深水半潜平台的环境载荷分析.pdf

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1、第4l卷第1期2012年02月船海工程SHIP＆OCEANENGINEERINGV01．41No．1Feb．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．01．024深水半潜平台的环境载荷分析肖丽娜。索双武(中船重工船舶设计研究中心有限公司，北京100081)摘要：通过对南海水域环境下的深水式半潜生产平台的自存和作业两种工况的风载荷、波浪载荷和海流载荷计算，得到该平台的环境载荷特点，从计算结果看，风载荷、流载荷和波浪载荷对平台的影响相近，因此，在确定系泊系统的设计时，这三个因素

2、的影响都不可忽视。关键词：半潜平台；环境；载荷；分析中图分类号：U674．38；P751文献标志码：A文章编号：1671-7953(2012)01-0085-03深水半潜式钻井平台在作业海域中时刻受到风、浪、流等环境载荷的作用，尤其在恶劣海况条件下，有可能造成系泊系统的破坏。因此应根据目标海域环境条件，分析平台环境载荷的作用，并评估平台的运动响应。本文所讨论的平台为工作在我国南海水域的半潜平台，工作水深1500m，最大钻井深度为10000m。1目标平台的环境载荷计算风速是脉动的，一天之中风速变化很大，需取某

3、一时距的平均风速⋯。由于所取的时距长短不同，风速的名称也不同。常用的有阵风风速、持续风速、稳定风速等，各国船级社的平台规范中也都有各自的规定。中国船级社(CCS)规定，时距1min的设计风速用于局部构件的基本风压计算；时距10min的设计风速用于总体结构基本风压计算。稳定风速一般取时距1h的平均风速‘21。作用在移动式平台和系泊的海流作用的输入条件通常用流速和流剖面表示。波浪载荷的计算常采用设计波法和波谱法。活动式平台是海上的孤立式结构物，它的支撑结构(支柱、桩腿、撑杆等)和基础结构均受到波浪力的作用。同时

4、波浪载荷对平台结构和整体稳性影响很大，在计算时应考虑波高、周期、入射方向、收稿日期：2011—03—21修回日期：2011—04—22第一作者简介：肖丽娜(1980一)，女，硕士，工程师。研究方向：船舶与海洋工程结构物设计制造E-man：Xiaolina@csic．conl波峰与平台的相对位置等冈素。综合对南海环境资料的统计和分析，最终确定目标半潜平台的风、浪、流环境输入条件，采用100年一遇南海有台风条件作为生存工况，1年一遇南海风暴条件为作业工况，见表l。表1确定的环境输入条件注：日l／3为有效波高；T

5、p为谱峰周期；吃为过零周期2目标平台的风载荷计算风载荷对活动式平台的结构强度、漂浮稳性和着底稳性影响较大，而且由于活动式平台的定位方向是可变的，因此，平台定位时也应考虑风向。活动式平台在设计和使用中不仅要考虑风速，还要考虑强风向和常风向。移动式平台的海上定位方向是可变的，因此根据不同季节的工作海区强风向和常风向的变化合理地确定平台的定位方向，以减少平台所受的风力。ccs(海上移动平台人级与建造规范》规定，风载荷主要作用于平台的上层建筑及水面以上的主体部分，与受风面积、受风构件形状、受风构件高度、风速等因素有

6、关。所以，考虑通过平均风速与阵风谱来描述其对平台系泊状态下的平均位移及最大位移的影响。85第1期船海工程第41卷风载荷主要作用于上部模块及平台位于水线面以上的部分。水平风载荷的计算方法如下。P=乒：schC。(1)式中：p——风压力，kN；口I——设计风速，m／s；s-—平台在正浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积，m“c。c。——受风构件的高度及形状系数；f=0．613。根据公式(1)目标平台自存工况和作业工况，各方向的风载荷比较见图1。i5000矗4000赫3000璃2000l000风向／(。)圈1不同

7、工业目标平台的风载荷比较3目标平台的流载荷计算海流有风海流、波浪流、潮流等，海流的流速随时间的变化是缓慢的，在平台设计中为简化计算，常将它们看成是稳定的流动，并认为它们对结构物的作用仅为拖曳力，目标半潜平台受拖曳力结构见图2。图2目标半潜平台受拖曳力的结构当只考虑海流作用时，作用于平台水下部分的海流载荷F为1．，=÷Cop。口2A(2)●式中：C。——曳力系数；p。——海水密度，kg／m。；tr一设计海流流速，m／s；A——构件与流速垂直平面上的投影面积，mz。目标半潜平台中，平台主体及系泊系统都将受到海流

8、的作用，其中平台主体尺寸较大，受到的流载荷也较大，采用绕射理论计算波浪载荷，同时旁通和下浮体结构也受到粘性力的作用，因此其86海流载荷将由式(2)进行计算，根据式(2)及流速可以得到目标平台流力系数。根据式(2)计算0。一360。(间隔为45。)海流方向的流载荷，结果见图3。海流方向旷)图3目标平台方向的淹载荷4目标平台的波浪载荷计算目标平台在规则波浪场中承受波浪载荷作用时，波浪载荷的作用使其在波浪场中作振荡运动