鉆井船及油井服務(wù)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法2019-03-25發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14縮略語(yǔ) 15材料選擇與結(jié)構(gòu)分類 25.1材料選擇 25.2結(jié)構(gòu)分類 26設(shè)計(jì)原理 36.1通則 36.2作業(yè)模式 36.3船體強(qiáng)度 36.4上部結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu) 46.5冰區(qū)加強(qiáng) 46.6橫向加強(qiáng) 47設(shè)計(jì)載荷 47.1上部結(jié)構(gòu)局部靜態(tài)載荷 47.2上部結(jié)構(gòu)總靜態(tài)載荷 57.3上部結(jié)構(gòu)總靜載荷和動(dòng)載荷 6 67.5船體變形 88上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 88.1一般規(guī)定 88.2許用應(yīng)力 98.3板和加強(qiáng)筋局部要求 98.4簡(jiǎn)化桁材局部要求 8.5復(fù)雜桁材系統(tǒng) 8.6屈曲穩(wěn)性 9船體-上部結(jié)構(gòu)界面評(píng)估 9.1通則 9.2強(qiáng)度評(píng)估 9.3疲勞評(píng)估 10疲勞強(qiáng)度評(píng)估 10.2原理和方法論 10.3結(jié)構(gòu)零件和應(yīng)力集中系數(shù) ⅡGB/T37334—201910.4設(shè)計(jì)載荷和應(yīng)力范圍計(jì)算 11.1通則 11.2設(shè)計(jì)衡準(zhǔn) 12焊縫和焊接 12.2焊縫尺寸 13腐蝕控制 13.1船體和船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件 13.2上部結(jié)構(gòu) 附錄A(規(guī)范性附錄)橫截面類型 Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)海洋船標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC12)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院、中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七○八研究所、上海船廠船舶有限公司、中船黃埔文沖船舶有限公司。1鉆井船及油井服務(wù)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法1范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于鉆井船及油井服務(wù)設(shè)施的船體和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。3術(shù)語(yǔ)和定義下列縮略語(yǔ)適用于本文件。DFF:設(shè)計(jì)疲勞系數(shù)(DesignFatigueFactor)25材料選擇與結(jié)構(gòu)分類5.1材料選擇5.1.1.3若高拉伸應(yīng)力垂直作用于板材平面上的結(jié)構(gòu)交叉連接處，應(yīng)對(duì)板材材料進(jìn)行Z向拉伸試驗(yàn)，以證明其具有抗層狀撕裂性能。5.1.2.1材料等級(jí)的確定原則主要包括以下兩個(gè)方面：a)構(gòu)件失效結(jié)果的嚴(yán)重程度；b)關(guān)鍵零部件的應(yīng)力狀況及可能導(dǎo)致脆性斷裂的焊接缺陷或疲勞斷裂。5.1.2.2材料等級(jí)的確定條件見(jiàn)表1。材料等級(jí)確定結(jié)構(gòu)分類的原則結(jié)構(gòu)分類I和Ⅱ失效不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的結(jié)構(gòu)構(gòu)件次要I失效會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要失效會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果并承受可能增加脆性斷裂應(yīng)力狀態(tài)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件“特殊復(fù)雜節(jié)點(diǎn)中可能出現(xiàn)三軸或兩軸應(yīng)力分布，這些應(yīng)力分布與出現(xiàn)拉伸應(yīng)力、存在缺陷及低斷裂韌性材料都是5.1.2.4起重機(jī)底座和支撐結(jié)構(gòu)的材料等級(jí)不應(yīng)低于GB/T712—2011中的E級(jí)。5.1.2.5本標(biāo)準(zhǔn)不考慮臨時(shí)(例如建造中)使用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。5.1.2.7上部結(jié)構(gòu)應(yīng)被視為外部結(jié)構(gòu)。5.1.2.8未被定義為外部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料應(yīng)根據(jù)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行選擇。5.2結(jié)構(gòu)分類5.2.1按照失效后果嚴(yán)重程度以及考慮可能增加脆性斷裂的焊接缺陷或疲勞開(kāi)裂的應(yīng)力狀態(tài)，將結(jié)構(gòu)分為主要構(gòu)件、次要構(gòu)件和特殊構(gòu)件。結(jié)構(gòu)分類的目的是為采用合適的材料和檢查以避免脆性斷裂，保證材料具有足夠的抗斷裂強(qiáng)度(應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù))避免裂紋在某些應(yīng)力情形下發(fā)展為脆性斷裂。5.2.2為避免脆性斷裂，首先選擇在實(shí)際設(shè)計(jì)溫度和厚度下具有一定斷裂韌性的材料，然后使用適當(dāng)?shù)慕ㄔ旆椒?。在特殊情況下，焊接后應(yīng)進(jìn)行熱處理以降低致裂應(yīng)力。檢查不可接受的面缺陷。本標(biāo)準(zhǔn)選擇具有適當(dāng)斷裂韌性的材料，并通過(guò)采用將不同類型的連接分為不同結(jié)構(gòu)分類和檢查分類的方法避免產(chǎn)生不可接受的缺陷。5.2.3特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料等級(jí)見(jiàn)表2。3表2特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料等級(jí)材料等級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件I鐵舾件；中間平臺(tái)甲板，平臺(tái)；管道支撐結(jié)構(gòu)；下沉平臺(tái)；加強(qiáng)板，封板和上部結(jié)構(gòu)的支撐填充鋼Ⅱ升降梯圍阱；艙室甲板板，加強(qiáng)筋和桁材；艙室中艙壁結(jié)構(gòu)(板、強(qiáng)肋骨和加強(qiáng)筋);月池的縱艙壁；海上起重機(jī)吊桿架支撐結(jié)構(gòu)Ⅲ工作艙室中的主桁材和柱；帶有軟趾型肘板的上部支撐底座；管架支柱；鉆井平臺(tái)支腿；直升機(jī)甲板支座；鉆井平臺(tái)主桁材月池角隅處的甲板和底板；不帶有軟趾型肘板的上部支撐底座；井架支撐結(jié)構(gòu)注：與相連接的材料具有相同最小屈服強(qiáng)度。6設(shè)計(jì)原理船體和上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理如下：a)當(dāng)承受遷移、作業(yè)和在港載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)安全可通過(guò)潛在結(jié)構(gòu)失效模式來(lái)驗(yàn)證；b)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于一系列載荷，這些載荷代表典型可能的最不利載荷情形；c)設(shè)施應(yīng)具有固有冗余，設(shè)施結(jié)構(gòu)按等級(jí)劃分，低等級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效不應(yīng)立即導(dǎo)致高等級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效；d)應(yīng)保證結(jié)構(gòu)連續(xù)性，船體、上部結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件應(yīng)具有均勻延展性；e)永久變形最小，若不影響結(jié)構(gòu)完整性、密封完整性和結(jié)構(gòu)或其他系統(tǒng)的性能，允許局部面板或單個(gè)加強(qiáng)筋板構(gòu)件的局部屈服和永久變形；f)設(shè)施應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)冗余以便在結(jié)構(gòu)破損事故(例如小沖擊導(dǎo)致的艙室溢流和起重操作時(shí)掉落物體)中生存。應(yīng)考慮所有相關(guān)作業(yè)模式。設(shè)施的評(píng)估應(yīng)基于下列作業(yè)模式：a)在設(shè)計(jì)工作區(qū)域的所有作業(yè)工況(完整或破損);b)所有遷移工況；c)入塢工況。6.3.1船體梁及其結(jié)構(gòu)構(gòu)件可根據(jù)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算彎矩和剪切力許用靜水力曲線時(shí)應(yīng)考慮遷移和作業(yè)中所有相關(guān)載荷工況。6.3.2應(yīng)力集中區(qū)域的應(yīng)力分布，例如月池開(kāi)口，應(yīng)用有限元分析并作為屈曲和屈服強(qiáng)度評(píng)估依據(jù)。6.3.3對(duì)于在異常環(huán)境工況下(例如臺(tái)風(fēng)和颶風(fēng))作業(yè)的，船體的縱向強(qiáng)度應(yīng)按正常作業(yè)工況評(píng)估。波浪彎矩和剪切力應(yīng)根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)直接計(jì)算，異常波浪則基于百年一遇的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)表3中載荷組合b),基本利用系數(shù)η取0.8。6.3.4對(duì)于不在異常環(huán)境工況下作業(yè)的，可認(rèn)為船體縱向強(qiáng)度是意外狀態(tài)并根據(jù)表3中的d)進(jìn)行評(píng)估。4表3基本利用系數(shù)參數(shù)載荷組合·詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)表4。表4載荷組合說(shuō)明載荷組合說(shuō)明靜態(tài)載荷最大靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷組合意外載荷和相關(guān)靜態(tài)載荷作業(yè)靜態(tài)載荷與異常環(huán)境情況下(例如颶風(fēng)和臺(tái)風(fēng))的動(dòng)態(tài)載荷最大組合組合載荷d)適用于在特殊環(huán)境工況下無(wú)意中留在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)施，對(duì)于特意留在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)施應(yīng)按注1:“c)”代表爆炸、火災(zāi)、物體掉落等可能性很小注2:“d)”代表特殊環(huán)境工況，例如百年一遇的颶風(fēng)或臺(tái)6.4上部結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)6.4.1對(duì)于在全球作業(yè)的設(shè)施，可采用入級(jí)船級(jí)社規(guī)范中規(guī)定的船體梁彎矩、剪切力和加速度來(lái)評(píng)估6.4.2通常作業(yè)工況中的上部載荷與遷移工況中的不同，需直接計(jì)算加速度。其評(píng)估原則如下：a)應(yīng)考慮船舶的艏部輪廓；b)建立作業(yè)極限圖；c)建立每種作業(yè)極限的載荷工況和相應(yīng)的質(zhì)量分布；d)直接計(jì)算加速度，加速度不應(yīng)超過(guò)根據(jù)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范計(jì)算的值。6.4.3結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)包括船體梁彎曲和支撐結(jié)構(gòu)剛度變化引起的變形。6.5冰區(qū)加強(qiáng)冰區(qū)加強(qiáng)和冰區(qū)防寒應(yīng)符合入級(jí)船級(jí)社規(guī)范。橫向強(qiáng)度應(yīng)符合入級(jí)船級(jí)社規(guī)范。7設(shè)計(jì)載荷7.1上部結(jié)構(gòu)局部靜態(tài)載荷上部結(jié)構(gòu)中的甲板局部靜態(tài)載荷見(jiàn)表5。表5中未明確提及的區(qū)域，可使用入級(jí)船級(jí)社規(guī)范中給5表5局部靜態(tài)載荷區(qū)域板和加強(qiáng)筋桁材均勻分布載荷°點(diǎn)載荷甲板艙室貯存區(qū)q卸載區(qū)?q救生艇平臺(tái)設(shè)備間區(qū)域人行道、樓梯和平臺(tái)、船員艙檢查用人行道、樓梯上面未給出區(qū)域的最小值相應(yīng)區(qū)域的車輪載荷加到分布載荷上(通常認(rèn)為車輪載荷作用區(qū)域?yàn)?00mm×300mm)。點(diǎn)載荷可能施加在100mm×100mm的區(qū)域上并在最不利位置，但不應(yīng)施加到車輪載荷或每種工況將重新估算分布載荷q,卸載區(qū)應(yīng)不小于15kN/m2?！跋禂?shù)f的計(jì)算公式為.式中A是載荷面積，單位為平方米(m2)。確定最小值時(shí)應(yīng)考慮位于區(qū)域上的設(shè)備和貨物的載荷，最小值應(yīng)不小于2.5kN/m2。7.1.2液艙艙內(nèi)板、加強(qiáng)筋和簡(jiǎn)化桁材的局部強(qiáng)度應(yīng)符合入級(jí)船級(jí)社規(guī)范的要求。縱向構(gòu)件的許用應(yīng)力應(yīng)不小于160MPa。7.2上部結(jié)構(gòu)總靜態(tài)載荷7.2.1整體分析時(shí)，上部結(jié)構(gòu)或處在靜水載荷工況船體靜態(tài)載荷，原則上根據(jù)永久載荷以及同時(shí)作用的變載荷的實(shí)際值確定。7.2.2除液艙載荷外，模塊的總靜態(tài)載荷應(yīng)根據(jù)式(1)確定：q,——模塊總靜態(tài)載荷，單位為千牛(kN);F,——甲板鋼總載荷，單位為千牛(kN);F?！O(shè)備載荷，單位為千牛(kN);n——重型設(shè)備總的數(shù)量(載荷大于50kN);K——考慮載荷同時(shí)作用于模塊時(shí)甲板總載荷縮減因數(shù)，典型值位于0.5～0.7之間；P、——甲板均勻分布設(shè)計(jì)載荷，單位為千牛每平方米(kN/m2),見(jiàn)表3;m——甲板總的數(shù)量；A——甲板承受載荷面積(設(shè)備覆蓋區(qū)域除外),單位為平方米(m2)。7.2.3必要時(shí)應(yīng)考慮模塊內(nèi)的液艙載荷。7.2.4載荷應(yīng)包括所有超過(guò)50kN的設(shè)備及其可能連接的實(shí)際甲板的總載荷。6動(dòng)載荷對(duì)整體靜態(tài)載荷的影響由質(zhì)量乘以設(shè)計(jì)加速度確定。設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)使用的基本船體梁響應(yīng)有：b)a?——橫向加速度；c)a?——縱向加速度；e)Qw——波浪剪切力。標(biāo)記方向見(jiàn)圖1。正垂向彎矩產(chǎn)生甲板縱向拉伸應(yīng)力。正水平彎矩在右舷產(chǎn)生縱向拉伸應(yīng)力。作用在一段船體尾端底部和首端頂部的正剪切力。對(duì)于雙層底船體，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)水平彎矩可以忽略。除非模塊支撐底座的垂向相對(duì)剪切變形很明顯，否則垂向剪切力通常可被忽略。表6中給出了迎浪、橫浪、斜浪的最大基本響應(yīng)產(chǎn)生的載荷工況。通過(guò)上部結(jié)構(gòu)重心的縱剖面和橫剖面對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，載荷工況4和7可以忽略。首向載荷工況最大響應(yīng)與響應(yīng)分?jǐn)?shù)組合MQ迎浪1M2M十r橫浪34斜浪5一i67一l注：表中a、b、c、h、i、j、k、l、m、r的參數(shù)取值見(jiàn)表7。7序號(hào)L<100m時(shí)的值100m≤L≤200m時(shí)的值L>200m時(shí)的值1a2b3C4h5i6j07k一0.003L+0.78l9mr注：L為船體長(zhǎng)度，單位為米(m)。出現(xiàn)的載荷確定。若無(wú)其他規(guī)定，應(yīng)考慮下列船首向(零度時(shí)為首向和右舷為正):a)迎浪：60%;應(yīng)考慮余弦方形能量分布。7.4.3.2基于7.4.3.1中的船首向，應(yīng)分析表8中的載荷工況。表8作業(yè)中動(dòng)態(tài)響應(yīng)組合首向載荷工況最大響應(yīng)與響應(yīng)分?jǐn)?shù)組合MQ作業(yè)8a9一de注：表中a、b、c、d、e、f、g的參數(shù)8表9參數(shù)取值序號(hào)L<100m時(shí)的值100m≤L≤200m時(shí)的值L>200m時(shí)的值1a2b3C4d5e6f7g注：L為船體長(zhǎng)度，單位為米(m)。7.5船體變形表6和表8中給出了船體和上部結(jié)構(gòu)組合模塊中載荷工況的響應(yīng)分?jǐn)?shù)組合。若上部結(jié)構(gòu)與船體單獨(dú)分析，則彎矩引起的船體變形應(yīng)施加到上部結(jié)構(gòu)上，船體變形由有限元分析確定。無(wú)總體應(yīng)力集中的區(qū)域，甲板縱向變形也可由式(2)確定：δ——截面1和截面2之間的縱向變形，單位為毫米(mm);M?——截面1處的設(shè)計(jì)彎矩，單位為牛頓毫米(N·mm);M?——截面2處的設(shè)計(jì)彎矩，單位為牛頓毫米(N·mm);Z——上部結(jié)構(gòu)界面處甲板的剖面模數(shù)，單位為立方毫米(mm3);E——彈性模量，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2);l?——截面1和截面2之間的距離，單位為毫米(mm)。甲板縱向變形示意圖見(jiàn)圖2。圖2甲板縱向變形示意圖8上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度8.1一般規(guī)定8.1.1應(yīng)校核如下典型上部結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度：9a)鉆井平臺(tái)及其支撐結(jié)構(gòu)；b)井架；c)模塊；d)承受隔水管、泥漿、鹽水等的甲板室。8.1.2液艙內(nèi)的板、加強(qiáng)筋和簡(jiǎn)化桁材的局部要求見(jiàn)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范。8.1.3不承受典型海上自然環(huán)境載荷的結(jié)構(gòu)部分，例如甲板室、居住艙或上層建筑等，可按入級(jí)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。8.1.4框架結(jié)構(gòu)的上部，作為主要載荷承受構(gòu)件，評(píng)估整體強(qiáng)度時(shí)不應(yīng)包括面板。帶加強(qiáng)筋板只需符合局部要求。8.1.5當(dāng)帶加強(qiáng)筋板是主要載荷承受結(jié)構(gòu)的組成部分時(shí)，應(yīng)符合整體和局部要求。8.2許用應(yīng)力最大許用利用系數(shù)η,按式(3)計(jì)算：式中：70——基本利用系數(shù)，見(jiàn)表3;β——基于結(jié)構(gòu)類型的系數(shù)，見(jiàn)表10。表10基于結(jié)構(gòu)類型的系數(shù)載荷組合*板和加強(qiáng)筋的局部要求不適用不適用桁材和縱骨腹板面積的局部要求桁材和縱骨剖面模數(shù)的局部要求上部一般載荷承受構(gòu)件整體強(qiáng)度鉆井平臺(tái)、支撐、外傾、吊桿裝置整體強(qiáng)度模塊、上和下甲板支撐結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度常規(guī)屈曲穩(wěn)性校核8.3板和加強(qiáng)筋局部要求8.3.1.1加強(qiáng)筋的端部連接和肘板設(shè)計(jì)的局部要求按入級(jí)船級(jí)社規(guī)范。8.3.1.2板厚t應(yīng)不小于式(4)的值：式中：f?——按入級(jí)船級(jí)社規(guī)范規(guī)定進(jìn)行選取；tx——腐蝕裕量，非液艙構(gòu)件時(shí)tx=0,單位為毫米(mm)。8.3.1.3承受側(cè)壓力的板厚t應(yīng)不小于式(5)的計(jì)算值：k?——板區(qū)域長(zhǎng)寬比的修正因子，k。=(1.1-0.25s/l)2;當(dāng)s/l=0.4,最大1.0;當(dāng)s/l=1.0,最小0.72;s——加強(qiáng)筋間距，單位為米(m);l——加強(qiáng)筋跨距，單位為米(m);p——局部設(shè)計(jì)載荷，見(jiàn)7.1和7.4,單位為千牛(kN);——許用利用系數(shù)；fy——最小屈服強(qiáng)度，單位為牛每平方毫米(N/mm2)。8.3.2加強(qiáng)筋8.3.2.1承受側(cè)向載荷的縱桁、橫梁、肋骨和其他加強(qiáng)筋的剖面模數(shù)Z,應(yīng)不小于式(6)的計(jì)算值，且不小于15000mm3。本要求適用于與面板軸平行的加強(qiáng)筋。式中：l?——有效加強(qiáng)筋跨距，單位為米(m);s?——沿板測(cè)量的加強(qiáng)筋間距，單位為米(m);p——局部設(shè)計(jì)載荷，見(jiàn)7.1和7.4千牛(kN);km——彎矩因數(shù)，見(jiàn)表11;η?！S用利用系數(shù)；f,——最小屈服強(qiáng)度，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2)。8.3.2.2對(duì)于與板有夾角的加強(qiáng)筋，要求剖面模數(shù)乘以cosφ的倒數(shù)，φ為加強(qiáng)筋腹板面與垂直于板面的夾角。若夾角不小于75°,則φ取90°。8.3.2.3動(dòng)態(tài)應(yīng)力很小且振動(dòng)是次要的區(qū)域，若加強(qiáng)筋支撐的板厚t不小于按式(7)計(jì)算的值，則帶有剪切端的加強(qiáng)筋可以接受：這種情況下，8.3.2.1中剖面模數(shù)應(yīng)按k=8計(jì)算。通常加強(qiáng)筋的切角最大為30°。8.4簡(jiǎn)化桁材局部要求8.4.1一般規(guī)定8.4.1.1當(dāng)單個(gè)桁材的邊界條件不可預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行直接計(jì)算。8.4.1.2桁材端部連接和肘板設(shè)計(jì)的局部要求按入級(jí)船級(jí)社規(guī)范的要求。8.4.1.38.4.5中給出的剖面模數(shù)和腹板面積的要求適用于支撐簡(jiǎn)化桁材的加強(qiáng)筋，或其他承受線性分布側(cè)向載荷的桁材。可假設(shè)縱桁滿足簡(jiǎn)化梁理論且支撐構(gòu)件幾乎均勻間隔及兩端支撐相似。考慮其他載荷時(shí)也可基于相同的梁理論。8.4.1.4桁材的剖面模數(shù)和腹板面積按8.4.5的規(guī)定進(jìn)行選取。若適用，直接應(yīng)力分析的結(jié)構(gòu)模型也應(yīng)基于同樣的數(shù)據(jù)。8.4.2最小厚度腹板和折邊板厚度應(yīng)不小于：a)對(duì)于位置低于船體上層連續(xù)甲板或模塊第一層甲板或上層甲板室4.0m的縱向桁材：b)對(duì)于位置較高的縱向桁材或橫向桁材：8.4.3有效折邊有效板折邊面積為有效折邊寬度內(nèi)的板的橫截面積，也包括在有效折邊內(nèi)的連續(xù)加強(qiáng)筋的橫截面積。有效折邊寬度b。按式(8)計(jì)算：式中：C.——圖3中給出了在桁材跨距內(nèi)均勻分布不同數(shù)量點(diǎn)載荷(Np)的參數(shù)；b——板折邊的全寬，例如支撐加強(qiáng)筋的跨距或桁材之間的距離，單位為米(m);l?——零彎矩點(diǎn)之間的距離，對(duì)于簡(jiǎn)化支撐桁材為S,對(duì)于兩端固定的桁材為0.6S。,單位為米Sa——簡(jiǎn)化支撐時(shí)桁材跨距，單位為米(m)。 圖3有效折邊參數(shù)C。曲線圖8.4.4有效腹板若剪切應(yīng)力等級(jí)、屈曲穩(wěn)性和疲勞壽命滿足要求，則認(rèn)為桁材腹板上的切口也可接受。8.4.5簡(jiǎn)化桁材強(qiáng)度要求承受側(cè)向載荷并且不參與船體總強(qiáng)度的簡(jiǎn)化桁材，應(yīng)符合下列要求：a)最小剖面模數(shù)Z按式(9)計(jì)算：b)除切口外的最小腹板面積Aw按式(10)計(jì)算：)跨距中間的腹板面積應(yīng)不小于0.5Aw。式中：Sg——桁材跨距，單位為米(m);平面梁的腹板高度除外，當(dāng)肘板端部固定時(shí)，假設(shè)桁材端部能被夾住并且桁材端部剖面模數(shù)足夠，桁材跨距S?？蓽p去三分之二的肘板臂長(zhǎng)，計(jì)算剖面模數(shù)b——承載區(qū)域的寬度(板折邊),單位為米(m),b=0.5(l?+l?),其中l(wèi)?和l?分別是桁材兩邊p——局部設(shè)計(jì)載荷，見(jiàn)7.1和7.4;km——彎矩因數(shù)，km值可根據(jù)通用梁理論計(jì)算；表11給出了某些定義載荷和邊界條件下的km值，最小k。值僅適用于簡(jiǎn)化桁材；對(duì)于安裝肘板或由于大彎矩而增加折邊面積的桁材，加強(qiáng)區(qū)域外可使用較大k。值；k——剪切力因數(shù)，見(jiàn)表11;rp——許用剪切應(yīng)力，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2);對(duì)載荷組合a)為0.39fy;對(duì)載荷組合b)為0.46fy;N,——桁材跨距內(nèi)支撐加強(qiáng)筋的數(shù)量；fy——最小屈服強(qiáng)度，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2)。表11彎矩因數(shù)km和剪切力因數(shù)k,值載荷與邊界條件彎矩因數(shù)剪切力因數(shù)位置123123123支撐載荷區(qū)域支撐——8一 8 —— 一———8.5復(fù)雜桁材系統(tǒng)8.5.1一般規(guī)定8.5.1.1對(duì)于二維或三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的桁材，應(yīng)進(jìn)行完全結(jié)構(gòu)分析以驗(yàn)證考慮屈服和屈曲時(shí)應(yīng)力是否可以接受。8.5.1.2當(dāng)承受極限狀態(tài)下要求的載荷等級(jí)時(shí)，分析中使用的方法應(yīng)能夠表示結(jié)構(gòu)的物理性能。8.5.1.3對(duì)于由細(xì)長(zhǎng)桁材組成的桁材系統(tǒng)，表4中載荷組合的評(píng)估通?；趶椥粤豪碚摗?yīng)注意：——剪切面積變化，例如由于開(kāi)口等導(dǎo)致的；——慣性矩變化；——有效折邊；——桁材折邊的側(cè)向屈曲。應(yīng)考慮第7章規(guī)定的整體和局部載荷。應(yīng)考慮表4中相關(guān)載荷組合。8.5.3連結(jié)結(jié)構(gòu)的影響桁材評(píng)估應(yīng)包括連接到能力模型覆蓋部分的結(jié)構(gòu)影響。8.6屈曲穩(wěn)性8.6.1型材、橫梁、柱和肋骨8.6.1.1若構(gòu)件橫截面不滿足附錄A中橫截面類型Ⅲ要求，則應(yīng)校核局部屈曲。8.6.1.2屈曲分析應(yīng)基于最不利屈曲模型的特征屈曲強(qiáng)度。8.6.1.3特征屈曲強(qiáng)度應(yīng)基于試驗(yàn)結(jié)果。8.6.1.4應(yīng)保證屈曲強(qiáng)度公式的初始不完整性與適用裝配標(biāo)準(zhǔn)公差的一致性。8.6.2平板結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)筋板可根據(jù)入級(jí)船級(jí)社要求校核板結(jié)構(gòu)的屈曲穩(wěn)性。8.6.3.1管材構(gòu)件根據(jù)入級(jí)船級(jí)社或SY/T10030—2004的要求進(jìn)行校核。局部殼屈曲和柱屈曲間的相互作用及外部壓力的影響，可參考人級(jí)船級(jí)社規(guī)范。8.6.3.2根據(jù)產(chǎn)生塑性鉸鏈和抵抗局部屈曲的能力，管材構(gòu)件的橫截面分為不同類型。應(yīng)考慮細(xì)長(zhǎng)橫截面對(duì)局部屈曲的影響。直徑D.與厚度t之比為式(11)計(jì)算值時(shí)，不考慮有外部壓力管材構(gòu)件的局部屈曲。E——彈性模量，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2);f,——最小屈服強(qiáng)度，單位為牛頓每平方毫米(N/mm2)8.6.3.3有外部壓力的管材構(gòu)件、管接頭和錐形過(guò)渡根據(jù)SY/T10030—2004校核。根據(jù)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范中關(guān)于橫梁的規(guī)定來(lái)校核加強(qiáng)筋和桁材。9船體-上部結(jié)構(gòu)界面評(píng)估9.1通則9.1.1對(duì)于船體-上部結(jié)構(gòu)整體分析和上部結(jié)構(gòu)單獨(dú)能力模型，船體-上部結(jié)構(gòu)界面評(píng)估的總原則見(jiàn)第6章。本章給出了校核典型船體-上部結(jié)構(gòu)界面結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的規(guī)定。9.1.2上部支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗疲勞能力受上部結(jié)構(gòu)的影響。上部支撐結(jié)構(gòu)包括上部艙室的支撐底9.1.3船體和上部結(jié)構(gòu)單獨(dú)模擬時(shí)，要求船體模型應(yīng)包括部分上部結(jié)構(gòu)模型，以保證來(lái)自上部結(jié)構(gòu)模型的反作用力能施加到船體模型上。施加位置不應(yīng)影響船體模型的應(yīng)力分布。上部結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)通過(guò)有限元分析或等效方法驗(yàn)證。應(yīng)分析的典型支撐結(jié)構(gòu)包括：——鉆井平臺(tái)基礎(chǔ)；——船體梁彎矩和剪切力；9.2.2.2模型的邊界條件不應(yīng)導(dǎo)致重大結(jié)構(gòu)響應(yīng)錯(cuò)誤。9.2.2.3網(wǎng)格尺寸應(yīng)能確保驗(yàn)證衡準(zhǔn)要求的應(yīng)力分布。9.2.2.4若在評(píng)估中使用高峰應(yīng)力衡準(zhǔn)，超過(guò)材料屈服應(yīng)力的區(qū)域的網(wǎng)格應(yīng)能預(yù)估對(duì)相鄰單元的影響。注：該區(qū)域推薦的典型單元尺寸為50mm×50mm。9.2.3.1應(yīng)使用中垂和中拱工況下的船體梁彎矩和剪切力，力應(yīng)根據(jù)入級(jí)船級(jí)社的要求進(jìn)行修正。9.2.3.2若載荷的響應(yīng)會(huì)增加上部支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，則應(yīng)包括液艙對(duì)模型單元的壓力和重型設(shè)備的載荷。9.2.3.3應(yīng)采用來(lái)自船體加速度的靜態(tài)載荷和慣性力。上部結(jié)構(gòu)獨(dú)立建模時(shí)，界面應(yīng)施加六個(gè)方向反作用載荷分量。連接會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)載荷組合。除非用直接分析確定動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間的相位，否則應(yīng)根據(jù)表6和表8進(jìn)行載荷組合。連接上部結(jié)構(gòu)的甲板及其下結(jié)構(gòu)的單元的屈服和屈曲強(qiáng)度，應(yīng)符合入級(jí)船級(jí)社的要求。也可基于第6章給出的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行評(píng)估。9.3疲勞評(píng)估上部支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，應(yīng)根據(jù)第10章中疲勞強(qiáng)度評(píng)估的原則和要求進(jìn)行驗(yàn)證。10疲勞強(qiáng)度評(píng)估10.1.1評(píng)估應(yīng)考慮所有導(dǎo)致疲勞損傷的重要載荷。10.1.2評(píng)估疲勞壽命時(shí)應(yīng)考慮由裝配不完整性引起的超出S-N曲線圖的應(yīng)力集中系數(shù)。10.1.3疲勞強(qiáng)度評(píng)估應(yīng)選用與之匹配的S-N曲線進(jìn)行。10.2.1.1遷移和作業(yè)工況中的累積疲勞損傷應(yīng)根據(jù)船體作業(yè)特征進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算疲勞壽命時(shí)應(yīng)考慮整體和局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)的綜合影響。10.2.1.2抗疲勞強(qiáng)度一般以S-N曲線的方式給出。疲勞失效定義為疲勞裂紋穿透厚度。10.2.1.3若船舶遵守干塢檢查要求，則新船要求的疲勞壽命不少于20年。設(shè)計(jì)疲勞系數(shù)(DFF)1.0適用于所有入塢期間易于檢查和修理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)于不易檢查的結(jié)構(gòu)，則使用較高的設(shè)計(jì)疲勞系數(shù)。10.2.1.5應(yīng)力基于總厚度(例如未扣除腐蝕裕量)。10.2.2.1疲勞分析應(yīng)基于由相應(yīng)焊接零件的疲勞試驗(yàn)確定的S-N數(shù)據(jù)和線性損傷假設(shè)。若適用，疲勞分析也可基于斷裂力學(xué)。10.2.2.2計(jì)算累積損傷的分析方法見(jiàn)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范。10.3結(jié)構(gòu)零件和應(yīng)力集中系數(shù)10.3.1應(yīng)驗(yàn)證船上的疲勞敏感零件具有足夠的疲勞強(qiáng)度，并關(guān)注下列零部件：——連接到框架肋骨和艙壁的船體縱向加強(qiáng)筋；——滿載吃水線以下的外板；——斜邊艙折角和其他有關(guān)的中斷；——上部結(jié)構(gòu)與船體的連接，包括鉆井平臺(tái)的基礎(chǔ)；——縱向構(gòu)件上的開(kāi)口和穿孔；——框架肋骨。10.3.2局部零部件的應(yīng)力集中系數(shù)根據(jù)入級(jí)要求進(jìn)行確定。對(duì)于入級(jí)要求中未包括的或未經(jīng)其他認(rèn)可文件驗(yàn)證的零部件，應(yīng)根據(jù)入級(jí)規(guī)范中給出的步驟，用詳細(xì)有限元分析確定其應(yīng)力集中系數(shù)。10.4.1遷移中的累積損傷可基于全球散布圖計(jì)算。10.4.2作業(yè)工況時(shí)應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)具體的散布圖為計(jì)算基礎(chǔ)。10.4.3應(yīng)考慮的典型局部載荷如下：——渦激脫落；——外部海水壓力；——液艙壓力。——波浪彎矩和剪切力；——波浪彎矩引起的水平船體變形；——船體支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差異引起的底座垂向變形；——波浪誘導(dǎo)加速度(慣性載荷)。10.4.5按入級(jí)規(guī)范給出的步驟組合整體和局部載荷的影響。11意外工況11.1.1考慮意外工況，設(shè)計(jì)的總目的是使船體的主要安全功能不被意外事件削弱。通過(guò)下列兩種方式防止意外損傷：——減少損傷概率；——減少損傷后果。11.1.2通過(guò)直接計(jì)算載荷施加到結(jié)構(gòu)上的影響或間接設(shè)計(jì)可容忍意外事件的結(jié)構(gòu)來(lái)完成抵抗意外載荷的設(shè)計(jì)。11.2.1.1根據(jù)第6章規(guī)定的載荷工況，應(yīng)分兩步校核結(jié)構(gòu)的意外載荷：——結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)意外載荷的抵抗力(例如載荷工況c),見(jiàn)表3];——意外損傷后結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境載荷(例如載荷工況d),見(jiàn)表3]的剩余意外抵抗力。意外損傷后船體的設(shè)計(jì)應(yīng)按1年回歸周期的環(huán)境工況進(jìn)行。典型意外載荷包括：——墜落物體；——火災(zāi)；——爆炸。11.2.1.3不同類型的意外載荷要求用不同的方法和分析去評(píng)估結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。若考慮屈服、屈曲和斷裂引11.2.1.4應(yīng)承認(rèn)意外載荷的頻率和大小的固有的不確定性和確定意外載荷影響的方法的近似性質(zhì)。因而在設(shè)計(jì)中，良好的工程判斷力和實(shí)際估計(jì)非常重要。11.2.2.1墜落物體的臨界區(qū)域應(yīng)根據(jù)潛在墜落物體的實(shí)際移動(dòng)來(lái)確定，例如起重機(jī)或其他相對(duì)于船體本身結(jié)構(gòu)做升降運(yùn)行的質(zhì)量。對(duì)于物體意外墜落區(qū)域，應(yīng)評(píng)估沖擊能量和沖擊結(jié)果。遭受火災(zāi)的結(jié)構(gòu)在疏散前應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并考慮下列火災(zāi)情形：——船體內(nèi)部或船上起火；——海面上起火。若滿足入級(jí)船級(jí)社規(guī)定的火災(zāi)防護(hù)要求，可省略火災(zāi)評(píng)估?！ｋU(xiǎn)位置位于無(wú)限制(敞開(kāi))位置并且安裝足夠的屏蔽機(jī)械裝置(例如防爆墻);——危險(xiǎn)區(qū)域位于部分限制位置并且利用設(shè)計(jì)產(chǎn)生相對(duì)較小過(guò)壓；——危險(xiǎn)區(qū)域位于封閉位置，安裝壓力減緩裝置(例如防爆板),利用設(shè)計(jì)產(chǎn)生過(guò)壓力。11.2.4.2若可行，爆炸作用導(dǎo)致的大板區(qū)域破裂處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免該作用的不確定性及破裂本身的11.2.4.3若相關(guān)，應(yīng)評(píng)估防爆墻的結(jié)構(gòu)支撐和爆炸作用向主結(jié)構(gòu)構(gòu)件的轉(zhuǎn)移。也應(yīng)考慮連接的有效性12焊縫和焊接12.1.1焊縫和焊接的技術(shù)要求應(yīng)至少符合入級(jí)船級(jí)社規(guī)范的要求。12.1.2若為達(dá)到設(shè)計(jì)疲勞壽命要求而改善焊縫(例如打磨),則應(yīng)使用全焊透焊，除非焊根處的疲勞壽命已驗(yàn)證。12.1.3在設(shè)計(jì)載荷主要是靜態(tài)或剪切力的區(qū)域，可以接受深熔焊接。若靜態(tài)壓縮應(yīng)力占屈服應(yīng)力35%以上，則深熔焊可帶有t/3的鈍邊。雙面連續(xù)角焊縫的尺寸根據(jù)入級(jí)船級(jí)社規(guī)范給出的原則確定。典型海上構(gòu)件的焊接因數(shù)C見(jiàn)表12。表12焊接因數(shù)C跨距的60%端部局部屈曲加強(qiáng)筋部結(jié)構(gòu)中次要加強(qiáng)筋非水密桁材的腹板(尾尖艙處除外)雙層底的桁材腹板和肋板、尾尖艙的加強(qiáng)筋和桁材、加強(qiáng)板設(shè)