利用sacs软件导管架平台建模

吴惜之

2017年8月25日 18:21

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3.1 模型基础参数的设置

利用SACS软件中Modeling模块对本课题中所用到的导管架平台进行建立，首先确定建立模型的基础基本参数。本课题中选用常见的四导管导管架平台，具体参数如下：

工作水深为79.5 m;工作点高度为4.0 m;桩腿管接头高度为3.0 m;泥水分界线和桩腿根部高度为-79.5m;其他中间高度为-50.0, -21.0, 2.0, 15.3, 23.0 m;此导管架并无传导装置和边桩;工作点间距为X1=15 m, Y1=10 m;桩腿的倾斜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

具体的平台模型参数设置如图3.1所示。

（a）平台模型关键点高度设置

（b）平台桩腿斜度设置

图3.1 平台模型参数设置示意图

得到导管架平台四个桩腿的初步立体模型如下图3.2所示。

图3.2 平台模型四个桩腿模拟示意图

3.2 定义桩腿截面性质

对桩腿截面属性进行初步定义如下：

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

具体定义桩腿截面属性操作如图3.3所示。

（a）定义桩腿组LG1

（b）桩腿组分段1具体定义

图3.3 定义桩腿截面属性操作示意图

此时平台模型的构件部分及构件组最终定义应如图3.4所示。

图3.4 平台模型桩腿具体参数

3.3 定义平台模型的水平撑杆

定义桩腿截面属性完毕后，创建导管架平台的水平撑杆，并依次命名为H11，H12，H21，H22, H31，H32，H41 and H42。平台水平撑杆结构的创建如图3.5所示。


图3.5 平台模型水平撑杆效果图

并依次定义导管架平台水平撑杆的截面属性如下：

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

对平台模型水平撑杆的定义具体如图3.6所示。

（a）平台模型水平撑杆组H21

（b）水平撑杆组段1具体属性

图3.6 平台模型水平撑杆的定义

此时平台的水平构建组的定义结果如下图3.7所示。

图3.7 平台模型水平撑杆定义结果

3.4 定义平台模型的垂向构件

导管架水平撑杆定义完毕后，继续创建导管架平台的垂向撑杆，

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;

平台模型垂向撑杆的建立如图3.8所示。

图3.8 建立平台模型垂向撑杆

定义平台模型的垂向撑杆截面属性如下：

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

平台模型垂向撑杆截面属性的定义操作如下图3.9所示。

图3.9 平台模型垂向撑杆属性定义

此时平台模型的垂向构建组的最终定义如图3.10所示。

图3.10 平台模型垂向撑杆定义结果

3.5 创建导管架平台甲板

3.5.1 首先创建导管架平台下甲板

在XY平面内创建方格平台，其位于Z轴的高度为15.3m；平台的起点为点7001，X的增量为4，Y的增量为1；对于平台模型下甲板的格子点坐标如下：

X = -7.5, -2.5, 2.5, 7.5 m分别对应组符号W02, W02, W02 和 W02；

Y = -9.0, -5.0, 5.0, 9.0 m分别对应组符号W03, W01, W01 和 W03；

选择connect joints with members and Connect joints with plates,输入PL1作为平台组标签，A001作为平台名。如图3.11所示。

图3.11 创建平台模型下甲板

3.5.2 创建导管架平台主甲板

同上，在XY平面内创建方格平台，其位于Z轴的高度为 23.0 m;平台的起点为点8001，X的增量为4，Y的增量为1；

对于平台模型主甲板的格子点坐标如下：

X = -7.5, -2.5, 2.5, 7.5, 12.5m 分别对应组符号 W02, W02, W02, W02 和W02 ;

Y = -9.0, -5.0, 5.0, 9.0 m 分别对应组符号 W03, W01, W01 和 W03 ;

选择connect joints with members and Connect joints with plates,并接受其他默认数值。如图3.12所示。

图3.12 创建平台模型主甲板

3.5.3 定义甲板骨材和板材属性

构件组W01的骨材选取AISC规范中的W24X162型钢材，而构件组W02和W03的骨材选取AISC规范中的W24X131型钢材。如图3.13所示。

（a）W24X162型钢材

（b）W24X131型钢材

图3.13 平台模型甲板骨材

甲板骨材组的定义结果如下图3.14所示。

图3.14 平台模型甲板骨材定义结果

定义甲板平台属性：平台组PL1的平台厚度为0.8cm，同时其泊松比为0.3。平台组定义如下图3.15所示。

图3.15 平台模型甲板属性

3.6 定义管型节点的偏移

使用“Joint”>“Connection”>“Automatic Design”命令，选择“Offset braces to outside of chord”,并选择“Gapping option”下的“Move Brace”，“Brace Move”下的“Along Chord”。将间隔设置为5cm，并选择间隔尺度为“Minimum only ”。选中“Use existing offsets if gap criteria is met”。

在管型节点选项中，选中“Update segmented groups can lengths”,并将“Can length option”设置为“API minimum reqts”，同时选择“Increase joint can length only”。检验引起的点偏移的补偿量，并修正管型节点的偏移。

最终校正得到管型腿的长度如下图3.16所示。

图3.16 平台模型管型节点偏移

3.7 添加甲板上骨材的偏移

设置所有的W01构件Z轴的总体偏移为-31.75cm；定义偏移类型为“Top of Steel”,如图3.17所示。

图3.17 平台模型构件组W01偏移

设置所有的W02和W03构件Z轴的总体偏移为-31.09cm；定义偏移类型同为“Top of Steel”,如图3.18所示。

图3.18 平台模型构件组W02和W03偏移

定义Ky、Ly 等失稳校核时对中间节点的修正参数

使用“Property”>“K Factor”>“Ky”来对位于XY平面内，Z轴坐标为-79.5m的水平撑杆构件H11以及位于XY平面内，Z轴坐标为-50.0m的水平撑杆构件H21的Ky参数进行修正；

使用“Property”>“Effective Length”>“Ly”来对位于XY平面内，Z轴坐标为-21.0m的水平撑杆构件H32以及位于XY平面内，Z轴坐标为2.0m的水平撑杆构件H42的Ly参数进行修正。

3.8 定义甲板及其上的设备的重量

3.8.1 定义甲板重量

添加下甲板表面重量ID，使用“Seastate”>“Global Parameters”>“Weight”>“Define Surface ID”，输入CELLWT1作为下甲板表面ID，选取点7001,7013和7004作为局部坐标点，并输入0.5作为允许公差；选取点7001,7013,7016和7004作为边界点，并选择载荷的作用方向沿Y轴均匀分布。如图3.19所示。

图3.19 平台模型下甲板重量ID

添加主甲板表面重量ID，使用“Seastate”>“Global Parameters”>“Weight”>“Define Surface ID”，输入MAINWT1作为下甲板表面ID，选取点8001,8017和8004作为局部坐标点，并输入0.5作为允许公差；选取点8001,8017,8020和8004作为边界点，并选择载荷的作用方向沿Y轴均匀分布。如图3.20所示。

图3.20 平台模型主甲板重量ID

为定义甲板表面重量，添加重量组AREA；使用 “Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Surface Weight”, 同时在选定CELLWT1下，在重量组和重量ID中分别输入 AREA 和 AREAWT , 并输入下甲板重量压力0.5 kN/m²。如图3.21所示。

图3.21 平台模型下甲板重量

同理使用“Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Surface Weight”, 同时在选定MAINWT1下，在重量组和重量ID中分别输入 AREA 和 AREAWT , 并输入主甲板重量压力0.75 kN/m²。

3.8.2 定义甲板生活设备重量

为定义平台模型甲板生活设备重量，使用平台表面重量线，添加重量组LIVE，并定义主甲板生活设备重量压力MAINLIVE为5.0 kN/m²，如图3.22所示。

图3.22 平台模型主甲板生活设备重量

下甲板生活设备重量压力CELLLIVE为2.5kN/m² ，如图3.23所示。

图3.23 平台模型下甲板生活设备重量

3.8.3 定义甲板设备装重

添加甲板设备装重组ID定义为EQPT，使用 “Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Footprint Weight”来定义,在平台模型主甲板上定义有3个滑道，SKID1，SKID2及SKID4分别属性如下：

滑道1（SKID1）:重量为1112.05 kN，装置空间中心点坐标Footprint center 为(5.0, 2.0, 23.0)，对应的重量中心点坐标为(0, 0, 3.0)，滑道长为6 m，滑道宽为3 m，在X方向有2条滑道梁；

滑道2（SKID2）:重量为667.23 kN，装置空间中心点坐标Footprint center为 (-5.0, -5.0, 23.0)，对应的重量中心点坐标为(0, 0, 2.5)，滑道长为6 m，滑道宽为 2.5 m，在X方向有2条滑道梁；

滑道4（SKID4）:重量为 155.587 kN，装置空间中心点坐标Footprint center 为(10.0, 6.0, 23.0)，对应的重量中心点坐标为(0, 0, 4.0)，滑道长为 6 m，滑道宽为 3 m，在X方向有3条滑道梁。

具体如图3.24所示。

图3.24 平台模型甲板设备滑道重量

在平台模型下甲板上定义有1个滑道SKID3，且其属性如下。

滑道3（SKID3）:重量为444.82 kN，装置空间中心点坐标Footprint center 为(-5.0, 0.0,15.3)，对应的重量中心点坐标为(0, 0, 2.0)，滑道长为 6 m，滑道宽为3 m，在X方向有2条滑道梁。

具体如图3.25所示。

图3.25 平台模型甲板设备滑道重量

3.8.4 定义上层建筑通道，火炬塔和防火墙重量

添加重量组MISC来定义平台模型的上层建筑通道，火炬塔和防火墙重量。

添加重量ID WALKWAY来定义平台模型的两层甲板右侧大部分构件，上层建筑通道重量分布大小为2.773 kN/m；

将平台结构火炬塔重量CRANEWT定义为807L的点重量，其大小为88.964kN；

将平台模型下甲板防火墙重量FIREWALL定义为集中在左侧Y方向上的3个构件（705L-7004，7007-7008，7011-7012），其重量值大小为每个构件15kN并且距离起点距离为1.5m。

3.8.5 导管架平台其他重量

1、吊耳重量

在点501L,503L,505L和507L上添加节点重量2.0kN且比重为7.85 MT/m³作为吊耳重量，重量ID为PADEYE且重量组标签为LPAD。该重量将会被用于前期服役分析。

2、通道重量

在构件405L-407L,401L-405L, 401L-403L和403L-407L上添加构件分布重量为1.50 kN/m且其比重为1.50 MT/m³作为导管架平台的通道和栏杆，总量ID为WALKWAY且重量组标签为WKWY 。

3、阳极保护块重量

使用“Seastate” > “Global Parameters” > “Weight” > “Anode Weight”来定义阳极保护块重量, 除去顶部构件外整个导管架平台上的每个构件都会添加上两块阳极保护块，每块重 2.5 kN，材料重量比重为2.723 MT/m³, 重量组标签为ANOD 并且重量ID 为ANODE.