自升式平台风载荷的空气动力学干扰研究.pdf

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1、NAVALARCHITECTUREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2013年第2期（总第94期）自升式平台风载荷的空气动力学干扰研究112林一，胡安康，孙建（1.哈尔滨工程大学，哈尔滨150001；2.中集船舶海洋工程设计研究院，上海201206）摘要：风载荷是自升式平台的主要控制载荷，现行规范在计算风载荷时主要采用面积投影法，不考虑空气动力学干扰的影响，结果偏于保守。以自主研发的122m（400ft）自升式平台为例，通过风洞实验得到其各风向角下的干扰因子IF。在此基础上，采用求解RA

2、NS方程的方法，结合k湍流模型对风载荷的空气动力学干扰现象进行数值模拟，所得IF值与实验结果吻合良好，揭示了这种干扰现象对自升式平台风载荷的影响。关键词：自升式平台；风载荷；空气动力学干扰；遮蔽效应中图分类号：U661.43文献标识码：A文章编号：2095-4069(2013)02-0005-06Abstract:Windloadistheprimaryloadtobecontrolledforjack-upplatforms;thecurrentregulationsadopttheareaproj

3、ectionmethodtocomputethewindloadswithouttakingintoaccounttheinfluenceofaerodynamicinterference,whichtendstobeconservative.Takingtheself-developed122m(400ft)jack-upplatformastheexample,theinterferencefactorsIFsundervariouswinddirectionsareobtainedthroughwi

4、ndtunnelexperiments.Basedonthis,numericalsimulationsarealsoperformedthroughsolvingtheRANSequationsbyk-εturbulentmodeltostudytheaerodynamicinterferencephenomenonofwindloads.ThenumericallyobtainedIFsagreewellwiththeexperimentalresultsandtheinfluenceofaerody

5、namicinterferenceofwindloadsonjack-upplatformsisrevealed.Keywords:jack-upplatform;windload;aerodynamicinterference;shieldingeffect0引言由于自升式平台进行钻井作业时处于抬升站立状态，随着风高度的增加导致风载荷增大，因此在设计[1]阶段风载荷是最主要的控制载荷。目前对于自升式平台风载荷的计算方法均取自各大船级社规范，主要采用面积投影法，忽略结构件空气动力学干扰的影响，这种处理方法

6、将导致计算结果偏于保守，不利于结构的优化设计。参考文献[2]将北海一艘半潜式平台上实测的风力值和按挪威船级社（DNV）规范计算的风力值进行比较，记录的300多组数据均表明实测观察值仅为计算值的50%；参考文献[3]对一艘半潜式平台[4,5]进行风洞实验后发现，实验结果小于按美国船级社（ABS）规范计算的值。哈尔滨工业大学通过风洞实验和数值模拟对HYSY-981半潜式平台的风载荷与表面风压分布进行了研究，具有一定的参考价值。但是上述研究并未对造成这种结果差异的原因，即空气动力学干扰现象作进一步分析。空气动力

7、学干扰的研究重点主要集中在复杂高层建筑上，对于海洋平台研究甚少。自升式平台工作状[6]态处于开阔海面，属于我国“建筑结构荷载规范”中的A类地貌，干扰效应最为显著，因此应予重视空气动力学干扰现象。自升式平台甲板利用率很高，布置紧凑，导致上层建筑、桩腿、井架、悬臂梁等结构在受风时相互遮蔽，大大减小了整体的风载荷。由于结构较多，导致处理其风致干扰现象时与建筑群体类似，需要借助风洞实验或者数值模拟技术。基金项目：国家自然科学基金：51079034；中央高校科研基金：HEUCFR1003第一作者简介：林一，男，博士

8、研究生，1984年生。哈尔滨工程大学船舶与海洋工程专业在读。现主要从事船舶与海洋结构物设计研发、载荷预报、强度评估及风险分析方面的工作。收稿日期：2012-10-106船舶与海洋工程2013年第2期1风洞实验1.1平台基本参数本文选用的122m自升式钻井平台采用三桩腿桁架式结构，见图1。桩腿为菱形连接，最大工作水深122m，气隙12.2m，最大钻井深度9150m，入级ABS船级社，平台基本参数为：主尺度（总长×型宽×型深）：7