考虑结构桩土相互作用自升式工作平台研究

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1、考虑结构桩土相互作用自升式工作平台研究第２７卷第３期２０１０年９月华中科技大学学报（城市科学版）Ｊ．ｏｆＨＵＳＴ．（ＵｒｂａｎＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖ０１．２７Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２０１０李虎８，吴卫国ｂ，甘进８（武汉理工大学ｔｔ．交通学院；ｂ．高速船舶工程教育部重点实验室，湖北武汉４３００６３）摘要：本文采用ＡＮＳＹＳ有限元软件，以风暴状态下的自升式平台为研究对象，建立了简化的三维有限元结构模型。考虑到复杂的海床环境，建立了三种不同约束条件下的平台模型。一种为传统的铰接模型，另一种考虑了插桩情况下桩土相互作用的影响，第

2、三种模型基于ＡＰＩ规范，考虑了桩靴结构与土相互作用对平台的影响。分别对三种模型进行有限元计算并对比分析，计算结果表踢对自升式平台进行非线性分析和考虑桩土相互作用影响是必要的。关键词：自升式平台；非线性；桩土相互作用；ＡＮＳＹＳ中图分类号：Ｐ７５２；ＴＵ４７３．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－７０３７（２０１０）０３－００８６－———————————————————————————————————————————————０５海上多功能自升式工作平台是为了适应恶劣海洋环境下的桥梁建设而研发的一种新型海洋平台。在恶劣工作环境下

3、，自升式平台结构响应显现出明显的非线性，主要体现在波浪载荷作用及桩土相互作用对平台的影响。现有研究中，对桩土作用的考虑主要是对桩土进行简化处理，本文以某海上自升式工作平台为例，采用ＡＮＳＹＳ对该平台进行了三种不同结构与土壤连接形式下的静力和动力特性分析，并对比分析了考虑桩土相互作用和不考虑桩土相互作用下的分析结果，验证了考虑桩土相互作用的必要性。式中，Ｐ为风压（Ｐａ）；Ｓ为平台在平浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积（ｍ２）；Ｃ。为暴露在风中杆件的高度系数；Ｃ．为暴露在风中杆件的形状系数。对风载荷，先将受风杆件在不同风向的投

4、影面积、形状系数、高度系数、风压值、风力作用高度等计算出来，然后集中施加在平台上。１．２波浪、海流载荷计算根据《海上移动平台入级与建造规范》¨】，计算不同波浪相位角下的波浪载荷和海流载荷，以便确定波流载荷的危险状态。海流力计算时取流向与波浪相位角相同，表面流速为Ｖ＝０．５ｍ／ｓ，Ｉ海洋环境载荷的计算方法海洋自升式平台在复杂多变的海洋自然环境中，将受到风、浪、海流及海冰形成的载荷作用，在地震情况下，它们还将受到地震载荷———————————————————————————————————————————————作用。为了确保平

5、台的安全，设计者必须确定环境条件和外载荷。基于本平台算例所处的地理环境，主要考虑风载荷和波浪载荷。１．１风载荷计算根据《海上移动平台入级与建造规范》¨１第２．２条，风压尸按照下式计算：Ｐ＝０．６１３ｖ２按照线性规律衰减至海底流速为０。波浪载荷和海流载荷根据莫里森公式比１计算：ｆＯ，Ｉ）＝∞竿吐（纠）一（ｃｍ—ｌ油翱ｚｉ－０．ｎ２‘ｙｔ）＋ｃｄ譬Ｄ［ｕ（ｚ，ｔ）一岩（石，ｆ）］ＩⅡ（ｚ，ｔ）一露（：，ｔ）ｌ（１）式中，Ｐ是海水密度；ｕ（ｇ，‘）、ａ（ｚ，ｆ）分别为高度ｚ处流体瞬时速度及加速度的水平分量；名（：，ｔ）、舅（ｚ，１

6、）分别为高度：处构件运动的水平速度及加速度分量；Ｃｄ为柱体的拖曳力系数，Ｃｄ＝０．６。１．２；Ｃ。为柱体的惯性力系数，Ｃ。＝１．３—２．０。本文选择斯托克斯５阶波浪理论计算波浪载荷，在ＡＮＳＹＳ程序中，通过填写ＰＩＰＥ５９单元中ｗａｔｅｒ———————————————————————————————————————————————式中，口为设计风速，ｍ／ｓ。作用于杆件上的风力按下式计算：Ｆ＝ＣｈＣ．ＳＰ收稿日期：２０１０－０４－２８修回日期：２０１０－０７－０２ｔａｂｌｅ相关参数施加。作者简介：李虎０９８６－），男，湖北武汉

7、人，硕士研究生，研究方向为结构动力与稳定、安全与可靠性分析（Ｅｍａｉｌ：ｋｉｍｊｉｓ００１２３４５＠ａｏｈｕ．ｃｏｌＩＩ）万方数据第３期徐纳等：作业成本法在苏通长江大桥桥梁施工中的应用研究?８７?２有限元模型２．１平台环境参数及作业参数本平台为４桩腿（圆壳式）自升式工作平台，钢质非自航。由平台船体、桩腿、升降系统等部分组成口】。平台工作水深２５ｍ；极限风浪条件：风速４５ｌｎ／ｓ（蒲氏１２级），波高６ｒｎ，波周期９ｓ，潮流速度２ｍ／ｓ，天文潮高２１１１，风暴潮高４ｒｎ。平台型长，型宽，型深分别为３７．５ｌ＇ＩＩ，３８１１１，４

8、．０１１１，桩———————————————————————————————————————————————腿直径２ｍ，总长５３ｉｒｌ，壁厚３０ｍｉｌｌ。平台总重量２０８０ｔ，其中主体钢料９６５ｔ，甲板１２０ｔ，附属设备９９５ｔ。平台最大可变载荷为５８０ｔ。２．２平台主体的模拟在总体分析中