В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе.

Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе.

Инженерно-строительный факультет

Кафедра

«Морские и воднотранспортные сооружения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе»

Выполнил : Захаров П. П.

Проверил : Шхинек К.А.

Санкт-Петербург 2003

Задание.

Море Охотское Н,м 200 L,м 80 B,м 40 h,м 11 M,т 18000 L,км 1110/800 Ветер t,ч 14/8 W,м/с 13/24 Течение V,м/с 0,6/1,0 Количество понтонов 2 Количество колон на одном понтоне 3 Диаметр колон D,м 11

Введение

Освоение континентальных шлейфов связано с необходимостью строительства глубоководных гидросооружений на глубинах до 200 м. и значительно более. Такие сооружения подвергаются интенсивному воздействию волнения, ветров, течений.

Выделяют две основные группы сооружений на шельфах: стационарные сооружения и плавучие. Плавучие сооружения включают в себя полупогруженные морские платформы и буровые суда.

Целью данного проекта является определение основных характеристик буровой платформы и действующих на нее нагрузок. На основании этих данных производятся необходимые расчеты и проверки.

1. Параметры волн

Основные параметры волн рассчитаны в прил.1 и сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Режим Vw ,м/с L, км t, час , с , м ,м h1%, м h0.1%, м бурение 16 300 14 6,5 2 65,9 4,8 5,9 выживание 20 500 12 8,6 3,7 115,4 8,9 10,9 1,2=7,8с, =94,9м; 0,8=5,2с, =42,17м.

2. Основные размеры установки

В прил.2 определены следующие параметры:

Т=6,6 м –высота понтона

H1=6,1м. – осадка понтона при транспортировке

Ln=104 м – длина понтона

Bп=15,25м – ширина понтона

=6,9м. - клиренс

lk=16,4 м. высота колонн

3. Нагрузки действующие на установку

Ветровая нагрузка определена в прил.3 для двух направлений ветра, для режимов бурения и выживания.

При направлении ветра вдоль установки:

Pбур=329 кН

Pвыш=514 кН

При направлении ветра поперек установки:

Pбур=446 кН

Pвыш=698 кН

Нагрузка от течения определена в прил.4 для двух режимов:

=931,2кН

=931,2 кН

Волновая нагрузка рассчитана в прил.5 для режима бурения, волны 1%

обеспеченности, для трех периодов.

, с 5.2 6.5 7.8 Pвол, кН 10461,3 9148,1 6987,1

4. Расчет системы стабилизации

Полупогруженные морские платформы удерживаются на штатных местах акватории обычно якорными системами (пассивная система стабилизации).

Якорная система включает в себя: якорные связи и якоря.

Якорная связь: 2 цепи калибра К 62мм с каждого борта. Расчет системы заякорения показал, что для режима бурения выполняются следующие условия:

1) цепь не порвется от действия нагрузок (статической и динамической);

2) перемещение (предельное) в заданных пределах:

? х = 9,8 м ? (0,05 – 0,07) Нм = 10 м.

Для работы в режиме выживания необходимо увеличить количество цепей с каждого борта.

5. Расчет прочности понтона

Каждый понтон разделен продольными и поперечными переборками. Продольные ребра жесткости расположены через 0,5 м.; через 4,2 м. расположены шпангоуты; с шагом 14 м. стоят переборки.

Толщина всех элементов понтона 1,5 см.

Расчет прочности понтонов сводится к проверке условий:

?=119 ? [?] = 195 Мпа;

? =126,8>[?] = 117 Мпа.

Для рассматриваемой буровой платформы ? = 119 Мпа, условие прочности выполняется. Напряжение ? = 126,8 Мпа и превышает допустимое на 8%.

6. Расчет остойчивости

В прил.8 произведен расчет остойчивости.

Остойчивость установки обеспечена в режимах буксировки и бурения.

Для режима бурения определен угол наклона

=0,320 <[?]=3°

Приложение 1. Определение параметров волн

Параметры волн определяются для режимов бурения и выживания по граф. рис 1 стр. 32[1] находятся значения среднего периода волны и средней высоты волны по величинам и ,

Режим бурения:

==11484

по графику =4,0

=0,08

по величине =

по графику =4,8

=0,11

Выбираем наименьшие значения:

=6,5с =2,0м

1,2=7,8с

0,8=5,2с

Найдем среднюю длину волны

==

=94,9м для 1,2.

=42,17м для 0,8.

Определим высоты волн обеспеченностью 0,1% и 1%

Найдем коэф. ki= по графику рис. 2 стр.33[1]

k0.1%=2,95 h0.1%=2,95*2,0=5,9м

k1%=2,4 h1%=2,4*2,0=4,8м

Режим выживания

==21168

по графику =4,2

=0,09

=8,6с =3,7м

Средняя длина волны:

==

Высоты волн обеспеченностью 0,1% и 1%:

k0.1%=2,95 h0.1%=2,95*3,7=10,9м

k1%=2,4 h1%=2,4*3,7=8,9м

Приложение 2. Определение основных размеров установки.

Определим ширину понтона и его осадку из системы уравнений:

M – масса установки, 18000т.

Lп – длина понтона, 104м.

- коэф. полноты 0,9м.

H1=6,1м Bп=15,25м

Высота понтона

Т=H1+0.6м=6,1+0,6=6,6м

Клиренс:

Высота подводной части колонн:

l1=0.1=0.1*94,9=9,5 м

Высота колонн:

lk=l1+=9,5+6,9=16,4м

Приложение 3. Определение ветровой нагрузки

Ветровая нагрузка определяется для двух направлений ветра для режимов бурения и выживания по формуле:

P=0,625V2*10-3*

где

V – скорость ветра

Аi – проекция площади обтекаемого элемента на направление перпендикулярное ветру.

k3i – коэффициент зоны;

k- коэф. формы; 1–для колонн, 1,2- для прочего

k - коэф. взаимного влияния, Kв=

Определим нагрузку при направлении ветра вдоль сооружения:

zi, м Элемент Аi ,м2 k3i k k Aik3ikk 0-10 I ряд колонн

II ряд колонн

III ряд колонн

верх. строение 151,8

151,8

151,8

124 1,0

1,0

1,0

1,0 1,0

1,0

1,0

1,2 1,0

0,7

0.5

1,0 151,8

106,3

75,9

148,8 10-20 верх. строение

надстройка

вышка 316

52

18,5 1,25

1,25

1,25 1,2

1,2

1,2 1,0

1,0

1,0 474

78

27,75 20-40 надстройка

вышка 319,2

141 1,5

1,5 1,2

1,2 1,0

1,0 574,56

253,8 40-60 вышка 77,4 1,7 1,2 1,0 151,8 60-70 вышка 5,9 1,85 1,2 1,0 13,1

Нагрузка в режиме бурения:

Pбур=0,625*162*10-3*2055,8=329 кН

Нагрузка в режиме выживания:

Pвыш=Pбур()2=329()2=514 кН.

Определим нагрузку при направлении ветра поперек сооружения:

zi, м Элемент Аi ,м2 k3i k k Aik3ikk 0-10 I ряд колонн

II ряд колонн

верх. строение 227,7

227,7

248 1,0

1,0

1,0 1,0

1,0

1,2 1,0

0,96

1,0 227,7

218,6

297,6 10-20 верх. строение

верт. площадка

надстройка

вышка 632

80

42

18,5 1,25

1,25

1,25

1,25 1,2

1,2

1,2

1,2 1,0

1,0

1,0

1,0 952,5

120

63

27,75 20-40 надстройка

вышка 258

141 1,5

1,5 1,2

1,2 1,0

1,0 464,4

253,8 40-60 вышка 77,4 1,7 1,2 1,0 151,8 60-70 вышка 5,9 1,85 1,2 1,0 13,1

Нагрузка в режиме бурения:

Pбур=0,625*162*10-3*2790,25=446 кН

Нагрузка в режиме выживания:

Pвыж=446(20/16)2=697,6 кН

Приложение 4. Определение нагрузки от течения.

Нагрузка от течения определяется для режимов бурения и выживания по формуле:

Pт=; где

- плотность воды

Uт – коэф. формы: 1- для колонн; 1,2 – для понтонов

Ai – площадь элемента в проекции перпендикулярной течению

Нагрузка в режиме бурения :

Нагрузка в режиме выживания:

Приложение 5. Определение волновой нагрузки.

Волновая нагрузка определяется для режима бурения, для волн обеспеченностью 1%. Нагрузка рассчитывается для трех периодов ; 0,8 и 1,2.

Линейная нагрузка на колонны определяется по формуле:

q=qi,maxxi+qmax где

и - инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн.

и - коэф. сочетания инерционного и скоростного компонентов линейной нагрузки, принимаемые по графикам рис.18 стр. 11 [1].

; ; где

b – размер преграды по нормали к лугу волны , диаметр колонны 11м.

- коэф. принимаемый по табл.13 стр.9 [1]; =1,0.

и - коэф. линейной нагрузки от волн, принимаемые по графикам рис.19 стр. 12[1] .

и - инерционный и скоростной коэф. формы преграды, принимаемые по графикам рис.17 стр.10 [1], =1,0

Если qi,max2, то скоростной компонентой пренебрегают.

,с , м z, м zrel h/? qi,max q, кН/м Q, кН 5,2 42,2 1,58 0,993 0,9 0,114 599,8 0,6 359,9 4,74 0,981 0,7 0,114 466,5 0,6 279,9 2457,5 7,9 0,968 0,45 0,114 299,9 0,6 137,9 6,5 66 1,58 0,993 0,9 0,072 378,8 0,8 303,1 4,74 0,981 0,7 0,072 294,6 0,8 235,7 2181,3 7,9 0,968 0,45 0,072 189,4 0,8 151,5 7,8 95 1,58 0,993 0,9 0,05 263,1 0,95 210,5 4,74 0,981 0,7 0,05 204,6 0,95 163,7 1514,9 7,9 0,968 0,45 0,05 131,5 0,95 105,2 Qi, (?= 0,8? ) = 2457,5·3=7372,5кН Qi, (?= ? ) = 2181,3·3=6543,9кН Qi, (?=1,2 ?.) = 1514,9·3=4544,7кН

Горизонтальная линейная нагрузка на понтон определяется по формуле:

Px,max=Pxixi+;

где Pxi и - инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей линейной нагрузки

;

;

b – высота понтона b=6,7м

=1; =1,0.

, с , м z, м z h/? Pxi, кН/м Px,max кН/м P,кН 5,2 42,2 12,85 0,948 0,2 0,114 49,5 0,6 29,7 3088,8 6,5 66 12,85 0,948 0,2 0,072 31,3 0,8 25,04 2604,2 7,8 95 12,85 0,948 0,2 0,05 21,7 0,95 20,6 2142,4

Суммарная волновая нагрузка

, с 5.2 6.5 7.8 Pвол, кН 10461,3 9148,1 6987,1

Приложение 6. Расчет системы стабилизации.

Определение калибра цепи. Будем считать, что все цепи натянуты одинаково, количество цепей симметрично и в каждом узле N = 1.

Статическую нагрузку в режиме бурения Рб для определения калибра цепей найдем следующим образом:

Рб = Ртеч + 1,1· Рвет =931,2+1,1· 446 = 1421,8 кН

В первом приближении:

, (1)

где N – количество цепей, N = 1 следовательно = 1;

Fх – усилие в цепи; = 1,25;

= 2 – коэффициент неравномерности;

Следовательно, в первом приближении усилие в цепи Fх будет равно:

.

Калибр цепи определим как f(q) из условия:

Fmax – qH + Fx ? [F], (2)

Где q – погонный вес цепи в воде.

Зададимся К =77 мм, тогда q = 1,11 кН/м, [F] = 2110 кН. Условие (2) выполняется:

Fmax = 1,11·200+1777,25 кН =1999,25кН? [F] =2100 кН.

Окончательно принимаем: К = 77 мм.

Определим горизонтальную проекцию цепи и усилия в левой и правой цепи одного борта.

Определим горизонтальную проекцию цепи хя по формуле:

хя = l + хк, (3)

где l – участок цепи параллельный поверхности воды:

l = Sn – Sm , (4)

где Sn - длина висящего участка цепи в предельном положении, м;

Sm - длина висящего участка цепи в текущем положении, м;

хк - горизонтальная проекция висящего участка цепи:

хк = а·arch [(Н + а)/а] (5)

где а – цепной параметр, определяемый по формуле:

а = Fx / q , (6)

где q = 1,11 – погонный вес цепи (калибра К = 77 мм.) в воде.

Длина висящего участка цепи Sn и Sm определим по формуле:

Для промежуточных значений Fх найдем значения хя , составим таблицу№5. По данным этой таблицы построим графики зависимости F = f(xя) и Fx = f(xя).

Таблица №5

Fx a S хк l ? F xя 1777,3 1601,2 824,9 792,2 0 0 1999,3 792,2 1599,6 1441,1 785,1 750,7 39,8 1,7 1821,6 790,5 1421,8 1280,9 743,2 706,8 81,7 3,7 1643,8 788,5 1244,1 1120,8 698,8 660,0 126,1 6,1 1466,1 786,1 1066,4 960,7 651,4 609,6 173,5 9,0 1288,4 783,2 888,6 800,5 600,2 554,7 224,7 12,8 1110,6 779,4 710,9 640,5 544,2 493,8 280,7 17,7 932,9 774,5 533,2 480,4 481,8 424,4 343,1 24,7 755,2 767,5 355,5 320,3 410,0 341,5 414,9 35,8 577,5 756,4

Определим нагрузку на 1 борт:

Рб’ = Рб / 2N =1421,8 / (2·1) = 710,9 кН.

Из условия равновесия имеем:

Fxn = Fxn - Рб’ = 1420-711 = 709 кН ,

По графику на рис. 2 Определим перемещение под действием данной нагрузки (статической):

?х = 7,8 м.

Определим предельное перемещение под действием динамической нагрузки по формуле:

,

где где Рв- нагрузка от волн.

- присоединенная масса, которую определим по формуле:

= ?· [ 2·Vпонт + 4·Vкол] = 266668 кН;

Vпонт=104·6,7·15,25= 10626,2м3;

Vкол=3,14·5,52·9,5= 902,4м3;

Кдин – реакция системы:

,

р2 = =0,0004 ;

(711/7,8=88.9)

= 0,05·р2;

= ;

Определим по 3 частям, отвечающим периодам: ; 0,8 и 1,2·.

1) -?1 ==6.5 с;

=2·3,14/6,5=0,97 1/с;

Кдин1 =0,00042;

= 0,02 м.

2) ?2 =0,8·= 5.2 с;

=2·3,14/5,2=1,22 1/с;

Кдин2 =0,00027 ;

=0,014 м.

3) ?3 =1,2·= 7.8 с;

=2·3,14/7,8=0,82 1/с;

Кдин3 =0,00059;

= 0,019м.

Максимальное значение будет при ?1 =1,2. Оно равно: 0,02м.

Проверим, выполняется ли условие:

?х ? (0,05 – 0,07)Нморя

где ?х = ?хстат + ?хдин = 7,8+2=9,8 м.

?х = 9,8< 0,05 · Нм = 10 м.

Условие выполняется.

Определим нагрузку на цепи одного борта в режиме выживания:

Рв = Ртеч + 1,1· Рвет = 931+1,1· 514= 1496,6кН

Рв’ = Рв/ 2N = 1496,6/2 =748,3кН

Нагрузка Рв’ < [F] = 2100 кН Условие выполняется для цепи калибра К = 77мм.

7. Расчет прочности понтона

Так как длина понтона Lп много больше ширины понтона Вп, понтон при расчете можно рассматривать как балку длиной Lп . На понтон действует система трех сил: волновая нагрузка, собственный вес сооружения и силы поддержания. При расчете на действие этой системы сил рассматривают три ситуации: балка на упругом основании, постановка балки на гребень волны и действие выталкивающей силы. В данном проекте при расчете понтона на прочность рассмотрим только одну ситуацию: постановка балки на гребень волны.

Разобьем понтон на 20 шпаций и для каждой шпации определим выталкивающую силу по формуле:

,

где ?S – размер шпации, ?S = Lп/20 =5,2м.

Поправку выталкивающей силы определим по формуле:

2557,6кН.

Таким образом, выталкивающая сила с учетом поправки равна:

Р =Р’ + ?Р

Подсчет Р для каждой шпации произведем в табличной форме:

Таблица №6

№ шп № шпац Ордината, ? ?? P’ , кН Р, кН 0 0 1 0,165 67,9

2625,5 1 h·0,03=0,165 2 0,88 362,3

2919,9 2 h·0,13=0,715 3

2,2 905,85

3463,45 3 h·0,27=1,485 4 3,795 1562,6

4120,2 4 h·0,42=2,31 5 5,5 2264,6

4822,2 5 h·0,58=3,19 6 7,15 2944

5501,6 6 h·0,72=3,96 7 8,58 3532,8

6090,4 7 h·0,84=4,62 8 9,735 4008,4

6566 8 h·0,93=5,115 9 10,505 4325,4

6883 9 h·0,98=5,39 10 10,89 4483,9 7041,5 10 h·1=5,5 11 10,89 4483,9 7041,5 11 h·0,98=5,39 12 10,505 4325,4 6883 12 h·0,93=5,115 13 9,735 4008,4 6566 13 h·0,84=4,62 14 8,58 3532,8 6090,4 14 h·0,72=3,96 15 7,15 2944 5501,6 15 h·0,58=3,19 16 5,5 2264,6 4822,2 16 h·0,42=2,31 17 3,795 1562,6 4120,2 17 h·0,27=1,485 18 2,2 905,85 3463,45 18 h·0,13=0,715 19 0,88 362,3 2919,9 19 h·0,03=0,165 20 0,165 67,9 2625,5 20 0 ?100067,5(кН) =5,5 м ;

Рис . №5

Найдем перерезывающую силу и изгибающий момент:

=1177,6 кН

- вес, приходящийся на 1 шпацию.

=25505кН

- вес, который передается через 1 колонну.

Таблица

№ шп № шпац Р, кН G1 G2, кН Нагрузка, кН Перерез. сила, кН Изгибающий момент, кН 0 0 0 1 2625,5 1177,6 -1447,9 -3764,5 1 -1447,9 2 2919,9 1177,6 9042,7 7300,4 7687,4 2 5852,5 3 3463,45 1177,6 12057 9771,15 63525,3 3 15623,6 4 4120,2 1177,6 4405,4 1462, 8 148571,3 4 17086,4 5 4822,2 1177,6 -3644,6 227944,6 5 13441,8 6 5501,6 1177,6 -4324 286599,6 6 9117,8 7 6090,4 1177,6 -4912,8 32138,9 7 4205 8 6566 1177,6 -5388,4 329095,3 8 -1183,3 9 6883 1177,6 695,6 -5009,8 309916,9 9 -6193 10 7041,5 1177,6 12057 6193 293815,1 10 0 11 7041,5 1177,6 12057 6193 309916,9 11 6193 12 6883 1177,6 695,6 -5009,8 329095,3 12 1183,3 13 6566 1177,6 -5388,4 32138,9 13 -4205 14 6090,4 1177,6 -4912,8 286599,6 14 -9117,8 15 5501,6 1177,6 -4324 227944,6 15 -13441,8 16 4822,2 1177,6 -3644,6 148571,3 16 -17086,4 17 4120,2 1177,6 4405,4 1462, 8 63525,3 17 -15623,6 18 3463,45 1177,6 12057 9771,15 7687,4 18 -5852,5 19 2919,9 1177,6 9042,7 7300,4 -3764,5 19 1447,9 20 2625,5 1177,6 -1447,9 0 20 0 ? = 0

Определим опасные напряжения в палубе и днище по формуле:

,

где Y – момент инерции, подсчет которого произведем в табличной форме:

Таблица

Наименование ?, см2 z, м ?·z, см2·м Yсоор, м4 Yперем, см2·м2 Ребра ж. днища и палубы

(n = 60)

16

3,45

3312

11426,4 Ребра ж. стенок

(n =26)

16

10,5

672

0,436

7056 Переборка 1050 0 0 0,872 0 Стенки 2100 0 0 0 Днище и палуба 2400

3,49 16965,4 59590,9

1,31 78073,3 Таким образом,

Y = Yсоор + Yперем = 1,31+7,81=9,12 м4

= 119080,5кН

Определим напряжения в бортах ? по формуле:

= 126896,6 кН,

где ? – толщина стенок, ? =15 мм;

S – статический момент, м3;

Сравним ? и ? с допустимыми напряжениями [?] и [?]:

? = 126896,6 кН/м2 > [?] = 0,6·?·Rс =117 МПа;

? = 119080,5кН/м2 ? [?] = ?·Rс = 195 МПа;

где Rс – предел текучести, Rс = 300 Мпа;

? – коэффициент безопасности, равный 0,65 ( для режима транспортировки и элементов второй группы безопасности).

8. Расчет остойчивости сооружения.

Остойчивость определяется для режима транспортировки сооружения на место эксплуатации. Вывод об остойчивости сооружения делается из условия, что угол крена ? не будет превышать трех градусов. Величина ? определяется из условия равенства опрокидывающего момента восстанавливающему.

Опрокидывающий момент составляет сумма моментов от ветровой нагрузки в режиме выживания относительно точки А, находящейся на поверхности воды, действующих на каждый элемент сооружения:

Понтоны

Р=0,625?k1k2k3W2Ai?10-3=0,625·1·1,2·1·162·2·1,0·15,25·10-3=3,6 кН;

М=Р·а=3,6·0,5=1,8кНм.

Колонны

Р=0,625·1·1·162·3·11·10-3·2(1,0·9,5+1,1·6,9)=180,5кН;

М=180,5·8,7=1570,35 кНм.

Платформа

Р=0,625·1,2·1,0·162·80·10-3 (1,2·3,1+1,35·7,9)=220,9 кН;

М=220,9·22,4=4948,2 кНм.

?М=Ошибка! Ошибка связи.+Ошибка! Ошибка связи.+Ошибка! Ошибка связи.=6520,3 кНм – суммарный опрокидывающий момент.

Восстанавливающий момент определяется по формуле:

Мвосст=?·V·h·?,

где h= ?+zc-zg – метацентрическая высота, зависящая от 84 м, где I – момент инерции сечения по уровню воды; V – объем подводной части.

zc=2,1 м – координата равнодействующей сил поддержания.

м – центр тяжести установки, где Gi – вес элементов конструкции сооружения:

Gпон=?LпонBпонHпон?пон=0,9·104·15,25·6,4·2,5=22838,4 кН – вес понтона;

Gкол=?R2Hкол?пон=3,14·5,52·16,4·2,5=3894,4 кН – вес колонны;

Gв.стр=G-4·Gпон-8·Gкол=176580-2·22838,4-6·3894,4=107536,8 кН.

Далее вычислив значение метацентрической высоты h=84,1+2,1-15,98=70,22 м, определяется угол крена из ранее оговоренного условия равенства опрокидывающего и восстанавливающего моментов:

Список литературы

1. СНиП 2.06.04-89* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения.

Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе.

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра

«Морские и воднотранспортные сооружения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«Морские гидротехнические сооружения на континентальном шельфе»

Выполнил: Головина Е.В.

Проверил: Шхинек К.А.

Санкт-Петербург

2004г.

Задание.

Море Каспийское Н,м 110 L,м 50 B,м 35 h,м 9 M,т 15000 Разгон L,км 1000/600 Ветер t,ч 9/8 W,м/с 14/23 Течение V,м/с 0,9/1,2 Количество и форма понтонов 3 прямоугольных Количество колон на одном понтоне 4 Диаметр колон D,м 8

Содержание.

Задание 2

Введение 4

1. параметров волн 4

2. Основные размеры сооружения 4

3. Нагрузки, действующие на установку 4

4. Система стабилизации 5

5. Прочность понтона 5

6. Остойчивость сооружения 5

Приложение

* 1.Определение параметров волнения 6

* 2.Определение размеров понтона 7

* 3.Определение ветровой нагрузки 7

* 4.Определение нагрузки от течения 8

* 5.Определение волновой нагрузки 9

* 6.Расчёт системы заякорения 10

* 7.Расчёт прочности понтона 12

* 8.Расчет остойчивости 16

Список литературы

Введение

Освоение континентальных шлейфов связано с необходимостью строительства глубоководных гидросооружений на глубинах до 200 м. и значительно более. Такие сооружения подвергаются интенсивному воздействию волнения, ветров, течений.

Выделяют две основные группы сооружений на шельфах: стационарные сооружения и плавучие. Плавучие сооружения включают в себя полупогруженные морские платформы и буровые суда.

Целью данного проекта является определение основных характеристик буровой платформы и действующих на нее нагрузок. На основании этих данных производятся необходимые расчеты и проверки.

1. Параметры волн

Основные параметры волн рассчитаны в прил.1 и сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Режим Vw ,м/с L, км t, час , с , м ,м h1%, м h0.1%, м бурение 14 1000 9 6,6 2 67,3 5,9 6 выживание 23 600 8 9,5 4,5 140,8 4,5 13,2 1,2=7,9с, =97,5м; 0,8=5,3с, =43,9м.

2. Основные размеры установки

В прил.2 определены следующие параметры:

Т=5,82 м –высота понтона

H2=6,73м. – осадка понтона при транспортировке

Ln=80 м – длина понтона

Bп=13,05м – ширина понтона

=6,99м. - клиренс

lk=13,72 м. высота колонн

3. Нагрузки действующие на установку

Ветровая нагрузка определена в прил.3 для двух направлений ветра, для режимов бурения и выживания.

При направлении ветра вдоль установки:

Pбур=283,4 кН

Pвыж=764,9 кН

При направлении ветра поперек установки:

Pбур=260,4 кН

Pвыж=702,8 кН

Нагрузка от течения определена в прил.4 для двух направлений ветра, для двух режимов:

При направлении ветра вдоль установки:

=176,2кН

=313,2 кН

При направлении ветра поперек установки:

=313,5кН

=557,4 кН

Волновая нагрузка рассчитана в прил.5 для режима бурения, волны 1%

обеспеченности, для трех периодов.

, с 5.3 6.6 7.9 Pвол, кН 10461,3 9148,1 6987,1

4. Расчет системы стабилизации

Полупогруженные морские платформы удерживаются на штатных местах акватории обычно якорными системами (пассивная система стабилизации).

Якорная система включает в себя: якорные связи и якоря.

Якорная связь: 2 цепи калибра К 62мм с каждого борта. Расчет системы заякорения показал, что для режима бурения выполняются следующие условия:

1) цепь не порвется от действия нагрузок (статической и динамической);

2) перемещение (предельное) в заданных пределах:

? х = 9,8 м ? (0,05 – 0,07) Нм = 10 м.

Для работы в режиме выживания необходимо увеличить количество цепей с каждого борта.

5. Расчет прочности понтона

Каждый понтон разделен продольными и поперечными переборками. Продольные ребра жесткости расположены через 0,5 м.; через 4,2 м. расположены шпангоуты; с шагом 14 м. стоят переборки.

Толщина всех элементов понтона 1,5 см.

Расчет прочности понтонов сводится к проверке условий:

?=119 ? [?] = 195 Мпа;

? =126,8>[?] = 117 Мпа.

Для рассматриваемой буровой платформы ? = 119 Мпа, условие прочности выполняется. Напряжение ? = 126,8 Мпа и превышает допустимое на 8%.

6. Расчет остойчивости

В прил.8 произведен расчет остойчивости.

Остойчивость установки обеспечена в режимах буксировки и бурения.

Для режима бурения определен угол наклона

=0,320 <[?]=3°

Приложение 1. Определение параметров волн

Параметры волн определяются для режимов бурения и выживания по граф. рис 1 стр. 32[1] находятся значения среднего периода волны и средней высоты волны по величинам и ,

Режим бурения:

==50051,02

=

по графику =4,6

=0,1

1,2=7,9с

0,8=5,3с

Найдем среднюю длину волны

==

=96,8м для 1,2.

=43м для 0,8.

Определим высоты волн обеспеченностью 0,1% и 1%

Найдем коэф. ki= по графику рис. 2 стр.33[1]

k0.1%=2,95 h0.1%=2,96*1,99=5,89м

k1%=2,41 h1%=2,41*1,99=4,8м

Режим выживания

==11126,7

по графику =4,05

=0,083

=9,5с =4,48м

Средняя длина волны:

==

Высоты волн обеспеченностью 0,1% и 1%:

k0.1%=2,95 h0.1%=2,95*4,48=13,2м

k1%=2,4 h1%=2,4*4,48=10,8м

Приложение 2. Определение основных размеров установки.

Определим ширину понтона и его осадку из системы уравнений:

M – масса установки, 15000т.

Lп – длина понтона, 80м.

- коэф. полноты 0,9м.

HП=5,22м Bп=13,05м

Высота понтона

Т=HП+0.6м=5,22+0,6=5,82м

Клиренс:

Высота подводной части колонн:

l1=0.1=0.1*67,33=6,73 м

Высота колонн:

lk=l1+=6,73+6,99=13,72м

Приложение 3. Определение ветровой нагрузки

Ветровая нагрузка определяется для двух направлений ветра для режимов бурения и выживания по формуле:

P= кН.

где

V – скорость ветра

Аi – проекция площади обтекаемого элемента на направление перпендикулярное ветру.

K1 – коэффициент зоны;

K2 - коэф. взаимного влияния, Kв=

K3- коэф. формы; 1–для колонн, 1,2- для прочего

Определим нагрузку при направлении ветра вдоль сооружения:

zi, м Элемент Аi ,м2 K1 K2 K3 Pбур Pвыж 0-10 I ряд колонн

II, III, IIII ряд колонн

верх. строение 167,86

503,57

105,21 1,0 1,0

0,4

1,0 1,0

1,0

1,2 60,7 163,84 10-30 верх. строение

вышка

надстройка

вертолетная площадка 209.79

79.45

490.21

210 1,15 1,0

1,0

1.0

1.0 1.2

1,2

1,2

1.2 158.98 429.08 30-50 вышка

надстройка 132.88

34.79 1.35 1.0

1.0 1,2

1,2 32.584 87.94 >50 вышка 132.37 1,6 1,0 1,2 31.134 84.03

Определим нагрузку при направлении ветра поперек сооружения:

zi, м Элемент Аi ,м2 K1 K2 K3 Pбур Pвыж 0-10 I ряд колонн

II, III, ряд колонн

верх. строение 223.81

447.62

150.3 1,0 1,0

0,4

1,0 1,0

1,0

1,2 71.44 192.83 10-30 верх. строение

вышка

надстройка

вертолетная площадка 299.7

79.45

280.12

60 1,15 1,0

1,0

1.0

1.0 1.2

1,2

1,2

1.2 121.59 328.18 30-50 вышка

надстройка 132.88

49.7 1.35 1.0

1.0 1,2

1,2 36.23 97.79 >50 вышка 132.37 1,6 1,0 1,2 31.134 84.03

Приложение 4. Определение нагрузки от течения.

Нагрузка от течения определяется для режимов бурения и выживания по формуле:

Pт=; где

- плотность воды

Uт – скорость ветра

Кi – коэф. формы: 1- для колонн; 1,2 – для понтонов

Ai – площадь элемента в проекции перпендикулярной течению

Направление течения вдоль сооружения:

Элемент Ai Ki Pт бур Pт выж Понтон 227,85 1,2 10,74 196,86 Колоны 161,52 1 65,42 116,29 ?=176,16 ?=313,15 Направление течения поперек сооружения:

Элемент Ai Ki Pт бур Pт выж Понтон 465,6 1,2 226,28 402,28 Колоны 215,36 1 87,22 155,06 ?=313,5 ?=557,34

Приложение 5. Определение волновой нагрузки.

Волновая нагрузка определяется для режима бурения, для волн обеспеченностью 1%. Нагрузка рассчитывается для трех периодов ; 0,8 и 1,2.

Линейная нагрузка на колонны определяется по формуле:

q=qi,maxxi где

и - инерционный компоненты максимальной линейной нагрузки от волн.

- коэф. сочетания инерционных компонентов линейной нагрузки, принимаемый по графику рис.18 стр. 11 [1].

; где

b – размер преграды по нормали к лугу волны , диаметр колонны 8м.

- коэф. принимаемый по табл.13 стр.9 [1]; =0,954.

- коэф. линейной нагрузки от волн, принимаемый по графику рис.19 стр. 12[1] .

- инерционный и скоростной коэф. формы преграды, принимаемые по графику рис.17 стр.10 [1], =1,0

По требованиям СНиП-а требуется рассчитать также скоростной компонент максимальной линейной нагрузки от волн, но т.к. qi,max2, то скоростной компонентой пренебрегают.

,с , м z, м zrel h/? qi,max q, кН/м Q, кН 5,8 43,9 1,12 0,99 0,85 0,134 336,32 0,58 195,07 1029,15 3,36 0,97 0,7 0,134 276,97 0,58 160,64 5,605 0,949 0,45 0,134 178,05 0,58 103,27 6,6 67,3 1,12 0,99 0,9 0,088 233,86 0,8 187,09 1119 3,36 0,97 0,8 0,088 207,87 0,8 166,3 5,605 0,949 0,7 0,088 181,89 0,8 145,51 7,9 97,5 1,12 0,99 0,9 0,061 162,11 0,85 137,79 848,2 3,36 0,97 0,85 0,061 153,1 0,85 130,14 5,605 0,949 0,72 0,061 129,69 0,85 110,24 Qi, (?= 0,8? ) = 1029,15*4*2+1029,15*4*0,5=10291,5кН

Qi, (?= ? ) = 1119*4*2+1119*4*0,5=11190кН

Qi, (?=1,2 ?.) = 848,2*4*2+848,2*4*0,5=8482кН

Горизонтальная линейная нагрузка на понтон определяется по формуле:

Px,max=Pxixi;

где Pxi - инерционный компонент горизонтальной составляющей линейной нагрузки

;

b – высота понтона b=6,7м

=1; =1,0.

, с , м z, м z h/? Pxi, кН/м Px,max кН/м P,кН 5,8 43,9 9,64 0,912 0,3 0,134 105,05 0,58 60,93 4874,4 6,6 67,3 9,64 0,912 0,46 0,088 105,78 0,8 84,62 6769,6 7,9 97,5 9,64 0,912 0,5 0,061 79,7 0,85 67,75 5420 Рi, (?= 0,8? ) = 4874,4*2+4874,4*0,5=12186кН

Рi, (?= ? ) = 6769,6*2+6769,6*0,5=16924кН

Рi, (?=1,2 ?.) = 5420*2+5420*0,5=13550кН

Суммарная волновая нагрузка

, с 5.8 6.6 7.9 Pвол, кН 22477,5 28114 22032

Приложение 6. Расчет системы стабилизации.

Определение калибра цепи. Будем считать, что все цепи натянуты одинаково, количество цепей симметрично и в каждом узле N = 1.

Статическую нагрузку в режиме выживания Рв для определения калибра цепей найдем следующим образом:

Рв = 1,1*Ртеч + 1,4*Рвет =1,1*557,34+1,4*702,82 = 1597,02 кН

В первом приближении усилие в цепи Fх будет равно:

, (1)

где Fх – усилие в цепи;

Калибр цепи определим как f(q) из условия:

Fmax – qH + Fx ? [F], (2)

Где q – погонный вес цепи в воде.

Зададимся К =43 мм, тогда q = 0,346 кН/м, [F] = 1020 кН. Условие (2) выполняется:

Fmax = 0,346·110+878,3 кН =916,36кН? [F] =1020 кН.

Окончательно принимаем: К = 43 мм.

Определим горизонтальную проекцию цепи и усилия в левой и правой цепи одного борта.

Определим горизонтальную проекцию цепи хя по формуле:

хя = l + хк, (3)

где l – участок цепи параллельный поверхности воды,м:

l = Sn – Sm , (4)

где Sn - длина висящего участка цепи в предельном положении, м;

Sm - длина висящего участка цепи в текущем положении, м;

хк - горизонтальная проекция висящего участка цепи:

хк = а·arch [(Н + а)/а] (5)

где а – цепной параметр, определяемый по формуле:

а = Fx / q , (6)

где q = 0,346 – погонный вес цепи (калибра К = 43 мм.) в воде.

Длина висящего участка цепи Sn и Sm определим по формуле:

Для промежуточных значений Fх найдем значения хя , составим таблицу. По данным этой таблицы построим графики зависимости F = f(xя) и Fx = f(xя).

Таблица зависимости F = f(xя) и Fx = f(xя)

Fx,кН a S,м хк,м L,м ? Fп,кН xя,м 878,361 2538,62 755,38 744,65 0 0 916,42 744,65 790,52 2284,75 717,46 706,16 37,92 0,57 828,58 744,08 702,69 2030,89 677,42 665,45 77,96 1,25 740,75 743,41 614,85 1777,03 634,86 622,08 120,52 2,06 652,91 742,59 527,02 1523,17 589,23 575,45 166,14 3,06 565,08 741,59 439,18 1269,31 539,77 524,70 215,61 4,35 477,24 740,31 351,34 1015,45 485,28 468,48 270,10 6,07 389,40 738,58 263,51 761,58 423,85 404,55 331,53 8,57 301,57 736,08 175,67 507,72 351,85 328,46 403,53 12,67 213,73 731,98 87,84253,86 260,67 228,53 494,71 21,42 125,90 723,24

Определим нагрузку на 1 борт:

Рб’ = Рб / nц*Кн =1597,02/ (2·1,1) = 725,92 кН.

nц- количество цепей

Кн- коэффициент неоднородности

Из условия равновесия имеем:

Fxп = Fxл - Рб’ = 1597,02-725,92 = 871,1 кН ,

По графику на рис. 2 Определим перемещение под действием данной нагрузки (статической):

?х = м.

Определим предельное перемещение под действием динамической нагрузки по формуле:

,

где где Рв- нагрузка от волн.

- присоединенная масса, которую принимаем ,примерно, равной М

Vпонт=80·5,82·13,05= 6076,08м3;

Vкол=3,14·82·13,72= 2757,17м3;

Кдин – реакция системы:

,

р2 = =0,0004 ;

(711/7,8=88.9)

= 0,05·р2;

= ;

Определим по 3 частям, отвечающим периодам: ; 0,8 и 1,2·.

1) -?1 ==6.6 с;

=2·3,14/6,6=0,95 1/с;

Кдин1 =0,00042;

= 0,02 м.

2) ?2 =0,8·= 5.3 с;

=2·3,14/5,3=1,19 1/с;

Кдин2 =0,00027 ;

=0,014 м.

3) ?3 =1,2·= 7,9 с;

=2·3,14/7,9=0,82 1/с;

Кдин3 =0,00059;

= 0,019м.

Максимальное значение будет при ?1 =1,2. Оно равно: 0,02м.

Проверим, выполняется ли условие:

?х ? (0,05 – 0,07)Нморя

где ?х = ?хстат + ?хдин = 7,8+2=9,8 м.

?х = 9,8< 0,05 · Нм = 10 м.

Условие выполняется.

Определим нагрузку на цепи одного борта в режиме выживания:

Рв = Ртеч + 1,1· Рвет = 931+1,1· 514= 1496,6кН

Рв’ = Рв/ 2N = 1496,6/2 =748,3кН

Нагрузка Рв’ < [F] = 2100 кН Условие выполняется для цепи калибра К = 77мм.

7. Расчет прочности понтона

Так как длина понтона Lп много больше ширины понтона Вп, понтон при расчете можно рассматривать как балку длиной Lп . На понтон действует система трех сил: волновая нагрузка, собственный вес сооружения и силы поддержания. При расчете на действие этой системы сил рассматривают три ситуации: балка на упругом основании, постановка балки на гребень волны и действие выталкивающей силы. В данном проекте при расчете понтона на прочность рассмотрим только одну ситуацию: постановка балки на гребень волны.

Разобьем понтон на 20 шпаций и для каждой шпации определим выталкивающую силу по формуле:

,

где ?S – размер шпации, ?S = Lп/20 =5,2м.

Поправку выталкивающей силы определим по формуле:

2557,6кН.

Таким образом, выталкивающая сила с учетом поправки равна:

Р =Р’ + ?Р

Подсчет Р для каждой шпации произведем в табличной форме:

Таблица №6

№ шп № шпац Ордината, ? ?? P’ , кН Р, кН 0 0 1 0,165 67,9

2625,5 1 h·0,03=0,165 2 0,88 362,3

2919,9 2 h·0,13=0,715 3

2,2 905,85

3463,45 3 h·0,27=1,485 4 3,795 1562,6

4120,2 4 h·0,42=2,31 5 5,5 2264,6

4822,2 5 h·0,58=3,19 6 7,15 2944

5501,6 6 h·0,72=3,96 7 8,58 3532,8

6090,4 7 h·0,84=4,62 8 9,735 4008,4

6566 8 h·0,93=5,115 9 10,505 4325,4

6883 9 h·0,98=5,39 10 10,89 4483,9 7041,5 10 h·1=5,5 11 10,89 4483,9 7041,5 11 h·0,98=5,39 12 10,505 4325,4 6883 12 h·0,93=5,115 13 9,735 4008,4 6566 13 h·0,84=4,62 14 8,58 3532,8 6090,4 14 h·0,72=3,96 15 7,15 2944 5501,6 15 h·0,58=3,19 16 5,5 2264,6 4822,2 16 h·0,42=2,31 17 3,795 1562,6 4120,2 17 h·0,27=1,485 18 2,2 905,85 3463,45 18 h·0,13=0,715 19 0,88 362,3 2919,9 19 h·0,03=0,165 20 0,165 67,9 2625,5 20 0 ?100067,5(кН) =5,5 м ;

Рис . №5

Найдем перерезывающую силу и изгибающий момент:

=1177,6 кН

- вес, приходящийся на 1 шпацию.

=25505кН

- вес, который передается через 1 колонну.

Таблица

№ шп № шпац Р, кН G1 G2, кН Нагрузка, кН Перерез. сила, кН Изгибающий момент, кН 0 0 0 1 2625,5 1177,6 -1447,9 -3764,5 1 -1447,9 2 2919,9 1177,6 9042,7 7300,4 7687,4 2 5852,5 3 3463,45 1177,6 12057 9771,15 63525,3 3 15623,6 4 4120,2 1177,6 4405,4 1462, 8 148571,3 4 17086,4 5 4822,2 1177,6 -3644,6 227944,6 5 13441,8 6 5501,6 1177,6 -4324 286599,6 6 9117,8 7 6090,4 1177,6 -4912,8 32138,9 7 4205 8 6566 1177,6 -5388,4 329095,3 8 -1183,3 9 6883 1177,6 695,6 -5009,8 309916,9 9 -6193 10 7041,5 1177,6 12057 6193 293815,1 10 0 11 7041,5 1177,6 12057 6193 309916,9 11 6193 12 6883 1177,6 695,6 -5009,8 329095,3 12 1183,3 13 6566 1177,6 -5388,4 32138,9 13 -4205 14 6090,4 1177,6 -4912,8 286599,6 14 -9117,8 15 5501,6 1177,6 -4324 227944,6 15 -13441,8 16 4822,2 1177,6 -3644,6 148571,3 16 -17086,4 17 4120,2 1177,6 4405,4 1462, 8 63525,3 17 -15623,6 18 3463,45 1177,6 12057 9771,15 7687,4 18 -5852,5 19 2919,9 1177,6 9042,7 7300,4 -3764,5 19 1447,9 20 2625,5 1177,6 -1447,9 0 20 0 ? = 0

Определим опасные напряжения в палубе и днище по формуле:

,

где Y – момент инерции, подсчет которого произведем в табличной форме:

Таблица

Наименование ?, см2 z, м ?·z, см2·м Yсоор, м4 Yперем, см2·м2 Ребра ж. днища и палубы

(n = 60)

16

3,45

3312

11426,4 Ребра ж. стенок

(n =26)

16

10,5

672

0,436

7056 Переборка 1050 0 0 0,872 0 Стенки 2100 0 0 0 Днище и палуба 2400

3,49 16965,4 59590,9

1,31 78073,3 Таким образом,

Y = Yсоор + Yперем = 1,31+7,81=9,12 м4

= 119080,5кН

Определим напряжения в бортах ? по формуле:

= 126896,6 кН,

где ? – толщина стенок, ? =15 мм;

S – статический момент, м3;

Сравним ? и ? с допустимыми напряжениями [?] и [?]:

? = 126896,6 кН/м2 > [?] = 0,6·?·Rс =117 МПа;

? = 119080,5кН/м2 ? [?] = ?·Rс = 195 МПа;

где Rс – предел текучести, Rс = 300 Мпа;

? – коэффициент безопасности, равный 0,65 ( для режима транспортировки и элементов второй группы безопасности).

8. Расчет остойчивости сооружения.

Остойчивость определяется для режима транспортировки сооружения на место эксплуатации. Вывод об остойчивости сооружения делается из условия, что угол крена ? не будет превышать трех градусов. Величина ? определяется из условия равенства опрокидывающего момента восстанавливающему.

Опрокидывающий момент составляет сумма моментов от ветровой нагрузки в режиме выживания относительно точки А, находящейся на поверхности воды, действующих на каждый элемент сооружения:

Понтоны

Р=0,625?k1k2k3W2Ai?10-3=0,625·1·1,2·1·162·2·1,0·15,25·10-3=3,6 кН;

М=Р·а=3,6·0,5=1,8кНм.

Колонны

Р=0,625·1·1·162·3·11·10-3·2(1,0·9,5+1,1·6,9)=180,5кН;

М=180,5·8,7=1570,35 кНм.

Платформа

Р=0,625·1,2·1,0·162·80·10-3 (1,2·3,1+1,35·7,9)=220,9 кН;

М=220,9·22,4=4948,2 кНм.

?М=Ошибка! Ошибка связи.+Ошибка! Ошибка связи.+Ошибка! Ошибка связи.=6520,3 кНм – суммарный опрокидывающий момент.

Восстанавливающий момент определяется по формуле:

Мвосст=?·V·h·?,

где h= ?+zc-zg – метацентрическая высота, зависящая от 84 м, где I – момент инерции сечения по уровню воды; V – объем подводной части.

zc=2,1 м – координата равнодействующей сил поддержания.

м – центр тяжести установки, где Gi – вес элементов конструкции сооружения:

Gпон=?LпонBпонHпон?пон=0,9·104·15,25·6,4·2,5=22838,4 кН – вес понтона;

Gкол=?R2Hкол?пон=3,14·5,52·16,4·2,5=3894,4 кН – вес колонны;

Gв.стр=G-4·Gпон-8·Gкол=176580-2·22838,4-6·3894,4=107536,8 кН.

Далее вычислив значение метацентрической высоты h=84,1+2,1-15,98=70,22 м, определяется угол крена из ранее оговоренного условия равенства опрокидывающего и восстанавливающего моментов:

Список литературы

1. СНиП 2.06.04-89* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения.