自升式海洋平台在海洋环境中作业时,由于受到多种载荷的共同作用,平台结构的破坏时有发生。对平台结构分析主要涉及到的载荷有风载荷、波浪载荷和波流载荷,其中波浪载荷在研究过程中占有尤其重要的地位。对波浪载荷的分析,经常使用由斯托克斯提出的有限波幅理论。而对于分析桩腿所承受的波浪力,主要运用莫里森公式。莫里森方程使用时计算简单,其主要思想是假设柱体的存在对波浪运动没有显著影响,该方程主要应用在平台小尺度构件的波浪力计算上。

有关自升式平台强度的评估方法,其核心部分是对结构响应的求解。以往,对自升式平台结构响应的求解主要依靠静力分析。静力方法主要考察平台结构在瞬时的响应,但是由于平台在复杂海况中,动力特性不能忽视,而对结构的准静态分析无法体现平台的动力特性,需要在证明平台的动力效应不大后方可使用。所以近年来对自升式平台结构的研究重点逐渐由静力分析转向动力响应分析方法。

动力响应分析一般包括三种方法:单自由度法、时域分析法和频域分析法。单自由度分析法是将自升式平台简化为质量弹簧系统的方法,通过求解运动平衡方程,单纯的得到平台整体的动力放大系数,从而对准静态分析得到的响应进行修正,但是由于结构模型过于简单忽略了结构的绝大部分细节,所以得到的结果误差相对较大。时域分析法通过模拟一个时间段里环境载荷的变化,求解得出结构关于时间变化的结构动力响应。这种方法可以包括任何因素进行非线性动力分析,求解出任意时刻结构的响应,求解精度很高,但是不可避免的带来计算量的增大,求解时间增长等问题,同时对硬件的要求也很高。频域分析法的前提是将平台结构视作弹性结构,利用莫里森线性化理论,将波浪力输入谱密度与传递函数想成,从而得到结构输出响应密度函数,计算出结构响应,其求解精度高于单自由度法,效率高于时域分析法,因此是目前最常用的动力响应分析方法。

1982年,Hattori等人提出了等效单自由度理论,并将这种理论运用于自升式平台的动态分析。1989年,Kjeoy通过研究发现通过不规则波法分析获得的自升式平台动态特性,相比通过设计波法分析所得到的结果高25%-35%;与此同时,Liu通过采用摇摆刚度的方法等效模拟P–Δ效应,并将其应用到自升式平台的分析当中。1991年,Adams和Bartorp在计算桩腿的平均抗压强度和响应的减少摇摆刚度的基础上,提出P–Δ效应等效模拟的新方法;Jensen运用数值模拟的方法计算波浪载荷中非线性拖拽力和高阶载荷部分;1993年,VandeGracf对北海中部海况下特定的平台展开了可靠性研究,并详细的描述了载荷的数值;2001年,K.Nelson,T.Versavel,R.W.P.Stonor[1]对海床基础稳定性以及自升式平台的动态响应行为进行了分析和研究;同年,M.J.Cassidy,G.T.Houlsby,R.EatockTaylor[2]等在新型的NewWave波浪理论方法的基础上对自升式平台进行了分析;2004年,G.T.Houlsby,M.J.Cassidy,C.M.Martin[3]使用力学模型描述自升式平台的基础性能并提出了相应的理论方法;A.Dier,W.Jones,M.Howarth,R.J.Hunt[4]对自升式平台的抗破舱性能进行了研究,研究考虑了极限风暴自存工况。2007年,LKellezi、GKudsk[5-6]通过建立单桩靴与岩土相互作用的有限元模型,对桩靴在环境载荷和岩土载荷的叠加作用下的墙强度进行了分析,提出了三种相互作用模型,但是船体对桩土的相互影响并未考虑充分;2012年,SHIYongjin[7]对自升式平台动态响应特性的相关参数进行了理论分析。

1995年,孙东昌,季春群[8]等对自升式平台上外载荷的作用机理进行了详细阐述。

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