3110621073王弼.ppt

* * 张力腿平台运动的固有周期 垂荡运动 2-4s 纵、横荡运动 100-200s 横摇、纵摇运动 低于4s 首摇的运动 高于40s 整个结构的频率跨越波浪的一阶频率谱两端，可以避免结构和海浪能量集中的频率发生共振。 * * 张力腿平台的动力学问题 波浪差频载荷是缓慢变化的力，与张力腿平台水平面内固有长周期运动的频率接近，诱发水平面内的大幅共振运动。 紊流风的激振频率也在该频率范围，加剧平台的慢漂运动。 波浪的高频分量和高频水动力会引起的平台水平面外平台的弹跳振动（Spring或者Ringing）。 高度约1000m的张力腿，承受波流联合作用，发生非线性涡激振动，出现亚谐振动和组合共振响应。 考虑来自张力腿的预张力和动态张力，张力腿承受横向波流载荷和轴向激振力，发生参数激励振动，是导致张力腿结构的大幅振动和失稳的重要原因。 * * Spar平台的组成 平 台 本 体 系 泊 系 统 平 台 主 体 平 台 上 体 主 体 外 壳 浮 力 系 统 中 央 井 立 管 系 统 Spar平台 * * Spar平台的组成 平 台 本 体 系 泊 系 统 平 台 主 体 平 台 上 体 主 体 外 壳 浮 力 系 统 中 央 井 立 管 系 统 Spar平台 链-钢缆-链结构 聚酯纤维缆 * * 垂荡运动 纵荡／横荡 纵摇／横摇 首摇 涡激振动 Spar平台的动力学问题 无自身回复力 无自身回复力 首摇激励力很小 可以忽略不计 半张紧系统，水平刚度大 位置漂移比较小 ＜4%水深 小于6%水深 回复力矩由重力和浮力形成的力偶决定 运动性能的要求通常来自于立管和顶层模块的设计 ＜10° * * Spar平台垂荡运动 垂向刚度 净水压力产生回复力，主要取决于水线面的面积。 系泊系统拉力的垂向分力与之相比可忽略不计。 外部激励力 长周期涌浪的外部激励力。 运动响应 共振情况下，垂荡响应会急剧增大， 并会产生纵摇耦合运动。 改善措施 螺旋侧板和垂荡板。 * * Spar平台涡激振动 漩涡自主体上周期性脱落 周期激振力 涡激振动、涡激运动 锁定效应 共振 很大应力、系泊和立管的疲劳损害 减少整个平台的疲劳寿命 螺旋侧板 螺旋侧板和垂荡板结构水动力特性研究也是Spar平台 需要研究的重要问题。 * 在小于400m水深的海域中，固定式平台有混凝土重力式平台和导管架平台。混凝土重力式平台通过自身的重量维持合适的垂直位置，保证在土壤基础上的稳定性。导管架平台结构的共同特点是具有直径1米左右的管状桩腿，插入土壤一定深度，以支持平台结构和作业模块的重量。对于所有的导管架结构，它的固有弯曲频率或基本弯曲频率大约是0.17赫兹。由于导管架平台高度尺寸远大于水平方向尺寸，其振动的主要形式是弯曲振动。 * 用于勘探石油的自升式钻井平台也可称为活动式平台。此平台有3到6根桩腿支承，桩腿有钢管式和桁架式两种结构。 在钻井状态，每根桩腿固定于海底的钢质沉垫上，可以使平台结构稳定并且减少桩腿插入海底的深度。在软质土壤中，桩腿通过桩靴插入土壤的深度可达到70米，平台的船体在海底以上的高度可达到100米。 迁移作业海域时，桩腿从海底拔出，并且收进船体的低部，减少拖航过程的阻力。 * 固定式平台共同的结构特征是，上部生产结构模块达到数数千吨，远大于支撑结构的重量，结构高度方向的尺寸大于水平方向的尺寸，主要的振动形式为弯曲振动。 惯性力主要来自上部作业模块的质量，而恢复刚度主要取决于支撑结构。主要的动力载荷是风、浪、流和海冰，对于混凝土平台和导管架平台，还要考虑地震载荷。对于钢质导管架平台和作业状态的自升式钻井平台，在100m 以上水深作业时，波流联合引起的动力响应是十分重要的问题。 * 牵索塔包括桁架式塔架和连接到海底基础上的缆索，此类平台运动时具有风标效应，可减小风浪载荷。该结构的工作水深可达到400米，在水面以下25米处，塔结构四周对称地系上20根钢索，以保证塔架结构的稳定性。每根钢索向下延伸约1000米，与一根在海底锚固的加重链相连。 在正常天气或小风暴情况下，钢缆作为一坚硬的弹簧，而在大风暴和飓风等恶劣的气象条件下，钢缆变得柔软以使结构顺应风浪流载荷的作用。也就是说，平台摇摆的幅值大于载荷增加的速度时，增大加重海底链提离海底的高度，使平台适应风暴载荷。 * 铰接塔的基本构造有两种，圆柱式塔柱和桁架式塔架。细长的塔柱结构与海底基础通过万向铰接头连接，塔柱上有钻井和采油装置，塔柱水面以上有浮力舱，海底基础以上有压载舱。浮力舱和塔柱提供足够的浮力和摇摆恢复力矩，依靠平台自身的巨大浮力力矩使塔柱适应海浪作用轻微摆动。 该类型结构的固有频率远低于那些具有高幅值的波浪频率，一般不会发生摇摆共振。图1.18（b）为铰接塔平台示意图。 铰接塔作