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基于有限元法的超大型导管架滑道荷载分布分析 2006年用户年会论文 张 珽 蒋军 [深圳赤湾胜宝旺工程有限公司，广东 深圳，518068] [ 摘 要 ] 番禹30-1油气田开发项目的导管架结构自重近2万吨，利用对导管架结构建造时支撑钢梁的优化来改善导管架对滑道荷载的分布，使滑道地基、码头承台及灌注柱在强度校核中满足规范要求，并且对原有滑道不需进行改造，这样可有效地节约工期及成本。在荷载分布的计算中，应用了有限单元法。本文将结合有限元软件ANSYS讲述本次导管架滑道荷载分布的计算。 [ 关键词 ] 导管架，有限元法，ANSYS，APDL ANALYSIS OF LOAD DISTRIBUTING OF SLIDEWAY FOR JACKET CONSTRUCTION BASE ON FEM [ZhangTing JiangJun] [Chiwan Sembawang Engineering Co. Ltd., Shenzhen, Guangdong, 518068] [ Abstract ] The deadweight of the Jacket is about 20,000 Tons. The distributing of the load comes from jacket should be reformed for the safety of slide way by the optimizing Jacket#39;s support beams. The cost and time will be saved if the slide way doesn#39;t need to be reinforced when the check of groundwork under the construction condition was meet the criterion. The paper will introduce the analysis of the load distributing using ANSYS program base on Finite Element Method. [ Keyword ] Jacket, FEM, ANSYS, APDL 1 前言 导管架是海洋平台的支撑结构，承受着台风、海浪、地震等恶劣海洋环境的侵蚀，为满足强度要求，重量往往较大，深海导管架更是如此。这就对建造场地的地基承载能力提出了较高的要求，而如何充分利用现有场地的承载能力，建造尽可能大的导管架，对于企业来说，具有更重要的现实意义。 在我公司承建的番禹30-1导管架建造过程中，我们利用ANSYS有限元软件，不断优化导管架建造时的支撑结构，根据地基的承载能力进行载荷分配，成功地解决了建造难题。 该导管架结构自重达2万吨，为超大型导管架。承建这样的导管架结构，加上建造辅助的钢梁及水泥滑块，总重超过2.7万吨，对公司建造场地上的滑道承载能力是严峻的考验。除了依靠滑道原有的安全余量，最为关键的是，对导管架结构建造时的支撑结构进行 张珽：男，30岁，硕士，主要研究领域为工程结构物的计算分析，目前从事于海洋钢结构行业。 2006年用户年会论文 优化，来改善在滑道上的荷载分布。若能将荷载较为均匀地分布在滑道上，并且使其最终压力在对滑道梁及其以下结构的强度校核上满足规范要求，这样就不需对原有滑道进行改造，将有效地节约工期及成本。 在建造状态下，结构无外载荷作用，在水平面上无位移，结构对滑道的荷载主要由重力产生；而且在出货状态下结构是缓慢移动。因此，可仅对结构在弹性力学范围内作静力分析。 2 运用ANSYS有限元法优化载荷分布 2.1 建立有限元求解方程及特性矩阵[1] 本次分析所采用的是基于最小位能原理和位移元的有限单元法。所谓位移元是基于最小位能原理并以结点位移为基本未知量的有限单元，这也是固体力学有限单元法中应用最为广泛的一种单元类型。有限元的单元特性矩阵包括插值函数矩阵、应变矩阵，但最终要建立的是单元刚度矩阵和载荷向量，并用以形成有限单元法的求解方程。 2.1.1 最小位能原理的泛函总位能∏p在平面问题中采用矩阵表达形式如下： 1∏p=∫εTDεtdxdy?∫uTftdxdy?∫uTTtdS 2ΩΩSσ 其中， t是二维体厚度； f是作用在二维体内的体积力； T 是作用在二维体边界上的面积力。 2.1.2 将位移函数表示成结点位移的函数，其矩阵形式为： （1）