导管架平台结构分析综述

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1、导管架平台结构分析综述华南理工大学土木与交通学院船舶与海洋工程赵仕伦架构一、导管架平台结构特征二、导管架平台载荷计算三、导管架平台结构疲劳特性分析上部结构（甲板结构）导管架结构桩结构环境载荷（主要为波浪载荷）使用载荷平台动力分析平台管节点热点位置一、导管架平台结构特征上部结构（甲板结构）导管架结构桩结构导管架平台的上部结构也称甲板结构，上部结构包括平台甲板、甲板支柱以及层间桁架结构。平台甲板甲板支柱层间桁架上部结构导管架平台上部结构的形式可以分为：桁架式；梁、板、柱组成的框架式；兼而有之的混合式上部结构桁架式典型结构结构特点整个结构由

2、梁和桁架等构件组成，上下层平台甲板由桁架联接为整体结构，承受作用在甲板上的载荷，并通过桁架将载荷传给导管架及桩基。结构特点上下层甲板由立柱联结为整体结构，承受作用在甲板上的载荷，载荷通过立柱传给导管架和桩基。立柱一般是直接放在桩顶上，当桩的距离较大时，可在立柱之间增加一些支撑，以减少甲板上的跨度。框架式典型结构结构特点上下层甲板由立柱或桁架联结成为一个整体结构，承受作用在甲板上的载荷，并通过立柱或桁架传给导管架和桩基。不仅具有框架式结构的特点，还在梁跨度较大的部位增设桁架，以增强平台的总体刚度。混合式典型结构一、导管架平台结构特征上部

3、结构（甲板结构）导管架结构桩结构导管架是由导管和连接结构的纵横撑杆组成的空间结构。各管状构件相交处形成了管状节点结构。导管架结构导管架两种主要结构形式（空间构架式与桩群式）结构特点空间构架式的导管不仅本身是一个承力结构，而且也有设置在桁架上的小立柱来传递上部载荷。桩群式导管架则只能作为联系桩群而成为一个整体结构的作用，本身不承受上部载荷。一、导管架平台结构特征上部结构（甲板结构）导管架结构桩结构桩的作用是把平台固定于海底并承受横向载荷和垂向载荷。桩通过导管架打入海底土中，由单桩组成裙桩以形成桩基础。上部结构和导管架的载荷通过桩基础传入

4、地基。桩结构在结构分析中，一般作如下假设：（1）桩的材料为线弹性材料（2）桩的轴线是垂直向下的，不计桩的轴向力对挠度的影响。桩的计算公式是建立在上面的假设基础上的。作用在地表桩顶处的力主要有导管架传给桩的水平力和弯矩，由于载荷的作用使桩产生挠度，从而与地基发生相互作用。桩结构二、导管架平台载荷计算环境载荷使用载荷风载荷波浪载荷流冰载荷地震载荷可动载荷活载荷动力载荷我国在役平台的结构分析中所考虑的载荷主要为波浪载荷，计算重点亦以波浪载荷的处理为主。风载荷的考虑主要为根据平台平面实际受力面投影面积计算所得。流冰载荷则越来越受到人们的关注，

5、随着渤海油田区域的发展，相关的研究也越来越多，如建立冰力函数与冰力谱。地震载荷在平台的载荷研究方面涉及较少，主要根据平台所在工作区域是否有经历地震而定。环境载荷波浪载荷（1）波浪理论由于活动平台工作水深不同，应根据设计波高、周期和水深选用适当的波浪理论。根据水深波长比、波高水深比可以将常用的波浪理论适用范围作划分：艾里波理论：再用正弦波形，仅对微幅波使用，可用线性理论，计算比较简单，使用范围相对水深，相对波高；斯托克斯高阶波理论：采用坦谷波形，不能用线性理论，而是限幅波的非线性理论，适用范围较广，原则上讲从微幅波直至由于波陡过大而破碎

6、的波浪；3.椭圆余弦波理论：适用于的情况；4.孤立波理论：适用于直到波浪破碎的情况；5.破碎波：理论上算出的极限波陡=1/7，实际上当波陡增至1/10时波峰已开始破碎。各种波浪理论使用范围波浪载荷（2）波浪力计算作用在导管架上的波浪载荷是由于波浪产生的压力场所致，一般波浪诱导载荷可以分为三种：拖曳力、惯性力、绕射力。波浪载荷拖曳力是由于物体造成的水流扰动引起的；惯性力由两部分组成：一是由于入射波压力场引起的作用力，一是由于水的惯性引起的附加质量力；绕射力是由于考虑物体的作用，而使波浪发生绕射时引起的作用力。波浪载荷在海洋工程结构中，通

7、常先判断是大尺度结构或小尺度结构来决定波浪载荷的计算方法。大尺度结构，波浪载荷的惯性力和绕射力是主要的分量，而小尺度结构，波浪的拖曳力和惯性力是主要的分量。这里所谓小尺度构件是指的情况（为构件的直径，为波长），导管架平台属于小构件，这种结构受到的波浪载荷（拖曳力和惯性力）通常可以用Morison公式计算。波浪载荷按照莫里森公式，垂直作用于构件长度上的波浪力是正比于水质点速度平方的拖曳力和正比于水质点加速度的惯性力之和为柱体拖曳力系数或称阻力系数；为柱体的惯性系数或称质量系数；为段中点流体瞬时速度的水平分量；为段中点流体瞬时加速度的水平

8、分量。作用在垂直柱体上的波浪力波浪载荷二、导管架平台载荷计算环境载荷使用载荷风载荷波浪载荷流冰载荷地震载荷可动载荷活载荷动力载荷固定载荷指作用在平台上的不变载荷，是平台结构在空气中的重量，包括导管架、桩、灌浆等。活载荷为