。（a）整体模型（b）带缆桩模型图 3 有限元模型2.2 载荷及工况带缆桩安全工作载荷的确定一般与 2 个因素有关：一个是带缆桩的系缆方式，一个是与舾装数要求相对应的系泊索的破断负荷。常见的系缆方式有 2 种，即 8 字系缆和绳圈系缆（见图 4），不同的系缆方式对应的带缆桩强度校核的载荷不同6。对于 8 字系缆方式，带缆桩所受外力为 2 倍的系泊索力；而绳圈系缆方式带缆
7、桩所受的外力等于系泊索力。本平台系缆方式为绳圈系缆，平台改造后满足舾装数要求的系泊索最小破断负荷为 362 kN。根据钢质海船入级与建造规范7和拖航指南的要求，取 1.25 倍系泊索破断负荷作为带缆桩的强度校核载荷，即452.5 kN，施加在带缆桩挡板高度上（见图 5）。系泊索作用在带缆桩上的力会随其作业角度的改变而有所不同，因此在本计算中为了找到带缆桩受力最危险的情况，以每 30为 1 个工况，共 7 种工况进行了有限元强度计算分析。图 5 载荷施加示意图3 校核标准板单元的应力校核标准是：eq s，（1）式 中 ：eq为等效应力，eq=2 x+2 y-xy+3 2 xy，N/mm2，取板单
8、元形心处的中面应力值计入校核计算。x为单元 x 方向的应力，N/mm2；y为单元 y 方向的应力，N/mm2；xy为单元 xy 平面的剪应力，N/mm2；s为许用应力。带缆桩结构用钢为 Q235，屈服强度 235 MPa，其校核标准为：eq s=235 MPa。（2）加强结构用钢为 AH36，屈服强度 355 MPa，其校核标准为：eq s=355 MPa。（3）4 结果分析根据建好的有限元分析模型计算出的带缆桩及加强图 4 系缆方式FF（a）8 字式（b）绳圈式第 1 期 25 周立师，等：改造平台系缆桩及周围结构强度分析结构的最大应力值和校核结果如表 1 所示。可以看出，本平台改造后其带缆
9、桩及其加强结构带缆桩在工况 2 受力最大，最大等效应力值为 131.8 MPa，小于其许用应力 235 MPa，满足结构强度要求；加强结构及平台结构在工况 3 受力最大，最大等效应力值为 266.2 MPa，小于其许用应力 355 MPa，满足结构强度要求。图 6 为带缆桩受力最大工况下各结构的等效应力分布图。（a）（b）（c）图 6 带缆桩受力最大工况下各结构的等效应力分布图表 1 应力校核结果工况结构最大应力值/MPa许用应力值/MPa结果LC1（0）带缆桩106.3235ok加强结构175.6355ok平台结构102.8355okLC2（30）带缆桩131.8235ok加强结构248.1
10、355ok平台结构77.9355okLC3（60）带缆桩106.2235ok加强结构266.2355ok平台结构98.9355okLC4（90）带缆桩110.5235ok加强结构227.2355ok平台结构121.4355okLC5（120）带缆桩129.0235ok加强结构148.1355ok平台结构117.4355okLC6（150）带缆桩107.1235ok加强结构150.0235ok平台结构129.7235okLC7（180）带缆桩100.7235ok加强结构174.1355ok平台结构103.1355ok5 结语平台进行系泊作业时，其带缆桩及周围的船体支撑结构会受到较大载荷的作用，所
11、以，在平台改造中要对带缆桩及其周围结构强度进行全面详细的受力分析，保证带缆桩及其周围结构具有足够大的强度，从而保证改造平台系泊作业过程中的安全。参考文献：1闫小顺,汤刚,骆伟,等.嵌入式带缆桩甲板加强结构设计J.船海工程 2021,50(1):30-33.2 程玉芹,王朝.250 m 甲板驳船带缆桩及其支撑结构强度分析 J.淮海工学院学报(自然科学版),2014,23(3):21-23.3 谭银朝,刘国平,李国强.54000DWT 散货船船体拖带与系泊设备支撑结构的有限元强度分析 J.浙江海洋学院学报(自然科学版),2015,34(3):296-300.4 张冠楠,孙慧莉.系泊设备及结构加强的规范分析及应用 J.船舶设计通讯,2014(2):78-81.5 闫晋辉,罗桂山.系泊拖带设备船体加强结构的强度分析 J.浙江海洋学院学报(自然科学版)2017,36(1):34-41.6 倪伟平.带缆桩系缆模式及强度校核原则分析 J.船舶设计通讯,2018(2):10-14.7 中国船级社.钢质海船入级与建造规范 2018S.北京人民交通出版社,2018.
