南海延伸式张力腿平台设计-.研究

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1、天津大学硕士学位论文’第一章绪论(4)张力腿平台锚固基础的研究：目前投入生产的张力腿平台基本都是采用桩基础，少数采用重力式基础(如Hu们n张力腿平台)，也有少数采用重力式吸力锚作为基础的(如SnofreA张力腿平台和Auger张力腿平台)；目前正在积极的探索新型筒型负压基础和以压载控制的可回收基础的研究【41。1．2．4张力腿平台的动力响应张力腿平台犹如一个倒置的钟摆，，是一个刚性系统和一个弹性系统两者综合的复杂动力系统，其受力和运动响应的研究相对复杂。各国学者对张力腿平台做了大量的研究工作，总结出以下分析的难点和主要使用的

2、分析方法。张力腿平台动力响应分析存在的困难：(1)由于张力腿平台一般都用于深海油气的开发，所处的环境条件多变且恶劣，因此对于环境载荷的确定十分困难；(2)结构模型由于受到构件连接方式和各种边界条件确定的误差限制，给计算结构模型的确定带来了困难；(3)结构阻尼确定极端困难；(4)大量非线性因素的存在及其线性化的困难；(5)非线性统计分析还没有成熟的方法；(6)作业立管和张力腿的耦合响应【5】。张力腿平台力响应有四类分析方法：(1)理论计算和模型试验；并可以将二者结果进行对比分析，互相验证；(2)时域和频域分析相结合；(3)确定

3、性分析法、全概率法和半概率法；(4)线性解法和非线性解法【5】o1．3本文研究内容本文应用DNV开发的软件SESAM佩後DAM水动力模块，以延伸式张力腿平台为载体进行研究，分析了延伸式张力腿平台各关键特征参数对其水动力性能和稳性的影响，并探讨了相关特征参数与结构要求之间的关系；力求平台的稳性、水动力性能和结构强度的要求达到一个相对较优的平衡。然后再在此基础上对延伸式张力腿平台的主体尺寸进行探讨研究，再据此并结合规范对平台主尺度进行了设计；并对该主尺度下的延伸式张力腿平台进行了运动响应分析，直到其满足天津大学硕士学位论文第一章

4、绪论要求。在该平台主尺度下进行结构的详细设计，包括板厚、骨材和立柱的设计。通过HydroD／Wadam模块进行水动力的频域分析，可以得到作用于立柱和浮筒大尺度结构物上的波浪力，然后再进行有限元分析，通过校核结果对结构尺寸进行调整。最后根据得到的完整的平台结构进行比较全面的运动响应分析。综上，本文的研究工作主要包括以下几个方面：(1)查阅相关文献，研究张力腿平台的特点及类型介绍、张力腿平台发展状况的概述，从而对张力腿平台有一个全面的了解；(2)学习使用SESAM软件的水动力分析Hydro．D模块；根据几种母型船的基础资料，建立

5、分析研究所需要的延伸式张力腿平台模型，进而分析延伸式张力腿平台各关键特征参数对其水动力性能和稳性的影响，并探讨了相关特征参数与结构要求之间的关系；(3)根据前期分析研究的结果并在规范的基础上进行平台的主尺度设计，并借助HydroD／Wadam模块的水动力频域分析得出一个相对较优的平台主尺度；(4)在平台主尺度的基础上进行结构的详细设计，并进行结构的有限元分析，直到结构强度和运动性能均满足要求；(5)对所设计出来的完整的平台结构进行比较全面的水动力分析，得出平台的水动力参数；(6)整理分析研究的结果，得出一个具体的延伸式张力腿

6、平台方案。通过本文的研究工作，充分发挥了延伸式张力腿平台的优点，得出一个适用于我国南海海域的延伸式张力腿平台方案，为我国南海石油资源的开发提供一定的参考价值。工作流程图见图1-6。图1-6工作流程图8天津大学硕士学位论文第二章张力腿平台随机响应理论张力腿平台在深海复杂多变的风、浪、流等环境载荷下作业，其运动可以分解为波频运动、高频运动，低频慢漂运动和平均漂移；波频运动主要是在有义波能波频范围内的线性激励运动；高频运动对于张力腿平台来说是重要的，经常被称作“击振”和“弹振”，是基于平台垂荡、纵摇和横摇的谐振；这些运动模式有代表

7、性的固有周期均为2"--4s，小于大部分波浪周期，为非线性波效应所激发；“击振”与瞬态效应相联系，“弹振”为定常状态的振荡；相似的非线性效应导致在波浪和海流中的慢漂和平均运动；风也会引起慢漂和平均运动；慢漂运动起源于谐摇；张力腿平台的慢漂运动存在于纵荡、横荡和艏摇中；通常系泊系统其典型的谐摇周期达1～2minl6J。本章简要介绍了张力腿平台的运动响应的基本理论，包括浮体的三维线性势流理论，无航速浮体辐射和绕射理论，张力腿平台随机运动响应，浮体随机运动响应预报理论。2．1浮体在随机海浪中的流体动力问题自然界，海面上的波浪由于风

8、、潮等因素而导致其每时每刻都在变化；就一个海浪而言，似乎没有什么规律可循，但经过统计大量观测资料和仔细分析之后，研究学者发现海浪虽然是一种随机现象，但是具有统计规律，可以利用概率统计理论进行研究；利用概率统计理论研究海浪现象的理论，称为随机波浪理论；St．Denis和Jr．Pierson率