第一章第二節(jié)

2023/2/311.2.1固定式平臺(tái)和活動(dòng)式平臺(tái)1.2.2順應(yīng)式平臺(tái)1.2.3浮式平臺(tái)1.2海洋平臺(tái)構(gòu)造及有關(guān)動(dòng)力學(xué)問題2023/2/321.2.1固定式平臺(tái)和活動(dòng)式平臺(tái)小于400m水深的海域固定式平臺(tái)混凝土重力式平臺(tái)導(dǎo)管架平臺(tái)通過自身的重量維持合適的垂直位置管狀樁腿，插入土壤一定深度，以支持平臺(tái)結(jié)構(gòu)和作業(yè)模塊的重量。固有彎曲頻率或基本彎曲頻率大約是0.17赫茲（6秒）。振動(dòng)的主要形式是彎曲振動(dòng)。2023/2/331.2.1固定式平臺(tái)和活動(dòng)式平臺(tái)用于勘探石油的自升式鉆井平臺(tái)也可稱為活動(dòng)式平臺(tái)。有3到6根樁腿支承，樁腿有鋼管式和桁架式兩種結(jié)構(gòu)。站立狀態(tài)拖航狀態(tài)每根樁腿固定于海底的鋼質(zhì)沉墊上，可以使平臺(tái)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且減少樁腿插入海底的深度。平臺(tái)的船體在海底以上的高度可達(dá)到100米。樁腿從海底拔出，并且收進(jìn)船體的低部，減少拖航過程的阻力。2023/2/341.2.1固定式平臺(tái)和活動(dòng)式平臺(tái)共同的結(jié)構(gòu)特征上部生產(chǎn)結(jié)構(gòu)模塊達(dá)到數(shù)數(shù)千噸，遠(yuǎn)大于支撐結(jié)構(gòu)的重量。結(jié)構(gòu)高度方向的尺寸大于水平方向的尺寸。主要的振動(dòng)形式為彎曲振動(dòng)。共同的振動(dòng)特點(diǎn)慣性力恢復(fù)剛度動(dòng)力載荷重要的動(dòng)力學(xué)問題在100m以上水深作業(yè)時(shí)，波流聯(lián)合引起的動(dòng)力響應(yīng)。上部作業(yè)模塊的質(zhì)量取決于支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)、浪、流、海冰、地震載荷2023/2/351.2.2順應(yīng)式平臺(tái)牽索塔平臺(tái)桁架式塔架鋼纜加重鏈海底錨連接到海底基礎(chǔ)上的纜索工作水深可達(dá)到400米桁架結(jié)構(gòu)減輕了結(jié)構(gòu)重量，減小了慣性力；減小了風(fēng)、浪、流等流體載荷。在水面以下25米處，塔結(jié)構(gòu)四周對(duì)稱地系上20根鋼纜；每根鋼纜向下延伸約1000米，與一根在海底錨固的加重鏈相連。在正常天氣或小風(fēng)暴情況下，鋼纜作為一堅(jiān)硬的彈簧，提供平臺(tái)搖擺運(yùn)動(dòng)的恢復(fù)力。在大風(fēng)暴和颶風(fēng)等惡劣的氣象條件下，鋼纜變得相對(duì)柔軟以使結(jié)構(gòu)順應(yīng)風(fēng)浪流載荷的作用。當(dāng)平臺(tái)搖擺的幅值增大時(shí)，同時(shí)增大的還有加重海底鏈提離海底的高度，這樣就增大了平臺(tái)的回復(fù)力使平臺(tái)適應(yīng)風(fēng)暴載荷。2023/2/361.2.2順應(yīng)式平臺(tái)鉸接塔平臺(tái)的組成鉸接塔平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)問題塔柱、海底基礎(chǔ)、萬向接頭、浮力艙、壓載艙該類型結(jié)構(gòu)的固有頻率遠(yuǎn)低于那些具有高幅值的波浪頻率，一般不會(huì)發(fā)生搖擺共振。非線性的流體動(dòng)力載荷運(yùn)動(dòng)幅值跳躍、失穩(wěn)平臺(tái)生產(chǎn)功能喪失對(duì)于大長細(xì)比塔柱結(jié)構(gòu)，需要考慮彈性變形研究塔柱的運(yùn)動(dòng)和塔柱動(dòng)強(qiáng)度問題。2023/2/371.2.3浮式平臺(tái)TLP平臺(tái)、Spar平臺(tái)、半潛式平臺(tái)2023/2/38張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式平臺(tái)上體立柱（含橫撐和斜撐）下體（浮箱）張力腿系泊系統(tǒng)錨固基礎(chǔ)2023/2/39平臺(tái)上體立柱（含橫撐和斜撐）下體（浮箱）張力腿系泊系統(tǒng)錨固基礎(chǔ)張力腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式作業(yè)裝備和生活艙室提供給平臺(tái)主體必要的結(jié)構(gòu)剛度提供浮力提供預(yù)張力，提高系索剛度固定張力腿下端2023/2/310張力腿平臺(tái)受力和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)浮力遠(yuǎn)大于自身重力浮力=自重+張力腿的預(yù)張力使張力腿時(shí)刻處于受張拉的繃緊狀態(tài)，顯著提高了系索的剛度平臺(tái)平面外的運(yùn)動(dòng)（橫搖、縱搖和垂蕩）較小，近似于剛性浮筒所受水平方向波浪力較大通過張力腿在平面內(nèi)呈現(xiàn)柔性，較大的環(huán)境載荷通過慣性力來平衡張力腿平臺(tái)為半順應(yīng)半剛性結(jié)構(gòu)形式。2023/2/311張力腿平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的固有周期垂蕩運(yùn)動(dòng)2-4s縱、橫蕩運(yùn)動(dòng)100-200s橫搖、縱搖運(yùn)動(dòng)低于4s首搖的運(yùn)動(dòng)高于40s整個(gè)結(jié)構(gòu)的頻率跨越波浪的一階頻率譜兩端，可以避免結(jié)構(gòu)和海浪能量集中的頻率發(fā)生共振。2023/2/312張力腿平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)問題波浪差頻載荷是緩慢變化的力，與張力腿平臺(tái)水平面內(nèi)固有長周期運(yùn)動(dòng)的頻率接近，誘發(fā)水平面內(nèi)的大幅共振運(yùn)動(dòng)。紊流風(fēng)的激振頻率也在該頻率范圍，加劇平臺(tái)的慢漂運(yùn)動(dòng)。波浪的高頻分量和高頻水動(dòng)力會(huì)引起的平臺(tái)水平面外平臺(tái)的彈跳振動(dòng)（Spring或者Ringing）。高度約1000m的張力腿，承受波流聯(lián)合作用，發(fā)生非線性渦激振動(dòng)，出現(xiàn)亞諧振動(dòng)和組合共振響應(yīng)。考慮來自張力腿的預(yù)張力和動(dòng)態(tài)張力，張力腿承受橫向波流載荷和軸向激振力，發(fā)生參數(shù)激勵(lì)振動(dòng)，是導(dǎo)致張力腿結(jié)構(gòu)的大幅振動(dòng)和失穩(wěn)的重要原因。2023/2/313Spar平臺(tái)的組成平臺(tái)本體系泊系統(tǒng)平臺(tái)主體平臺(tái)上體主體外殼浮力系統(tǒng)中央井立管系統(tǒng)Spar平臺(tái)2023/2/314Spar平臺(tái)的組成平臺(tái)本體系泊系統(tǒng)平臺(tái)主體平臺(tái)上體主體外殼浮力系統(tǒng)中央井立管系統(tǒng)Spar平臺(tái)鏈-鋼纜-鏈結(jié)構(gòu)聚酯纖維纜2023/2/315垂蕩運(yùn)動(dòng)縱蕩／橫蕩縱搖／橫搖首搖渦激振動(dòng)Spar平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)問題無自身回復(fù)力無自身回復(fù)力首搖激勵(lì)力很小可以忽略不計(jì)半張緊系統(tǒng)，水平剛度大位置漂移比較?。?%水深小于6%水深回復(fù)力矩由重力和浮力形成的力偶決定運(yùn)動(dòng)性能的要求通常來自于立管和頂層模塊的設(shè)計(jì)＜10°2023/2/316Spar平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)垂向剛度主要取決于水線面的面積。系泊系統(tǒng)拉力的垂向分力與之相比可忽略不計(jì)。外部激勵(lì)力長周期涌浪的外部激勵(lì)力。運(yùn)動(dòng)響應(yīng)共振情況下，垂蕩響應(yīng)會(huì)急劇增大，并會(huì)產(chǎn)生縱搖耦合運(yùn)動(dòng)。改善措施螺旋側(cè)板和垂蕩板。2023/2/317Spar平臺(tái)渦激振動(dòng)漩渦自主體上周期性脫落周期激振力渦激振動(dòng)、渦激運(yùn)動(dòng)鎖定效應(yīng)共振很大應(yīng)力、系泊和立管的疲勞損害減少整個(gè)平臺(tái)的疲勞壽命螺旋側(cè)板螺旋側(cè)板和垂蕩板結(jié)構(gòu)水動(dòng)力特性研究也是Spar平臺(tái)需要研究的重要問題。2023/2/318Spar平臺(tái)的固有周期垂蕩運(yùn)動(dòng)25～40s

橫搖、縱搖運(yùn)動(dòng)40～80s

縱、橫蕩運(yùn)動(dòng)150～350s參數(shù)激勵(lì)運(yùn)動(dòng)縱搖運(yùn)動(dòng)幅值增大運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)動(dòng)張力突變平臺(tái)系索張力分析屬于強(qiáng)非線性動(dòng)力學(xué)問題，包括：載荷非線性、纜索分段結(jié)構(gòu)剛度非線性、材料本構(gòu)關(guān)系非線性、系泊纜交替松弛－張緊引起的復(fù)原剛度非線性。2023/2/319針對(duì)深水平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，可以歸納為如下動(dòng)力學(xué)問題：一階波頻響應(yīng)二階差頻及和頻響應(yīng)柔性構(gòu)件(系索、立管等)的動(dòng)力特性修正的Morison公式輻射／繞射方法小尺度結(jié)構(gòu)大尺度結(jié)構(gòu)2023/2/320針對(duì)深水平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，可以歸納為如下動(dòng)力學(xué)問題：一階波頻響應(yīng)二階差頻及和頻響應(yīng)柔性構(gòu)件(系索、立管等)的動(dòng)力特性修正的Morison公式輻射／繞射方法小尺度結(jié)構(gòu)大尺度結(jié)構(gòu)平均漂移、長周期慢漂(差頻運(yùn)動(dòng))、高頻響應(yīng)的彈振（Springing）(和頻運(yùn)動(dòng))、高階脈沖力(Ringing)2023/2/321針對(duì)深水平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特征，可以歸納為如下動(dòng)力學(xué)問題：一階波頻響應(yīng)二階差頻及和頻響應(yīng)柔性構(gòu)件(系索、立管等)的動(dòng)力特性修正的Morison公式輻射／繞射方法小尺度結(jié)構(gòu)大尺度結(jié)構(gòu)平均漂移、長周期慢漂(差頻運(yùn)動(dòng))、高頻響應(yīng)的彈振（Springing）(和頻運(yùn)動(dòng))、高階脈沖力(Ringing)波流作用下的渦激振動(dòng)、系索系統(tǒng)與平臺(tái)主體的耦合分析，主要是極限承載能力、疲勞斷裂可靠性等2023/2/322二、半潛式結(jié)構(gòu)平