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我國(guó)石油工程中使用著各種井架，其中絕大多數(shù)屬于由細(xì)長(zhǎng)桿件組成的空間桿系結(jié)構(gòu)。過去常常把井架簡(jiǎn)化為平面析架來計(jì)算，誤差比較大。近年來，由于電子計(jì)算機(jī)有限元分析廣泛應(yīng)用，對(duì)于某些類型的井架，例如塔架及A型井架，采用空間銜架模型進(jìn)行計(jì)算，得到了比較滿意的結(jié)果。但是，對(duì)于3200米鉆機(jī)前開口井架則不能簡(jiǎn)化為空間析架模型，因?yàn)檫@將使井架模型成為可變體系。近年來，也有人利用空間剛架模型來作井架計(jì)算并得到了比較好的結(jié)果。然而對(duì)一裝配式前開口井架，裝配連接處都是柱型鉸，不能當(dāng)作剛結(jié)點(diǎn)處理。因此，對(duì)于3200米鉆機(jī)前開口井架的靜力強(qiáng)度和剛度計(jì)算，單獨(dú)使用上述兩種模型都是不可行的。
為了使我們的計(jì)算更符合前開口井架的實(shí)際，我們把前開口井架簡(jiǎn)化為局部具有柱型鉸的三維空間剛架系統(tǒng)的力學(xué)模型。這樣作，計(jì)算雖然比較復(fù)雜，但其結(jié)果將更符合結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)。在計(jì)算中采用了線彈性理論。
井架主體部分沿高度分為五段，最上面一段為四面封閉的空間剛架，下面四段為八扇平面剛架。在井架背面由可拆卸的橫桿、斜桿與兩側(cè)的平面剛架連接。每?jī)善矫鎰偧苓B成一段，共四段。井架背面的橫桿、斜桿與主弦桿采用銷子聯(lián)接，井架上下各段之間采用螺檢聯(lián)接。井架下面四段截面呈門型，井架下部與底座、人字架相連。
由于井架是由平面剛架和空間剛架裝配而成，各裝配聯(lián)接點(diǎn)依其結(jié)構(gòu)可視為圓柱型鉸鏈。忽略摩擦，允許用單餃聯(lián)接起來的兩個(gè)桿件自由地繞聯(lián)接銷軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而樣桿與主弦桿之間是用兩個(gè)柱型議聯(lián)接的，故可視為剛性聯(lián)接，即剛性節(jié)點(diǎn)。所有焊接點(diǎn)都視為剛性結(jié)點(diǎn)。井架與底座是用圓柱銷子連接的，因此簡(jiǎn)化為固定單鉸。井架與人字架是用卡子連接的，因?yàn)榭ㄗ涌赡懿粫?huì)太緊，或工作中可能有稍許松動(dòng)，因此我們簡(jiǎn)化為以人字架為支點(diǎn)的可動(dòng)餃鏈支承。這樣井架就簡(jiǎn)化為一個(gè)靜不定的大型空間混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
在進(jìn)行井架靜力分析時(shí)，我們采用，主從節(jié)點(diǎn)的方法來描述柱型鉸。井架背面的斜拉桿我們視為只受拉壓作用的二力桿，其它主要桿件都作為空間梁?jiǎn)卧幚怼？偣矂澐譃?26于單元，124個(gè)節(jié)點(diǎn)。
所用材料為高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼及角鋼，構(gòu)件型式為寬翼緣工字鋼。
我們按上述十種工況，分別對(duì)3200米鉆機(jī)前開口井架進(jìn)行了靜力分析。這里只列出幾種主要工況的主要承力桿件的軸力結(jié)果。井架主弦桿是主要承力構(gòu)件，橫桿和斜桿的內(nèi)力較小。在鉤載、自重、風(fēng)載作用下，主要受力桿件是井架下部主弦桿。在起升工況中，定滑輪附近的桿件受力較大。綜合考慮各種工況，最大軸力為N=1143.31N，發(fā)生在主弦桿5號(hào)單元；而最大彎矩M = 23.27kNm，發(fā)生在橫桿78號(hào)單元。
用所得內(nèi)力進(jìn)行桿件的應(yīng)力計(jì)算，這是十分浩繁的工作。因?yàn)橛?26個(gè)單元，10種工況并且對(duì)每個(gè)桿件來說又是壓、彎、剪、扭的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。為此，我們考慮到桿件細(xì)長(zhǎng)的特點(diǎn)，剪力和扭矩都比較小，不算剪應(yīng)力，只算正應(yīng)力。我們選出內(nèi)力比較大的六種工況進(jìn)行計(jì)算得到了最大應(yīng)力值，并畫出主弦桿最大應(yīng)力分布曲線和位移分布曲線。
起升井架時(shí)，97號(hào)桿應(yīng)力最大；而井架在正常鉆進(jìn)的第4種工況，33號(hào)桿應(yīng)力最大。從應(yīng)力分布情況看，起升工況的較大應(yīng)力分布在定滑輪附近的桿件內(nèi)，離定滑輪較遠(yuǎn)的桿件應(yīng)力較小；鉤載作用下，主弦桿受力較大，特別是在井架下半部各主弦桿應(yīng)力最大。
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