波浪载荷下结构尺度差异对导管架平台结构响应的影响-吴家鸣

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1、第!"卷#第$%期#$&!"年!&月科#学#技#术#与#工#程#;34-?@$&!"!'(!!!)!*"$&!"#$%+))"$+&(#,-./0-/1/-2034356708905.0//:.05!#$&!"#,-.<1/-2<905:5<水利技术波浪载荷下结构尺度差异对导管架平台结构响应的影响吴家鸣#李世龙"华南理工大学土木与交通学院$广州*!&'K&#摘#要#以某一导管架平台为分析计算对象$首先根据P3:.C30方程计算组成导管架平台各不同构件的波浪载荷$然后将其施加到有限元力学模型上%在此基础上计算不同构件尺度的导管架平台在波浪环境载荷作用下各构件关键位置的内力

2、%通过对比不同尺度下导管架平台内力变化的趋势$观察不同平台杆件的尺度变化以及部分杆件由于断裂的原因而导致强度支撑作用的缺失对平台结构强度的影响$以此指导平台结构设计中的受力杆件优化设计计算%计算结果表明'所采用的计算方法可以对平台设计和优化等进行有效的计算$所提出的方法可为导管架平台在波浪力作用下构件外载荷分析&在这些载荷作用下平台的动力响应特性评估$以及平台杆件的结构优化计算提供技术依据%关键词#波浪载荷##桁架结构##动力响应##有限元##导管架平台中图法分类号#1;"!$%####文献标志码#F##作为处于多变海洋环境的海上固定结构物$导成分对其整体结构强度的贡献*在非极限的波浪环管架

3、平台的结构响应也是多变的'这种多变表现境条件下组成平台的每一杆件的安全性*某根辅助在导管架平台环境载荷的多变以及由此而引起的杆件破坏对整个平台的结构安全所构成的影响等平台结构自身抵抗环境载荷的不同变化'对于环类问题关注较少'境载荷$平台主要承受的是波浪载荷和海流载荷本文以不同的直径*不同的杆件方向和不同长等'相对于波浪载荷$海流载荷是一种方向和大小度的主桩*水平撑杆以及斜撑等水下杆件为主要构较为稳定的外载荷$故本文只考虑更加复杂多变的成形式的导管架平台为计算分析对象$对四种具有波浪载荷对于平台结构物的影响(!)'对于结构物不同杆件尺度的导管架平台在同一波浪工况下的自身$除了对其整体刚度*强度

4、*稳定性要全面把握结构响应进行计算'对比分析不同的平台结构构以外$具体构件的强度*稳定性和节点的强度等都件尺度变化对平台在波浪环境下强度变化的影响$需要考虑'因此$跟平台结构直接相关的导管架构以此观察不同平台构件尺度的平台在同一波浪环件$如主桩的直径和壁厚*斜撑的长度与直径比等境条件下的结构反应'通过模拟平台某杆件破坏等的尺度选择就显得非常重要'后$平台整体受力的变化$分析杆件破坏前后平台杆件结构内力变化$判断该杆件破坏后对平台整体目前对于导管架平台的计算其关注点集中在($$")结构强度的影响'本文所提出的方法$为对平台结整体环境载荷分析*极限环境受力情况主桩的(K$*)构进行对比和结构优化

5、提供了一种手段'受力%而对辅助杆件在整个平台结构强度中所扮演的地位与作用则研究较少'平台中不同构成#+波浪载荷的计算和模型的建立#"#+平台杆件波浪载荷的计算$&!"年'月)日收到第一作者简介&吴家鸣"!%*(!#$男$教授$博士生导师'研究方向&本文对组成平台杆件的波浪载荷采用P3:.C30船舶与海洋结构物动力响应分析'9+A7.4&-?LAINC-I?

6、矢量2@@$!+W1的一般形式可用式"!#表示(()'CA(4G,WJ#1JUA)4P,U{}${}KA!+W$1CU1>>2(C@*)CA3)C>4(4G,W#1J#1J)4P,#1U>$K"!#"(#式"!#中4G*4P为杆件的法向阻尼系数和附加质本文利用式"(#可以计算出平台上不同杆件在1波浪作用下动力响应的时域计算中任一时刻的沿量系数%W为杆件的直径%,为海水密度%#1和#1杆件长度的波浪载荷分布$所得到的波浪载荷分布分别是与杆件轴线方向正交的速度和加速度矢量$($$")将作为计算导管架平台杆件内力分布的依据'177#",+有限元模型的建立及载荷的施加J#1J

7、为加速度矢量J#1J的模长'假设5为沿杆作用在平台构件上的波浪载荷分布确定后$采件轴线的单位矢量$即用有限元法来计算平台杆件结构内力分为以下几5(!@*)!A3)!>4"$#个步骤进行'则速度矢量#1可通过下面的三重矢积表达&!<$4(5E6E5""#将平台的整个桁架结构进行离散化处理$以杆式""#中$6分别为沿杆件轴线方向的波浪水质点速件作为计算单元$相邻杆件单元之