趙志娟 唐友剛 李 焱 吳植融

(1. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院 天津 300350； 2. 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300350；3. 上海交通大學(xué)高新船舶與深海開(kāi)發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心 上海 200240； 4. 中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

隨著海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的發(fā)展，邊際油田開(kāi)發(fā)勢(shì)在必行[1]。我國(guó)近海存在很多邊際油田，其主要特點(diǎn)是油田儲(chǔ)量小、遠(yuǎn)離在生產(chǎn)油田、周邊無(wú)可依托設(shè)施、開(kāi)采期短等[2]。傳統(tǒng)的油田開(kāi)采模式有 “FPSO+固定綜合平臺(tái)”、 “FPSO+水下井口”和“水下井口+浮式生產(chǎn)系統(tǒng)+FPSO”等[3]。然而，傳統(tǒng)船形FPSO不具備鉆探和完井功能，必須和水下井口或井口平臺(tái)配套使用[4]，且投入成本大、維護(hù)費(fèi)用高，對(duì)于儲(chǔ)油量較小或不明確的小油田，存在較大的投資風(fēng)險(xiǎn)[5]。

與鋼制平臺(tái)相比，混凝土平臺(tái)具有良好的抗沖擊、耐久性、造價(jià)低、易于維修等特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)成多功能、可重復(fù)使用的平臺(tái)，適合邊際油田的開(kāi)采特點(diǎn)[6]。桶形基礎(chǔ)作為一種新型的海洋平臺(tái)基礎(chǔ)，在近海邊際油田開(kāi)發(fā)中有著廣闊的應(yīng)用前景。最早的筒形基礎(chǔ)概念出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，其主要特點(diǎn)是海上安裝不需要打樁施工，可重復(fù)使用[7]。

本文借鑒混凝土平臺(tái)的特點(diǎn)、桶形基礎(chǔ)可移位的優(yōu)勢(shì)和各種新型海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路[8-16]，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型多筒式混凝土生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)(Multi-Cylinder Concrete Production Storage and Offloading，簡(jiǎn)稱MCPSO)。這是一種可重復(fù)的，集鉆修井、生產(chǎn)及儲(chǔ)存外輸一體化功能的新型邊際油田生產(chǎn)開(kāi)采儲(chǔ)油裝置，增加了鉆探、完井和移位重復(fù)使用等功能，有效降低了邊際油田開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本及開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，為海上邊際油田開(kāi)發(fā)提出了一種新的思路和技術(shù)儲(chǔ)備。由于MCPSO的外形和材料特殊，波浪載荷復(fù)雜，本文采用數(shù)值仿真模型分析了平臺(tái)受力和設(shè)計(jì)強(qiáng)度，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，指出了平臺(tái)建造中應(yīng)加強(qiáng)的部位,確保了結(jié)構(gòu)在極端載荷作用下有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備，為MCPSO的設(shè)計(jì)和建造提供了依據(jù)。

1 MCPSO結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

MCPSO基本設(shè)計(jì)原則是適用于邊際油田的開(kāi)發(fā)，提高邊際油田的開(kāi)發(fā)效益。

1.1 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

MCPSO主要由上部組塊、主體和吸力樁基礎(chǔ)等3部分組成(圖1)。上部組塊通過(guò)甲板腿固定在混凝土主體結(jié)構(gòu)上。主體由6個(gè)按圓周布局、緊密連接的單元罐組成，罐體中央形成內(nèi)外海水相連的月池結(jié)構(gòu)。相鄰單元罐的相切位置由一塊底板和頂板連接，使得6個(gè)單元罐緊密連接。頂板和底板兼作為吸力樁基礎(chǔ)和接長(zhǎng)桿的樁套筒。

圖1 MCPSO三維立體示意圖Fig .1 Three-dimensional schematic diagram of MCPSO

單元罐由混凝土外罐和一個(gè)1艙室的鋼制內(nèi)罐組成，內(nèi)罐為原油艙，內(nèi)罐底部與混凝土外罐之間為海水壓載艙(圖1)。內(nèi)外罐的直壁頂端采用滑移固定。外罐內(nèi)壁的中部環(huán)向建造牛腿，用于固定內(nèi)罐的直壁底部。內(nèi)外罐之間留有環(huán)向間隙作為隔離層，隔離層內(nèi)充滿氮?dú)狻?/p>

吸力樁基礎(chǔ)具有抗滑移和抗傾覆功能，將外界環(huán)境條件對(duì)MCPSO的作用力傳遞至海床。基礎(chǔ)包括6根吸力樁，每根吸力樁上部連接接長(zhǎng)桿，固定于接長(zhǎng)桿套筒內(nèi)，下部通過(guò)樁套筒深入海底(圖1)。海上濕式拖航過(guò)程中，吸力樁基礎(chǔ)升起并臨時(shí)固定。平臺(tái)到達(dá)預(yù)定安裝位置后吸力式基礎(chǔ)貫入海床實(shí)現(xiàn)平臺(tái)就位；搬遷時(shí)，將吸力式基礎(chǔ)拔出海床并升起，從而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的重復(fù)利用。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

雙層罐的設(shè)計(jì)充分利用了混凝土的抗屈曲、防碰撞、耐腐蝕、耐久性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，有效保護(hù)了鋼質(zhì)內(nèi)罐。鋼制內(nèi)罐儲(chǔ)油的形式，有效避免了熱油引起混凝土疲勞和開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。雙層罐設(shè)計(jì)，儲(chǔ)油罐在內(nèi)部，可保證在事故破損狀態(tài)下原油不會(huì)外泄，安全環(huán)保。

混凝土平臺(tái)結(jié)構(gòu)自身水下重量較小，靠壓載艙室的排空和壓載時(shí)，艙室液體重量的改變實(shí)現(xiàn)平臺(tái)拖航和就位。平臺(tái)儲(chǔ)油和卸油過(guò)程中，壓載艙內(nèi)的壓載海水與原油進(jìn)行等質(zhì)量置換，防止吸力樁基礎(chǔ)反復(fù)承受較大的豎向載荷。

由于重力式平臺(tái)基礎(chǔ)建造時(shí)一般要避開(kāi)松散或者較厚的軟土地基，選擇較密實(shí)的砂土地基。而混凝土平臺(tái)的吸力樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)適用于軟土地基，降低了地基的處理難度和工程量。同時(shí)，拖航過(guò)程中升起的吸力樁充當(dāng)浮筒的效果。由于吸力樁的可重復(fù)使用和混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，使得MCPSO可以搬遷重復(fù)使用，服務(wù)于多個(gè)油田。

總之，MCPSO具有自安裝、海上零調(diào)試、安全環(huán)保、可搬遷重復(fù)使用等優(yōu)勢(shì)。

1.3 建造場(chǎng)地

MCPSO平臺(tái)設(shè)計(jì)以南海烏石東部油田為例。該油田距在生產(chǎn)油田較遠(yuǎn)(約80 km)，海域水深14～28 m。MCPSO平臺(tái)下部結(jié)構(gòu)和6個(gè)吸力樁在塢內(nèi)或岸上可滑移的場(chǎng)地建造。塢內(nèi)進(jìn)水起浮出塢或者滑道滑移下水，混凝土儲(chǔ)罐和吸力樁形成的氣浮艙共同提供浮力，水線面慣性矩保證穩(wěn)性。然后在碼頭漂浮安裝上部組塊，建造完成后濕拖至油田。如果吃水超過(guò)航道水深，需要加臨時(shí)浮筒。MCPSO平臺(tái)拖航狀態(tài)時(shí)總質(zhì)量約為4.8×104t，吸力樁充氣狀態(tài)下拖航吃水約為12 m。根據(jù)目標(biāo)油田地理位置，可以就近選擇廣西的北海鐵山港和防城港[17]作為建造場(chǎng)地。

1.4 原油外輸

多筒式混凝土生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)設(shè)計(jì)儲(chǔ)油量為2.3×104t。卸油頻率取決于油田的產(chǎn)油量、平臺(tái)儲(chǔ)油量和外輸油輪噸位。初步設(shè)計(jì)采用2.5×104t外輸油輪，對(duì)于100×104t級(jí)油田，外輸周期約為7 d；對(duì)于50×104t級(jí)油田，外輸周期約為2周；對(duì)于日產(chǎn)量為1 000 t的油田，3周外輸一次即可。如果外輸油輪噸位較小，則可增加卸油頻率?？傊?，必須保證平臺(tái)在實(shí)際儲(chǔ)油量增至設(shè)計(jì)儲(chǔ)油量之前卸油，從降低外輸操作成本角度考慮，應(yīng)盡可能采用儲(chǔ)油量大的外輸油輪，降低卸油頻率。

2 平臺(tái)有限元數(shù)值分析

MCPSO的主要載荷條件為波浪力。本文采用ANSYS軟件研究MCPSO在不同的波浪力作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和鋼結(jié)構(gòu)的Von Mises應(yīng)力分布情況，以確定影響結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的主要因素，并分析鋼制內(nèi)罐和混凝土罐之間的受力特征。

2.1 水動(dòng)力模型

采用ANSYS商業(yè)軟件建立MCPSO的三維數(shù)值模型，基于三維勢(shì)流理論計(jì)算作用于MCPSO表面的波浪力。固定式平臺(tái)MCPSO受到的輻射波浪力為零，因此MCPSO受到的波浪力主要由入射波浪力(Froude-Krylov力)和繞射波浪力組成。選擇不同的波浪頻率和入射角進(jìn)行波浪搜索，得到MCPSO在給定的波浪方向、周期和波浪頻率下的波浪力。應(yīng)用AQWA-WAVE軟件，將AQWA-LINE計(jì)算的結(jié)果以面壓力的形式轉(zhuǎn)換成APDL載荷命令流，以壓力和加速度的形式映射到結(jié)構(gòu)有限元模型中，得到MCPSO在設(shè)計(jì)波作用下的波浪力[18]。

2.2 MCPSO有限元模型

應(yīng)用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件建立結(jié)構(gòu)有限元模型。主要采用SOLID65、SHELL63、MPC184 和 MASS21等4種單元，將混凝土視為無(wú)裂縫的均質(zhì)彈性體，采用ANSYS提供的SOLID65單元(三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元)來(lái)模擬MCPSO的混凝土結(jié)構(gòu)，單元?jiǎng)澐忠杂?jì)算精度較高的六面體單元為主。采用板殼單元SHELL63來(lái)模擬鋼結(jié)構(gòu)，單元?jiǎng)澐忠运倪呅螁卧獮橹?。上部組塊質(zhì)量約1×104t，用MASS21單元模擬，簡(jiǎn)化成質(zhì)量塊作用于其重心位置。上部組塊和主體之間的剛性約束用MPC184單元來(lái)模擬，實(shí)現(xiàn)載荷約束點(diǎn)與有限元模型的連接，起到傳力作用，用來(lái)傳遞上部組塊的重力載荷和風(fēng)載荷。SHELL單元和SOLID單元連接區(qū)域使用MPC單元連接，保證有限元模型的連通性一致。按照吸力式樁的實(shí)際位置，在底部樁套筒處施加固定約束。

2.3 材料參數(shù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

MCPSO采用的鋼強(qiáng)度等級(jí)為D36，鋼材密度7 850 kg/m3,楊氏模量210 GPa,泊松比0.3，屈服強(qiáng)度355 MPa，自存工況許用應(yīng)力312 MPa?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40，混凝土密度2 300 kg/m3，楊氏模量3.3 GPa，泊松比0.2,設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度2.15 MPa，抗壓強(qiáng)度23 MPa[19]。

2.4 環(huán)境條件和載荷工況

數(shù)值分析時(shí)主要考慮平臺(tái)所受到靜水壓強(qiáng)、重力加速度、波浪載荷、風(fēng)載荷、艙室液體載荷和氣相空間壓力。艙室液體載荷和氣相空間壓力以面壓力的形式施加，由于海流引起的環(huán)境荷載較穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生明顯影響，所以這部分荷載在分析中暫不予考慮[20]。

選擇百年一遇極限海況作為多筒式可搬遷儲(chǔ)油平臺(tái)的設(shè)計(jì)海況。有義波高8.8 m，對(duì)應(yīng)的波浪周期為10.3 s，設(shè)計(jì)工作水深22 m。風(fēng)載荷為定常力作用在上部組塊重心位置。

液體載荷根據(jù)平臺(tái)的裝載狀態(tài)分為滿載和空載兩種，以艙內(nèi)液體占艙容的比例來(lái)描述艙內(nèi)裝載狀態(tài)。滿載時(shí)原油艙內(nèi)裝載97%原油，壓載艙內(nèi)有3%的壓載海水；壓載時(shí)原油艙留有3%的原油，壓載艙除了原來(lái)的3%的海水外，又增加了相當(dāng)于94%原油質(zhì)量的壓載海水，以保持艙室內(nèi)部載荷不變。MCPSO艙內(nèi)氣相空間表壓為0.06 MPa，混凝土和鋼制內(nèi)罐之間的隔離層氮?dú)獗韷簽?。液體載荷以面壓力形式施加到有限元模型中。

平臺(tái)受到的波浪力根據(jù)不同的環(huán)境條件分為靜水工況和波浪工況，選取0°、45°和90°入射角作為主要的波浪方向(圖2)，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度最不利的載荷組合工況作為設(shè)計(jì)工況(表1)。

圖2 MCPSO波浪方向示意圖Fig .2 Schematic diagram of wave direction of MCPSO表1 MCPSO設(shè)計(jì)工況組合Table 1 Design condition combination of MCPSO

組合工況工況描述工況1壓載+靜水+0°波浪 工況2壓載+靜水+45°波浪工況3壓載+靜水+90°波浪工況4滿載+靜水+0°波浪 工況5滿載+靜水+45°波浪工況6滿載+靜水+90°波浪

3 算例分析

針對(duì)南海某邊際油田開(kāi)采初步確定平臺(tái)的主尺寸(圖3、表2)。對(duì)不同工況下MCPSO準(zhǔn)靜力分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。

圖3 MCPSO尺寸示意圖(單位：m)Fig .3 Diagram of MCPSO dimension(unit:m)表2 MCPSO的主尺度Table 2 Principal dimension of MCPSO

參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值吸力樁直徑/m14.0拱頂高度和直徑比0.5接長(zhǎng)桿直徑/m3.0空船質(zhì)量/104t4.8混凝土單元罐直徑/m25.0儲(chǔ)油量/104t2.3混凝土單元罐厚度/m0.5滿載/壓載質(zhì)量/104t7.1儲(chǔ)油罐直徑/m23.6設(shè)計(jì)吃水/m22.0鋼板厚度/mm28.0

3.1 波浪載荷分析

根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸建立MCPSO固定式平臺(tái)的波浪載荷計(jì)算模型(圖4)，模型中藍(lán)色部分表示MCPSO水下部分的勢(shì)表面單元。導(dǎo)入AQWA-LINE計(jì)算MCPSO的波浪載荷，得到給定的波浪方向、周期和波浪頻率下MCPSO的波浪載荷(圖5);再通過(guò)AQWA-WAVE將計(jì)算的波浪載荷轉(zhuǎn)換成面壓力的形式加載到MCPSO的有限元模型中(圖6)。

圖4 MCPSO三維波浪載荷計(jì)算模型Fig .4 Three-dimensional wave load analysis model of MCPSO

圖5 MCPSO平臺(tái)X方向波浪力變化曲線Fig .5 Wave force of surge of MCPSO

圖6 MCPSO波浪力分布云圖(單位:N)Fig .6 Distribution of wave force of MCPSO(unit:N)

3.2 MCPSO結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果

研究波浪力作用下MCPSO不同位置的應(yīng)力特性，給出滿載工況不同浪向時(shí)混凝土外罐(罐頂除外)主拉應(yīng)力云圖(圖7)。由圖7可以看出，波浪能量主要集中在水線面位置附近，因此罐體配筋設(shè)計(jì)時(shí)須著重關(guān)注混凝土平臺(tái)水線面位置附近。

由不同工況時(shí)不同位置的拉壓應(yīng)力極值對(duì)比(圖8)可見(jiàn)，混凝土底板應(yīng)力主要受裝載情況的影響，滿載時(shí)底板的壓應(yīng)力明顯比空載大，分析結(jié)果與實(shí)際相符,因此混凝土底板配筋設(shè)計(jì)時(shí)須根據(jù)艙容和壓載艙裝載情況進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。樁套筒的應(yīng)力分布受到裝載情況和波浪載荷雙重影響，整體受到的壓應(yīng)力較小，滿足規(guī)范要求。但是樁套筒受到的拉應(yīng)力較大，須根據(jù)規(guī)范進(jìn)行重點(diǎn)校核。由圖7可以看出，相同裝載情況，X向波浪載荷引起的拉應(yīng)力極值比45°方向和Y向的拉應(yīng)力極值大。綜上分析可見(jiàn)，波浪方向?qū)短淄驳睦瓚?yīng)力影響明顯。

圖7 不同工況下MCPSO主拉應(yīng)力分布(單位：Pa)Fig .7 Main tensile stress distribution and location of MCPSO at different loading comditions(unit:Pa)

圖8 不同工況時(shí)不同位置的MCPSO拉壓應(yīng)力極值對(duì)比Fig .8 Extreme value of tensile stress and compressive stress at different loading conditions and locations for MCPSO

由結(jié)構(gòu)在無(wú)波浪載荷作用下壓載和滿載工況下牛腿主壓應(yīng)力云圖(圖9)可見(jiàn)，滿載工況下牛腿受到的主壓應(yīng)力較壓載工況普遍增大,但是壓應(yīng)力極值和位置變化不大。這說(shuō)明牛腿強(qiáng)度足以承受內(nèi)罐載荷，且具有較大的安全裕度，而牛腿自重是影響牛腿極值的主要因素。

由不同工況下內(nèi)罐Von Mises應(yīng)力云圖對(duì)比(圖10)可見(jiàn)，工況1、工況2和工況3的內(nèi)罐應(yīng)力分布基本相同，工況4、工況5和工況6的內(nèi)罐應(yīng)力分布基本相同。取不同工況下內(nèi)罐中縱剖面Von Mises應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比(圖11),由于6種工況內(nèi)罐頂端始終存在3%的氣相空間，載荷情況始終保持不變，因此6條曲線在兩端完全重合，符合實(shí)際情況。可見(jiàn)，裝載情況是影響內(nèi)罐應(yīng)力分布的主要因素，外部波浪載荷變化對(duì)內(nèi)罐應(yīng)力分布不產(chǎn)生影響。此外，值得注意的是內(nèi)罐直壁上下過(guò)渡區(qū)域應(yīng)力較大，出現(xiàn)極值的主要原因在于有限元網(wǎng)格在該過(guò)渡區(qū)域出現(xiàn)突變?cè)斐傻膽?yīng)力集中。

圖9 不同裝載情況下MCPSO牛腿壓應(yīng)力云圖 對(duì)比(單位：Pa)Fig .9 Main press stress nephogram of corbel at different loading conditions of MCPSO(unit:Pa)

圖10 不同工況下MCPSO內(nèi)罐Von Mises 應(yīng)力云圖對(duì)比(單位：Pa)Fig .10 Von Mises stress nephogram of inner tank at different load cases of MCPSO(unit:Pa)

圖11 MCPSO內(nèi)罐中縱剖面上Von Mises 應(yīng)力云圖對(duì)比Fig .11 Contrast of Von Mises stress at inner tank longitudinal section of MCPSO

綜上所述，影響混凝土外罐應(yīng)力分布的主要因素有波浪方向和壓載，須根據(jù)不同位置受力情況進(jìn)行強(qiáng)度校核和配筋設(shè)計(jì);影響內(nèi)罐應(yīng)力分布的主要因素是裝載情況，與波浪力無(wú)關(guān)。這表明MCPSO的混凝土外罐對(duì)鋼制內(nèi)罐起到有效的保護(hù)作用，避免了內(nèi)罐受到波浪載荷的直接影響，而且其獨(dú)特的“罐中罐”艙室設(shè)計(jì)使得結(jié)構(gòu)受力路徑清晰，充分發(fā)揮內(nèi)外罐各自結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，MCPSO鋼制內(nèi)罐的最大應(yīng)力為108 MPa，小于許用應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范強(qiáng)度要求；MCPSO混凝土外罐的最大壓應(yīng)力為7.5 MPa，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)強(qiáng)度。因此，MCPSO整體設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度滿足規(guī)范設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度。此外，樁套筒局部出現(xiàn)拉應(yīng)力較大的地方(圖12)，主要出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)線性突變的位置，引起應(yīng)力較大的主要原因是應(yīng)力集中，建造中對(duì)樁套筒與主體連接位置進(jìn)行適當(dāng)過(guò)渡和鋼筋加密布置可以降低局部應(yīng)力，從而避免主體和樁套筒連接位置受拉開(kāi)裂。

圖12 MCPSO樁套筒局部拉應(yīng)力云圖(單位：Pa)Fig .12 Tensile stress nephogram of locality of pile sleeve of MCPSO(unit:Pa)

3.4 上部組塊及接長(zhǎng)桿的影響

MCPSO主體的頂板應(yīng)力較大的區(qū)域主要分布在上部組塊的16條甲板腿的位置，且應(yīng)力變化范圍和分布位置隨著載荷工況的不同基本不發(fā)生改變(圖13)。由此可見(jiàn)，上部組塊作用是產(chǎn)生較大應(yīng)力的主要原因，配筋設(shè)計(jì)時(shí)須對(duì)甲板腿周?chē)M(jìn)行著重考慮和局部加強(qiáng)設(shè)計(jì)，避免由于上部組塊重力和風(fēng)載荷引起的甲板腿位置失效。

圖13 MCPSO上部組塊對(duì)主體的影響(單位：Pa)Fig .13 Influence of the topside on the main body of MCPSO(unit:Pa)

此外，由于MCPSO主體在兩個(gè)單元罐過(guò)渡連接位置附近應(yīng)力較高(圖14)，因此合理的過(guò)渡和配筋設(shè)計(jì)可以有效增強(qiáng)混凝土罐體單元罐過(guò)渡位置的強(qiáng)度，從而避免局部波浪載荷增大引起的結(jié)構(gòu)失效。

圖14 MCPSO高應(yīng)力區(qū)分布(單位：Pa)Fig .14 Distribution of high stress area of MCPSO(unit:Pa)

4 結(jié)論

1) 針對(duì)海上邊際油田的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，利用混凝土材料和鋼材各自的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了多筒式混凝土生產(chǎn)儲(chǔ)卸油平臺(tái)(MCPSO)。MCPSO綜合發(fā)揮了混凝土材料、鋼材和吸力式樁基各自的優(yōu)勢(shì)，是一種自安裝、海上零調(diào)試、安全環(huán)保、可搬遷重復(fù)使用的海上油氣開(kāi)采裝置，從材料、施工、安裝等各層面降低了邊際油田的開(kāi)采成本，為海上邊際油田的開(kāi)發(fā)提供了一種靈活經(jīng)濟(jì)的工程設(shè)施和技術(shù)存儲(chǔ)。

2) 基于ANSYS有限元軟件，建立了MCPSO的波浪載荷計(jì)算模型和有限元模型，對(duì)平臺(tái)的應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。數(shù)值分析結(jié)果顯示，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化受到波浪載荷方向和壓載的共同影響，結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)滿足規(guī)范設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理；下一步的工作將在滿足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上優(yōu)化結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)的部位和結(jié)構(gòu)尺寸，以期在滿足強(qiáng)度要求的前提下盡量減輕結(jié)構(gòu)重量。混凝土外罐對(duì)鋼制內(nèi)罐起到有效的保護(hù)作用，避免了內(nèi)罐受到波浪載荷的直接影響，而且其獨(dú)特的“罐中罐”艙室設(shè)計(jì)使得結(jié)構(gòu)受力路徑清晰，充分發(fā)揮內(nèi)外罐各自結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。上部組塊甲板腿與主體頂板連接位置應(yīng)力較高，接長(zhǎng)桿和罐體之間的遮蔽效應(yīng)引起罐體相切位置局部波浪力增大，底部連接板和單元罐連接位置應(yīng)力集中產(chǎn)生較高的應(yīng)力，因此配筋設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)甲板腿位置與頂板連接位置、樁套筒與主體過(guò)渡連接位置和罐體相切位置進(jìn)行局部加強(qiáng)。