GB/T37339-2019
自升式钻井平台桩腿结构设计指南
Designguidelinesforlegstructureofself-elevatingdrillingunits
- 中国标准分类号（CCS）U17
- 国际标准分类号（ICS）47.020.99
- 实施日期2019-10-01
- 文件格式PDF
- 文本页数14页
- 文件大小1.29M
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自升式钻井平台桩腿结构设计指南
GB/37339一2019 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国海洋船标准化技术委员会(SAC/TC12)提出并归口
本标准起草单位:大连船舶重工集团有限公司
本标准主要起草人:伞立忠,戴挺、杨岳山,张占力、杨玲
GB/37339一2019 自升式钻井平台桩腿结构设计指南 范围 本标准规定了自升式钻井平台(以下简称“平台")桩腿结构的设计依据、桩腿型式的确定、设计方法 和设计校核
本标准适用于自升式钻井平台衔架式三角形桩腿的结构设计,其他类翠自升式钻井平台的桩腿结 构设计可参照使用 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注目期的引用文件,仅详目期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
GB/T37331自升式钻井平台结构材料设计细则 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
3.1 桩腿结构legstructure -种在自升式钻井平台上,借助电动机械、液压机械或电动与液压相结合的机械与平台主体结构作 预定相对运动的柱形或杵架式结构,桩腿可插人海床并将平台主体结构抬出海面到一定高度
3.2 齿条rack 与自升式钻井平台的升降系统的齿轮及锁紧系统的锁紧齿条配对使用的齿形板
3.3 弦管chord 柠架式桩腿焊接到齿条上的加强构件
3,4 mainchord 主弦管 析架式桩腿齿条与弦管的焊接组件 设计依据 设计依据的图样和技术文件如下 a 合同技术说明书; b 人级船级社规范; 总布置图; c d 升降系统和锁紧装置设备资料; 桩腿强度计算结果
GB/T37339一2019 5 桩腿型式的确定 5.1桩腿型式 5.1.1 一般根据海底地基情况,平台桩腿的型式选用插桩式或带桩靴的桩腿;根据作业水深,桩腿的型 式选用壳体式或析架式桩腿
桩腿的截面形状有圆形、三角形,四方形等
5.1.2壳体式桩腿适用于60m一70m以下水深的平台
截面形状主要有圆形和四方形
典型的圆形 壳体式桩腿截面图见图1 5.1.3析架式桩腿是透空式的,适用于60m一70m以上水深的平台
截面形状主要有三角形、四方 形,其碚架腿由齿条、主弦管及把主弦管连接的水平支撑管、斜支撑管、内支撑管等组成,见图2,桩腿类 型主要有双K型,K型、X型等,见图3,三角形析架式桩腿为目前平台采用的主流桩腿型式
桩腿典型 析架式平台项目作业水深和桩腿型式见表1
齿条 图1典型圆形壳体式桩腿截面图 主弦管 水平支撑竹 水平支撑管 主弦管 -斜支撑管 内支撑管 侧视图 俯视图 a 图2典型析架式桩腿结构组成示意图
GB/37339一2019 b)K型桩腿 x型桩腿 a双K型桩腿 图3典型析架式桩腿结构组成示意图 表1典型析架式平台项目作业水深和桩腿型式 品 类 型 项目 JU2000E系列 SUPERM2 L780 CJ46 CJ70 作业水深 122m 91.4m 76.2m 106m 150m 双K型 K型 x型 K型 X型 桩腿类型 5.2各类桩腿型式主要特性比较 5.2.1壳体式和析架式(三角形)桩腿的主要特性对比见表2
表2壳体式和析架式桩腿主要特性对比 特性 壳体式 析架式(三角形 受风面积较大,承受较大的风载荷 风载荷 受风面积较小,承受的风载荷小 承载 情况 波浪 大尺度物体,承受较大的波浪力 小尺度物体,承受波浪力较壳体式小 由主弦管及把主弦管连接的主支撑管(惭架式桩腿主 由外壳板和加强构件组成,桩腿外部沿弦管与主弦管之间的支撑构件,包括斜支撑管,水平 构造 轴线方向设有齿条或销孔 支撑管)、内支撑管等组成
主弦管上有齿条
典型 衔架式桩腿结构组成示意图见图3 除齿条为超高强度钢外,外壳一般由材 大部分材料均为超高强度钢级别的特殊管材,需在特 材料 质为高强度或普通强度级别的钢板卷 殊厂家订货,成本较高 制而成,建造容易、成本低 管节点较多,媒接难度大,制造较复杂 制造比较简单,结构坚固 工艺性
GB/T37339一2019 5.2.2各类析架式桩腿的主要特性对比见表3
表3各类析架式桩腿主要特性对比 特性 双K型 K型 X型 齿条及圆管截面 圆形 圆形 圆形 支撑管数量介于K型和X型之 支撑管数量多于双K型、X型，受风面积最小,承受的风载 风载荷 间 受风面积也介于K型和x型 荷相对较小 承受的风载荷较大 之间 杆件数量介于x型和K型之间， 重量 杆件数量最多,重量最重 杆件数量最少,重量最轻 重量介于X型和K型之间 杆件节点介于X型和K型之间，杆件K、T、Y节点最多,精度较杆件节点最少,制造难度最 工艺性 精度较易控制,制造难度最小 难控制,制造难度较大 小
但精度控制最难 6 设计方法 6.1桩腿位置 6.1.1桩腿位置即桩腿的纵向和横向间距的大小是平台总体设计的一个重要参数,直接影响平台站立 稳性和环境力作用下各桩腿所承受的轴向载荷 6.1.2平台甲板若为三角形的.桩腿一般布置在一前两后,见图4;平台甲板若为四边形的,桩腿一般布 置在四个角,见图5
主体 桩腿 图4三角形平台桩腿布置图
GB/37339一2019 -主体 桩腿 图5四边形平台桩腿布置图 6.2桩腿长度 桩腿长度是平台的重要尺度,作业水深越大,桩腿长度越大,桩腿在各种工况(拖航、升降、站立等 下受到的静态和动态的外载荷也越大
桩腿长度由七个部分组成,即HH，之和,见图6
各部分高度的说明如下 a 人泥深度H
可根据相关的工程地质数据计算;也可凭经验估计;船级社规范中一般取3m. b 设计水深Hg
即最大作业水深
设计水深是海图水深,最大天文潮和风暴潮三者之和(如果 海图基准面与潮高基准面不一致,还要进行修正)
天文潮潮差、风暴潮增水等,应根据实测统 计数据确定
设计波的波峰高度H
根据平台合同技术说明书要求确定
c d气隙H
即平台主体底板和波峰之间的空隙
气隙应有一定的值以保证主体不受波浪的冲 击
气隙的最低要求在各移动式平台规范均有明确的规定
气隙值应在操船手册中明确规 定,在升降作业时应予以保证. 平台主体的型深H
e 升降室或固桩架的高度Hd f 余量H
由于桩腿应向上伸出一段,且人泥深度是一个变化很大的量,应视具体情况确定， g 至少为1.5m
GB/T37339一2019 主体 迟让太 平均低水面 风暴潮增水 天文潮溯差 泥线 图6桩腿长度组成 6.3主弦管中心距 主弦管中心距是表示桩腿的刚度参数,见图7
其值越大,桩腿的刚度越大
主弦管中心距取值: 当水深大于91.4m时,大于10m 当水深小于91.4m时,小于10m
GB/37339一2019 主弦管 安 管中心E 主弦管 中心距 管中 主弦管 主弦管 图7桩腿主弦管中心距 6.4齿条及弦管 6.4.1齿条及弦管选择要求如下 应优先选用易订货的规格，一般平台齿条的厚度小于210mm,弦管壁的厚度小于101mm aa b)参考国际上成熟的平台齿条及弦管的规格; 最终的规格应通过详细的强度计算后确定 c 6.4.2齿条齿廓一般选为渐开线圆柱齿轮齿廓,压力角a呈27"30",应和设备厂家配套,见图8.
图8齿条压力角示意 6.4.3为方便材料订货,弦管一般采用小半圆型式,弦管型式见图9
GB/T37339一2019 弦管 齿条 图9弦管型式 6.5支撑型式 桩腿支撑型式有斜支撑、水平支撑、内部支撑，一般选取管材型式,管材规格的选取应优先选用易订 货的规格,并满足合同技术规格书及人级船级社规范要求
6.6材料 桩腿齿条及弦管的材料按GB/T37331选取
6.7强度校核 6.7.1平台在站立状态(包括作业状态和风暴自存状态)主要承受平台的自重载荷,可变载荷,风载荷、 波浪海流载荷、结构动力载荷以及P么效应(由轴向压力和桩腿整体侧向位移联合作用所产生的载荷 起的非线性载荷;在拖航状态下,主要承受平台的横摇、纵摇和垂荡等引起的惯性载荷
6.7.2平台在站立状态和拖航状态均要对桩腿强度进行校核
6.7.3平台桩腿强度校核主要包括桩腿弦管、撑管构件的屈服、屈曲、疲劳校核及管节点的冲剪强度校 核
具体要求参见人级船级社规范
6.8结构节点 6.8.1结构节点型式 桩腿构件之间常用连接的主要节点型式如下 K节点:两根撑管轴力垂直于弦管方向的分力,在弦管轴线一侧平面内自身平衡的节点,见 a 图10;
GB/37339一2019 齿条中心 主弦管 图10K节点 Y节点:一个节点平面内斜撑管的与弦管相垂直的内力分量需由弦管平衡的节点,见图1l; b 齿条中心 -主弦管 图11Y节点 T节点:一个节点平面内垂直撑管的垂直于弦管的内力分量需由弦管平衡的节点,见图12; c
GB/T37339一2019 齿条中心 主弦曾 中心线 图12T节点 d)K型和T型组合节点(T-K);弦管轴线一侧的撑杆轴力需与另一侧撑管轴力相平衡的节点， 见图13; 齿条中心 主弦管 水平撑管 图13K型和T型组合节点 搭接节点;两根撑管一部分相互焊接，一部分与弦管焊接而形成的节点,见图14
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GB/37339一2019 工作点 工作点 水平撑管中心线 图14搭接节点 6.8.2特殊设计要求 除搭接形成节点外,管节点处各杆件的轴线应尽可能交于一点,避免偏心 6.8.2.1 6.8.2.2主管的外部尺寸不应小于支管的外部尺寸,主管的壁厚不应小于支管的壁厚,在支管和主管的 连接处不得将支管插人主管内
6.8.2.3主管与支管或两支管轴线之间的夹角不宜小于30" 6.8.2.4在搭接节点中,当支管厚度不同时,薄壁管应搭在厚壁管上;当支管钢材强度等级不同时,低强 度管应搭在高强度管上
6.8.2.5与桩靴的连接为特殊构件的连接,要特别注意材料的选择和焊接
6.8.3管节点焊接 管节点焊接按人级船级社规范要求
设计校核 7.1桩腿结构设计和布置是否满足合同技术说明书、人级船级社规范和相关标准要求
7.2桩腿结构所有构件是否满足强度要求
7.3桩腿结构布置是否与平台升降机构和锁紧装置相匹配
GB/T37339?2019 [1] PetroleumandnaturalgasindustriesSit 1sO19905-l:2012 itepesifie assessmentof mobileoffshoreunitsPart1:Jack-ups icassessmentofmo [2]SNAMETechnieal&.researchbulletin5-5AGuidelin nesfors itespecife bileiack-t -upunits,2008.
自升式钻井平台桩腿结构设计指南GB/T37339-2019解读
自升式钻井平台是一种在海上进行石油开采的设备，它具有稳定性好、移动方便等特点，因此在近年来越来越受到人们的重视。而自升式钻井平台中的桩腿结构设计则是其中至关重要的一环。
为了规范自升式钻井平台桩腿结构的设计，保证其安全可靠，国家标准化管理委员会于2019年发布了《自升式钻井平台桩腿结构设计指南GB/T37339-2019》。
该标准从桩腿的分类、基本参数、荷载计算、结构分析、设计要求、检验与试验等多个方面对桩腿结构进行了详细的规范和说明。
桩腿的分类
根据用途和结构特点，自升式钻井平台中的桩腿可以分为以下几类：
- 水平桩腿
- 斜桩腿
- 竖桩腿
- 桁架桩腿
不同类型的桩腿适用于不同的海洋环境和工作条件，需要根据实际情况进行选择和设计。
荷载计算和结构分析
自升式钻井平台桩腿承受着各种复杂的荷载，包括海浪、海流、风力、弯矩等。因此，在进行桩腿结构设计时，需要进行详细的荷载计算和结构分析，以保证其稳定性和安全可靠性。
由于桩腿结构存在很高的复杂性，所以在进行荷载计算和结构分析时需要运用一系列先进的技术手段，例如有限元分析等。
设计要求
《自升式钻井平台桩腿结构设计指南GB/T37339-2019》对桩腿的设计要求进行了详细的规定，其中包括以下几个方面：
- 桩腿的材料应具有足够的强度和韧性，以承受各种荷载。
- 桩腿的外形尺寸应满足相关标准的要求。
- 桩腿的焊接应符合相关的标准和规范。
此外，还需要对桩腿的组装、安装、试验等进行详细的规定和说明，以保证其在使用过程中的安全可靠性。
检验与试验
为了保证自升式钻井平台的桩腿结构符合相关标准和规范，需要进行严格的检验和试验。《自升式钻井平台桩腿结构设计指南GB/T37339-2019》中对桩腿的检验和试验也进行了详细的规定。
其中涉及到的内容包括桩腿的外观检查、尺寸测量、焊缝检查、强度试验等多个方面。
通过这些检验和试验，可以全面地评估自升式钻井平台桩腿结构的质量和可靠性，从而保证其在使用过程中的安全和稳定性。
总结
自升式钻井平台桩腿结构的设计是该设备中至关重要的一环，它直接关系到整个设备的稳定性和安全可靠性。《自升式钻井平台桩腿结构设计指南GB/T37339-2019》的发布，为自升式钻井平台桩腿的设计和制造提供了重要的依据和指导。
在实际应用中，需要根据不同的海洋环境和工作条件进行桩腿类型的选择和设计，并按照相关标准和规范对其进行严格的检验和试验，以保证其安全可靠性。
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