Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 13
1.1 . Применение пространственных решетчатых конструкций в инженерных сооружениях шельфа 13
1.2.Способы транспортировки и постановки на грунт опорных блоков морских стационарных платформ 40
1.3. Аналитический обзор существующих работ по аэрогидромеханическому сопротивлению решетчатых конструкций 56
1.4.Проблемы сброса опорных частей морских стационарных платформ с транспортного средства 71
1.5.Вопросы, выносимые для решения в диссертационной работе... 82
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЬНОГО СБРОСА 85
2.1. Цели и задачи модельных экспериментальных исследований 85
2.2. Условия подобия при моделировании сброса блока с транспортной баржи 88
2.3. Экспериментальные исследования динамики сброса опорного блока ферменной конструкции с транспортно-спусковой баржи... 94
2.4. Обработка экспериментальных данных и анализ полученных результатов 109
2.5. Основные выводы и рекомендации 153
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ СБРОСА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ РЕШЕТЧАТОЙ КОНСТ РУКЦИИ 159
3.1. Геометрия решетчатого блока . 159
3.2. Вычисление массово-инерционных характеристик блока и параметров, определяющих его положение относительно поверхности воды. 164
3.3. Методика расчета характеристик блока при продольном сбросе... 174
3.4. Математическая модель сброса опорного блока с транспортно-спусковой баржи... 183
3.5. Определение присоединенных масс жидкости и коэффициентов демпфирования баржи и блока 200
3.6. Вычисление параметров начальной остойчивости воза «бар-жа+блок» 206
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЁТЫ И СОПОСТАВЛЕНИЕ С РЕЗУЛЬТАТАМИ МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 210
4.1 Сопоставление углов дифферента баржи и блока 210
4.2. Сопоставление изменения координат центра масс опорного бло-кавпроцессесброса... 220
4.3. Сопоставление траекторий движения центра масс блока... 226
4.4. Сопоставление скоростей движения опорного блока на разных этапах сброса 232
4.5. Численный расчет сил, действующих на блок при сбросе и основные выводы по главе 240
ГЛАВА 5. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЁТЫ И АНАЛИЗ ДИНАМИКИ СБРОСА НАТУРНОГО БЛОКА 243
5.1. Цель численных экспериментов и описание натурных объектов 243
5.2. Программа численных расчетов 250
5.3. Исследование кинематики движения баржи и блока при сбросе... 254
5.4. Изменение сил и моментов, действующих на блок и баржу при сбросе 267
5.5. Изменение начальной остойчивости воза при сбросе опорного блока 273
5.6. Основные выводы по главе и практические рекомендации... 282
ГЛАВА 6, ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЁТЫ ОБЩЕЙ ПРОЧНОСТИ ОПОРНОГО БЛОКА ПРИ ПРОДОЛЬНОМ СБРОСЕ 286
6.1. Выбор метода расчёта и программного средства для его реализации . ...,;... 286
6.2. Метод определения положения блока на аппарели в моменты его наибольшего нагружения внешними силами 292
6.3. Расчет и конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния натурного блока при сбросе его с плавучего транспортного средства. 296
6.4. Параметрические исследования динамики и напряженно-деформированного состояния опорного блока при сбросе с плавучего транспортного средства 310
6.5. Основные выводы по главе 324
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 325
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..., 329
ПРИЛОЖЕНИЯ: 348
І.Актьі о внедрении результатов диссертационной работы... 349
- Применение пространственных решетчатых конструкций в инженерных сооружениях шельфа
- Цели и задачи модельных экспериментальных исследований
- Геометрия решетчатого блока
- Сопоставление углов дифферента баржи и блока
- Цель численных экспериментов и описание натурных объектов
Введение к работе
Актуальность темы. Российская Федерация является одной из ведущих энергетических держав и ядром всей системы энергообеспечения стран СНГ, трех балтийских стран, а также экспортером нефти и газа в европейские страны. Удельный вес России превышает 80% общего объема производства нефти и газа в бывшем СССР и составляет почти седьмую часть суммарного производства первичных энергоресурсов в мире.
В настоящее время основная часть топливно-энергетического баланса приходится на нефть и газ, доли которых в ближайшем будущем будут расти. Этому способствует негативная реакция общественности на дальнейшее строительство и интенсивное использование атомных энергетических сооружений как эффективных источников энергии. Поэтому вопросы поиска, разведки, обустройства и эксплуатации новых месторождений нефти и газа, и в первую очередь на шельфе, становятся безальтернативными и насущными.
Новая концепция освоения морских ресурсов нефти и газа, а также планы гидрографии и обороны страны предусматривают строительство мор ских глубоководных платформ, опорная часть которых представляет собой пространственный стальной опорный блок (ОБ), имеющий значительные массу (20-50 тыс. т и более) и габариты. Доставка, сброс и постановка на морское дно таких блоков представляет собой достаточно сложную задачу. Особенно это относится к операции продольного спуска опорного блока с саморазгружающейся транспортной баржи, когда он сначала скользит по спусковым дорожкам баржи, а затем поворачивается на аппарелях (коромыс лах) и скользит по ним, имея малую площадь опирання, і В качестве одного из важнейших условий эффективного масштабного освоения нефтегазовых ресурсов шельфа следует рассматривать создание развитой специализированной инфраструктуры, способной обеспечивать на современном уровне решение задач научного сопровождения, проектирова- ния, строительства и эксплуатации морских сооружений и технических средств Сегодня организация работ по строительству буровых платформ и созданию оборудования для освоения месторождений на шельфе осуществляется в соответствии с подпрограммой «Шельф» в составе Федеральной Целевой Программы (ФЦП) «Мировой океан», утверждённой 20 августа 2002 г. постановлением Правительства №623, а также одобренной межведомственным советом «Комплексной программы научно-технического сотрудничества на 2002-2010 годы по созданию и серийному выпуску нового поколения судов надводного и подводного флотов, технологического оборудования и систем приборной техники для разведки и промышленного освоения месторождений углеводородного сырья».
Подрограммой «Шельф» и межведомственной программой научно-технического сотрудничества предусматривается ряд конкретных НИР, ОКР и ПИР. Уже сейчас ФГУП «ЦНИИ ТС» ведёт проектирование объектов строительства, реконструкции и технического перевооружения судостроительных предприятий под строительство стационарных буровых платформ. По этому направлению деятельности ФГУП «ЦНИИ ТС» (ПФ «Союзпро-ектверфь») осуществляет разработку проектной документации по реконструкции и модернизации различных производств и технических сооружений судостроительных предприятий, в том числе для ФГУП ПО «Севмашпредприятие»: оборудование наливного бассейна передаточным причалом для швартовки понтона (баржи) и наката на него супермодулей; реконструкции набережной №3 для стыковки суперблоков; и ряд других.
Анализ показал, что пока как в нашей стране, так и за рубежом отсутствуют достоверные методы расчета процесса сброса с транспортного средства таких крупногабаритных объектов, какими являются опорные блоки стационарных буровых платформ и опорные конструкции иного назначения (для гидрографических, оборонных и др. целей); не исследованы в полном
7 объеме вопросы и не созданы апробированные методики расчета плавучести, остойчивости, непотопляемости, кинематики и динамики движущихся при продольном сбросе объектов (баржа, блок); требуют уточнения методы расчета внешних воздействий при сбросе от ветра, волнения, течения и учета возможного обледенения сооружения; не проведены комплексные исследования динамики сброса опорных решетчатых блоков глубоководных платформ с транс портно-спусковой баржи и не исследовано напряженно-деформированное состояние элементов конструкций блока в этом процессе; отсутствуют нормативные материалы по остойчивости и непотопляемости крупногабаритных объектов - опорных блоков, спусковых транспортных барж - при проведении операции сброса, а также материалы регламентирующие величину допускаемых напряжений в конструктивных элементах блока в критические моменты этой операции; не получены данные по гидродинамическому сопротивлению узловых соединений решетчатых конструкций опорных блоков; не опубликованы самостоятельные работы в области изучения и освоения ресурсов Мирового океана, которые обобщили бы все аспекты этой проблемы.
В настоящей диссертационной работе предложены новые постановки задач по определению внешних сил и моментов, действующих на спускаемый опорный блок, а также по расчету кинематики его движения от момента начала относительного движения по спусковым дорожкам баржи до полной остановки в воде после соскока с коромысел. Существенно дополнена и уточнена математическая модель расчета динамики сброса, которая в совокупности с программным комплексом «Nastran», использующим конечно-элементный метод расчета, позволила провести численное решение задач динамики и напряженно-деформированного состояния опорного блока морской платформы при продольном спуске с плавучего транспортного средства. Результаты расчетов показали, что наиболее неблагоприятным, с точки зрения прочности конструкции блока, является момент раскрытия аппарелей баржи. Наибольшие напряжения при этом наблюдаются в элементах блока, примы-
8 кающих к спускным стойкам последнего и расположенные в близлежащем районе.
Цель работы заключается: -в обработке и анализе результатов крупномасштабных модельных испытаний продольного спуска; -в разработке численного метода решения задач динамики и напряженно-деформированного состояния опорного блока морской глубоководной платформы при продольном спуске с плавучего транспортного средства с осуществлением контроля характеристик продольной и поперечной остойчивости баржи и блока; -в проведении численных расчётов и параметрических исследований динамики и напряжённо-деформированного состояния натурного пространственного ферменного опорного блока при продольном сбросе с использованием среды «Matcad» и программного комплекса «Nastran».
Научная новизна работы.
Проведены крупномасштабные модельные испытания продольного сброса пространственного опорного блока стационарной буровой платформы с саморазгружающейся транспортной баржи (СТБ) в полигонных условиях Горь-ковского водохранилища.
Проведены специальные модельные испытания в опытовом бассейне НГТУ. Получены и проанализированы экспериментальные данные по гидромеханике баржи и пространственной конструкции опорного блока.
Получены, обработаны и проанализированы экспериментальные данные по кинематике и динамике продольного сброса блока с баржи.
Уточнен и дополнен алгоритм численного расчета кинематики и динамики продольного сброса пространственной ферменной конструкции с СТБ. > Определены внешние силовые факторы, а также внутренние напряжения и деформации как в отдельных элементах, так и во всей конструкции блока в произвольный момент сброса.
Получены результаты параметрических исследований динамики и напряженно-деформированного состояния пространственного опорного блока при разных вариантах продольного сброса.
Получены решения новых задач: -по исследованию кинематики движения баржи и блока при сбросе с варьированием начальных условий; -по исследованию внешних сил, действующих на баржу и блок при разных вариантах продольного сброса; -по исследованию методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния пространственной ферменной конструкции при сбросе с варьированием положения блока на барже.
Методы исследований: теоретико-экспериментальные. Для подтверждения теоретических выкладок и результатов расчета численных экспериментов использовались данные экспериментальных исследований, полученные в натурных, полигонных и лабораторных условиях.
Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в работе, основывается на: -корректном использовании известных уравнений движения судна гидромеханики жидкости, теории корабля, численных методов расчета; -совпадении полученных результатов с данными натурных, крупномасштабных и лабораторных модельных испытаний.
Практическая значимость и реализация результатов исследований заключается: * в разработке, уточнении и дополнении алгоритма численного расчета динамического процесса продольного сброса при определении кинематических и динамических характеристик блока и баржи, их реакций и гидродинамического сопротивления при движении в жидкости, плавучести, продольной и поперечной остойчивости, массово-инерционных характеристик «сухого» и частично или полностью погруженного в воду блока, экспорта данных расчета в среду "Matcad"; в результатах исследований конечно-элементным методом напряженно-деформированного состояния пространственной ферменной конструкции, полученных с использованием программного комплекса «Nastran» для моментов продольного сброса, в которые напряжения в конструктивных элементах достигают максимума; в численных результатах, полученных при реализации программ расчета поставленных задач на ПЭВМ; в параметрических исследованиях динамики и напряженно-деформированного состояния пространственного ОБ при продольном сбросе; в выводах и рекомендациях, содержащихся в диссертации; во внедрении отдельных результатов и пакетов программ в ЦКБ «Коралл» (г. Севастополь), ВНИПИ морнефтегаз (г. Москва), ЦНИИпроект-стальконструкция им. Н.П. Мельникова (г. Москва), НИПИгипроморнеф-тегаз (г. Баку), НГТУ (г..Н.Новгород), ВПИ «Проектверфь» (г.Н.Новгород).
Работа проводилась по договорам ГПИ, позднее - НГТУ с ЦКБ "Коралл", ВНИПИморнефтегаз, ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова, НИПИгипроморнефтегаз, а также по программам ОЦ.007 Государственного Комитета по науке и технике СССР, «Шельф» Минвуза СССР и «Океанотехника» Минвуза РСФСР, а также по заказ-нарядам с Госкомвузом РФ в рамках целевой программы «Научные исследования высшей школы в области топлива и энергетики на 1998-2002 годы».
На защиту выносятся: * результаты и анализ крупномасштабных модельных испытаний ди намики продольного сброса опорного блока глубоководной стационарной буровой платформы с транспортно-спусковой баржи, проведенных на испы тательном полигоне Горьковского водохранилища и опытовом бассейне Горьковского политехнического института; *уточненная и дополненная математическая модель расчета численным методом динамического процесса сброса пространственной ферменной кон- струкции ОБ глубоководной стационарной буровой платформы с саморазгружающейся транспортной баржи; сопоставление результатов численных расчетов и данных крупномасштабных модельных экспериментов; алгоритм расчета массово-инерционных характеристик пространственной решетчатой конструкции, элементов ее плавучести и остойчивости; результаты численных экспериментов динамики сброса натурного опорного блока ОБ - 3 глубоководной платформы с СТБ -1; расчетная схема, методика определения положения блока на опоре и результаты расчета конечно-элементным методом напряженно-деформированного состояния сбрасываемого опорного блока; результаты параметрических исследований динамики и напряженно-деформированного состояния пространственного ферменного опорного блока при продольном спуске с СТБ;
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и одобрены на научно-технических конференциях: «Проблемы создания новой техники для освоения шельфа» (г. Горький, 1977,1982 г.г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Технические средства изучения и освоения океана, «Океанотехника-78»", (г. Ленинград, 1978 г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы гидродинамики судов внутреннего плавания», (г. Горький, 1978 г.); научно-технической конференции по прикладной гидромеханике «Павленковские чтения», (г. Киев, 1979 г.); 14-ой научно-технической конференции «Очередные задачи речного судостроения», (г. Горький, 1983г,); научно-технической конференции кораблестроительного факультета ГПИ им. А.А. Жданова «Вопросы оптимального проектирования судов, судовых конструкций и энергетических установок», (г. Горький, 1984 г.); Шестой научно-технической конференции «Проблемы создания новой техники для освоения шельфа», (г. Горький, 1989г.); Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование средств и методов экспериментальной гидромеханики
12 судна для развития научного прогресса в судостроении», (г. Николаев, 1988г.); Второй Всесоюзной конференции «Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР», (г. Москва, 1990г.); Третьей научно-технической конференции «Алферьевские чтения», посвященной 90-летию со дня рождения доктора технических наук, профессора Алферьева Михаила Яковлевича, (г. Н. Новгород, 1990г.); Второй Международной конференции «Освоение шельфа арктических морей России» (г. Санкт-Петербург, 1995г.); научно-технической конференции «Современные проблемы теории корабля» XXXVII Крыловские чтения, (г. Санкт-Петербург, 1995г.); Ш-ей Международной конференции «Освоение шельфа арктических морей России», (г. Санкт-Петербург, 1996г.); IV-ой Международной конференции по морским интеллектуальным технологиям "Моринтех 2001» (г. Санкт-Петербург, 2001г.); Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве», (г. Н. Новгород, 2002г.); конференции по строительной механике корабля, посвященной памяти академика Ю.А. Шиманско-го (г. Санкт-Петербург, 2003г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ. Результаты исследований автора, выполненные по заказам промышленности, отражены в 11 научно-технических отчетах.
Структура и объем работ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников из 310 наименований. Объем диссертации - 354 с, включая 200 рис., 11 таблиц.
Применение пространственных решетчатых конструкций в инженерных сооружениях шельфа
В докладе заместителя Министра топлива и энергетики России А.Т. Шаталова [246] отмечено: «Российская Федерация является одной из ведущих мировых энергетических держав .... В настоящее время основная часть мирового топливно-энергетического баланса приходится на нефть и газ, доли которых в ближайшем будущем будут расти Поэтому вопросы поиска, разведки, обустройства и эксплуатации новых месторождений нефти и газа, в том числе морских, становится безальтернативным». Учитывая это - создание морских стационарных платформ (МСП) является одним из перспективных направлений создания эффективной техники для освоения континентального шельфа морей, омывающих берега нашей страны. МСП нашли применение не только на морских нефтегазопромыслах при работе в режиме бурения и эксплуатации скважин, но и в навигационно-гидрографическом обеспечении безопасности мореплавания, в военных целях для удовлетворения нужд обороны [60] и др. Они представляют новый, особый класс инженерных сооружений, сочетающих в себе функции объектов наземного промышленного строительства и объектов судостроения с системами автономного жизнеобеспечения. Проектирование таких инженерных сооружений имеет свои особенности. Они заключаются в необычно плотной пространственной насыщенности объема решетчатой конструкции, ее больших размерах, что затрудняет изучение аэродинамического взаимодействия элементов конструкции и всего сооружения с жидкостью; в специфике сборки, погрузки на транспортное средство или спуска на воду, транспортировки или буксировки от акватории верфи; в оригинальности решения задач плавучести, остойчивости, непотопляемости, сброса с транспортного средства и постановки на морское дно, обеспечении способности противостоять суровым условиям окружающей среды в течение всего периода эксплуатации, в недостатке отечественного опыта по названным вопросам. Эти и многие другие трудности проектирования и постройки необходимого количества МСП, предназначенных для работы в различных климатических и метеорологических условиях эксплуатации на месторождениях континентального отечественного шельфа, требуют решения комплекса актуальных проблем, разных по своему содержанию и направленности. Одной из таких проблем является сброс решетчатого опорного блока с саморазгружающейся транспортной баржи в районе постановки его на морское дно.
Рассмотрим темпы освоения глубин континентального шельфа, конструктивные решения, имеющиеся к настоящему времени, построенных, строящихся и проектируемых стационарных глубоководных буровых оснований, а также их классификацию на основе отечественных и зарубежных данных.
Стационарные сооружения составляют большую часть всех сооружений, эксплуатирующихся на морских газонефтепромыслах. Они используются главным образом для долговременной эксплуатации: бурения скважин, добычи, переработки и хранения углеводородов. Стационарные сооружения можно разделить на протяженные (эстакады), связанные с берегом и островные, опирающиеся на один или несколько моноблоков. Моноблочные конструкции применяются для освоения глубоководных месторождений, актуальность разработки которых возрастает год от года. Динамика освоения глубин моря и рост технических возможностей строительной индустрии по данным [263] показан на рис. 1.1. Авторами [263] на базе материалов конференций по технологии освоения континентального шельфа, состоявшихся после 1974 г. и публикаций в ведущих технических журналах, вышедших после 1980 г. составлена классификация, показанная на рис. 1.2, а также представлены основные инженерные решения, принятые к реализации или построенные и эксплуатируются на различных месторождениях континентального шельфа (рис. 1.3).
Цели и задачи модельных экспериментальных исследований
Скудная информация о результатах экспериментальных исследований зарубежных ученых и практическое отсутствие открытых публикаций отечественных опытных данных по рассматриваемым вопросам; сложность учета соответствия проекта МСП техническим требованиям и отступления от принятой технологии; изменчивые гидрометеорологические условия и недостаточный опыт постановки таких сооружений в море - все это в сумме создает предпосылки к неблагоприятному исходу строительно-монтажных операций в море с одной стороны, а с другой стороны растущие потребности научных, проектных и производственных организаций в удовлетворении спроса по конкретным техническим разработкам; их желание выработать единые нормы и правила проектирования, строительства и монтажа МСП в условиях моря, приводят к необходимости поиска новых решений, опираясь на результаты модельных, натурных и численных экспериментов. Коллектив кафедры теории корабля и гидромеханики Горьковского политехнического института под общим научным руководством профессора А.В. Васильева (исп.-В.Н.Савинов) принял активное участие в постановке и проведении экспериментальных исследований по транспортировке и продольному сбросу опорного блока на воду. В частности, в июле-августе 1979г. на Горьковском водохранилище в районе д. Матренино испытательной партией кафедры были проведены крупномасштабные модельные эксперименты по исследованию динамики сброса опорного блока ферменной конструкции с саморазгружающейся транспортной баржи и модельные испытания сопротивления ферменных конструкций при воздействии на них стационарного и волнового потока. В опытовом бассейне института проведены дополнительные буксировочные испытания модели баржи и испытания ее продольной остойчивости при разных водоизмещениях. Испытания проводились в соответствии с разработанными Программой и методикой постановки экспериментов.
Основные цели экспериментальных исследований:
1. Получение наглядной качественной картины сброса, выявление основных закономерностей процесса и установление сил, играющих здесь доминирующую роль.
2. Сбор экспериментальных данных для разработки математической модели и программы расчета на ПЭВМ кинематики и динамики системы «опорный блок - баржа» при продольном сбросе.
3. Экспериментальное определение гидродинамических характеристик плоских и пространственных ферменных конструкций при установившемся движении, а также взаимодействующих с неустановившимся потоком жидкости.
Задачи экспериментальных исследований:
- проведение в опытовом бассейне института экспериментальных исследований буксировочного сопротивления модели саморазгружающейся транспортной баржи на тихой воде при разных осадках;
- проведение на Горьковском водохранилище экспериментальных исследований сопротивления модели решетчатого ОБ полностью погруженного в воду и буксируемого с постоянными скоростями под разными углами; -экспериментальное определение массово-инерционных характеристик моделей баржи и опорного блока;
-экспериментальное определение зависимости продольного восстанавливающего момента баржи от величины угла дифферента и от ее водоизмещения;
-проведение экспериментальных исследований динамики системы «опорный блок - баржа» при продольном сбросе с варьированием:
начальных условий движения элементов системы (без стопорений баржи, со стопорением баржи, заданием разных начальных углов дифферента баржи перед сбросом);
положения блока на барже (сброс малым основанием, сброс большим основанием);
коэффициента остойчивости блока;
коэффициента запаса плавучести ОБ;
- проведение обработки полученных экспериментальных данных, их анализ;
- выводы и рекомендации для проектных организаций.
Геометрия решетчатого блока
Морские стационарные платформы являются новым, особым классом инженерных сооружений, сочетающих в себе функции объектов наземного промышленного строительства и объектов судостроения с системами автономного жизнеобеспечения. Эти особенности до настоящего времени не нашли должного отображения в сложившемся традиционном процессе проектирования МСП.
Опорные пространственные решетчатые моноблоки морских платформ состоят из панелей - наклонных или вертикальных боковых плоских ферм и соединяющих их диафрагм - горизонтальных плоских ферм, обеспечивающих геометрию конструкции и совместность деформаций всех элементов сооружения. При этом считается, что пространственная ферма -геометрически неизменяемая система, образованная из стержней, расположенных в пространстве, концы которых соединены в узлах. Плоские фермы содержат одну или несколько секций, состоящих из одной или нескольких повторяющихся вдоль фермы геометрических форм. Форма, заключенная между двумя поперечными сечениями фермы, называется отсеком фермы.
В настоящее время опорным блокам стационарных глубоководных платформ придают призматическую или пирамидальную форму. От формы блока зависят динамика и нагрузки, действующие как при проведении сброса, так и во время эксплуатации. Точное представление о форме блока дает теоретический чертеж, на котором в трех проекциях, соответствующих трем взаимно-перпендикулярным плоскостям, изображена опорная часть МСП (рис. 3.1.)
Примем в качестве основных плоскостей: продольно-вертикальную (фронтальную) плоскость, делящую блок на две, переднюю (фасадную) и заднюю (анфас) симметричные части; попереч но-верти кальную (профильную) плоскость проходящую через середину длины опорного блока и делящую его так же на две, правую и левую, симметричные части; горизонтальную плоскость, совпадающую с нижним основанием блока, опирающегося на грунт, которую в дальнейшем будем называть основной плоскостью. При пересечении ОБ плоскостями, проходящими через диафрагмы параллельно основной плоскости, получаются сечения диафрагм, рис. 3.2. Проекции главный вид (вид спереди), вид слева (вид сбоку) и вид сверху составляют теоретический чертеж блока, (рис, 3.2). В состав проекций вид сверху входят все горизонтальные сечения диафрагм ОБ и сечения, проходящие через горизонтальные связи ростверка - нижней части фундамента сооружения, распределяющей нагрузку на опорный блок.
Сопоставление углов дифферента баржи и блока
Численные расчеты продольного сброса ОБ с транспортно-спусковой баржи, выполненные на ПЭВМ по программе, составленной на основе вышеизложенной математической модели, позволили получить необходимые данные v для сопоставления их с экспериментом. Для корректности сопоставления расче- " ты производились для вариантов продольного сброса, представленных в табл. 2.1. /г; На рис. 4.1 и 4.2, полученных в результате расчета, показаны совмещенные изображения продольного сброса ОБ верхним узким основанием. Начальные условия сброса в расчетах соответствовали начальным условиям в физических к экспериментах, представленных в виде кинограмм на рис. 2.16; 2.20; 2.24; 2.28; 2.32; 2.36. На другой серии рис. 4.3 и 4.4 и, соответственно, рис. 2.40; 2.44; 2.48; 2.52; 2.56 представлены случаи сброса ОБ нижним широким основанием. Последовательное рассмотрение каждого варианта сброса ОБ позволяет заключить, что математическая модель расчета качественно достаточно точно воспроизводит весь процесс сброса. В зависимости от величины запаса плавучести ДА и коэффициентов остойчивости Z блок после сброса занимает либо горизонтальное (рис. 4.1, а, б, в; рис. 4.2, а, в и, соответственно, рис. 2.16; 2.20; 2.24; 2.28; 2.36), либо вертикальное положение (рис. 4.2, би рис. 2.32). Несимметричное расположение дополнительных плавучестеи или смещение координат центра масс (ЦМ) ОБ вдоль местных осей ОХ и OY, вызванное конструктивными особенностями, создают предпосылки для его наклонного положения в воде.
Можно лишь заметить в отношении рис. 4.1, б и 4.2, а, на которых показаны случаи сброса ОБ с заякоренной баржи, что здесь наблюдается относительно небольшое ( 10% от L6ap) смещение баржи от точки закрепления. В процессе расчета оно происходит после «соскока» блока с баржи и объясняется особенностью работы вычислительной программы.
Перейдем к рассмотрению количественных данных, относящихся к изменению углов дифферента баржи и блока, полученных расчетом и в эксперименте. Они представлены на рис. 4.5 - 4.8. Рассмотрение графиков, представленных на этих рисунках, показывает, что сложная картина взаимодействия системы «баржа-блок-жидкость» имеет вполне конкретные оценки как в экспери 215 менте, так и в численных расчетах. Характер поведения баржи и блока при сбросе в обоих случаях имеет общую тенденцию, определяемую коэффициентами ДА и Z. На рис. 4,5 и 4.6 представлены графики изменения дифферента баржи и блока при сбросе верхним узким основанием вперед. Они показывают, что дифферент баржи как в расчете, так и в эксперименте имеет вполне удовлетворительное для этих случаев совпадение. Лишь на рис. 4.5, в наблюдается неестественное отклонение экспериментальных точек 5 и 6 от графика. На рис. 4.6, а, б, в просматривается некоторое опережение достижения максимального значения дифферента баржи в расчете по сравнению с экспериментом. Рис. 4.5 и 4.6. показывают, что максимальные расчетные углы дифферента баржи при сбросе лежат в пределах от -5 (рис. 4.5, а) до -5,8 (рис. 4.6, а), а экспериментальные - от -5,5 (рис. 4.5, б) до -6,5(рис. 4,6, б). При этом максимальное расхождение между расчетом и экспериментом составило 0,9 (относительная погрешность не более 15%).
Цель численных экспериментов и описание натурных объектов
Создание эффективных типовых конструкций опорных частей глубоководных платформ требует творческого подхода при разработке оптимальных способов и технологических решений по сбросу опорных блоков в море и постановке их на дно. Одним из определяющих критериев здесь будет являться минимизация усилий в элементах конструкции блока. Это может быть достигнуто комплексом мер, включающих требования равномерного опирання опорного блока на направляющие дорожки транспортного средства при всех фазах сброса, оптимальной плавучести опорного блока и балластировки транспортного средства, эффективных комбинаций перечисленных мероприятий.
В ЦНИИпроектстальконструкция произведена отработка двух наиболее перспективных вариантов восьмистоечных опорных блоков: 1-опорного блока с квадратным сечением в плане - (ОБ-3) и 2-восьмигранного в сечении с попарнопараллельными стойками в контурных гранях - (ОБ-5). Для каждого варианта конструктивной схемы составлены параметрические ряды и разработаны характерные представители опорных блоков для глубин моря 155 м, 232 ми 303 м.
В шкалу оценок при выборе наиболее предпочтительного варианта ОБ в качестве основной оценки входило требование максимального использования возможностей имеющейся на Каспии саморазгружающейся транспортной баржи СТБ-1 грузоподъёмностью 18 000 т. Кроме того, акватория Бакинского завода глубоководных оснований не позволяет вывести с нее предполагаемые к строительству опорные блоки, а стапельное оборудование в значительной степени приспособлено для погрузки блоков на СТБ. Учитывая это обстоятельство, а также то, что проектирование и строительство нового средства для транспортировки и установки требует дополнительного финансирования и времени, необходимо согласиться с вариантом доставки блоков, про- . ектируемых ЦНИИпроектстальконструкция для глубин моря 155 м и 232 м, транспортировкой баржей СТБ-1 с последующим сбросом блока и его уста- новкой на рабочей площадке. Цель численных экспериментов можно сфор- мулировать следующим образом: определить на стадии проектирования такой вариант сброса, который обеспечит минимальные напряжения в элемен- тах конструкции в наиболее опасные моменты спуска при минимальном весе конструкции, а также позволит сохранить положительные остойчивость баржи с блоком и плавучесть блока после сброса.
Похожие диссертации на Численное решение задач динамики и напряженно-деформированного состояния опорного блока морской платформы при продольном спуске с плавучего транспортного средства
