基于搖擺柱的海洋平臺結(jié)構(gòu)體系振動控制理論與試驗研究.pdf

1、海洋平臺本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及所處海洋環(huán)境的多變性使得海洋平臺結(jié)構(gòu)的振動控制問題變得十分重要。為滿足不同災(zāi)害作用下平臺結(jié)構(gòu)對耐久性及安全性的正常使用要求，本文對施加MTMD的海洋平臺進(jìn)行動力分析，并主要研究新型基于搖擺柱體系的海洋平臺結(jié)構(gòu)體系的抗震與抗冰激性能，通過與傳統(tǒng)純鋼桁架海洋平臺結(jié)構(gòu)比較得出這種新型結(jié)構(gòu)體系的性能特點(diǎn)，并給出合適的設(shè)計建議。主要研究工作如下：
　　1.針對JZ20-2海洋平臺結(jié)構(gòu)，提出將MTMD施加于海洋平臺甲

2、板上進(jìn)行結(jié)構(gòu)減振的新型措施。在充分了解平臺結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、動力響應(yīng)等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選用單向滑動式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)，利用多個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(MTMD)通過并聯(lián)形式與海洋平臺結(jié)構(gòu)相連，進(jìn)行基于MTMD的海洋平臺的參數(shù)優(yōu)化研究。分析結(jié)果表明，MTMD對于控制海洋平臺的振動反應(yīng)有一定的抑制作用，但減振幅度有限，魯棒性較差。
　　2.針對JZ20-2海洋平臺結(jié)構(gòu)，提出新型基于搖擺柱的海洋平臺結(jié)構(gòu)體系，并對其各項性能做了有限元分析，包括搖擺

3、柱自身質(zhì)量、剛度等參數(shù)的優(yōu)化。分析結(jié)果表明，這種新型搖擺柱結(jié)構(gòu)形式可以對平臺結(jié)構(gòu)施加有效的控制，避免導(dǎo)管架變形集中的現(xiàn)象，提高海洋平臺在海洋地震及冰激荷載作用下的耗能減振能力，并具有良好的魯棒性;搖擺柱質(zhì)量及剛度等參數(shù)對結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)有較大影響，可以從分析結(jié)果與經(jīng)濟(jì)角度考慮，得出合理的優(yōu)化范圍。
　　3.在新型基于搖擺柱的海洋平臺結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上，對海洋平臺與搖擺柱之間的連接桿進(jìn)行了不同布置方案及具體參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化工作。結(jié)果表明，連

4、接桿對于海洋平臺的減振效果有一定的影響，通過結(jié)果可以確定連接桿最優(yōu)剛度及數(shù)量的理論值。
　　4.提出一種新型的扇形轉(zhuǎn)角位移阻尼器的形式，將其應(yīng)用于基于搖擺柱的海洋平臺結(jié)構(gòu)體系中。在搖擺結(jié)構(gòu)體系使平臺結(jié)構(gòu)各部位位移趨于一致的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，還能通過粘彈性阻尼器在鉸接點(diǎn)處的耗能原理，進(jìn)一步消耗轉(zhuǎn)動能量，有效減小海洋平臺結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動力反應(yīng)。
　　5.進(jìn)一步提出基于TMD的海洋平臺-搖擺柱結(jié)構(gòu)，與分別施加搖擺柱結(jié)構(gòu)、MTMD的海洋平臺

5、進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明施加搖擺柱結(jié)構(gòu)和MTMD均可以有效降低平臺結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的動力反應(yīng)，但基于TMD的海洋平臺-搖擺柱結(jié)構(gòu)與只施加搖擺柱的海洋平臺減振效果相差無幾。
　　6.針對JZ20-2平臺結(jié)構(gòu)，按照1/10縮尺比例設(shè)計制作基于搖擺柱的海洋平臺試驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)。設(shè)計合理的安裝方案與加載方式，進(jìn)行冰激荷載作用下的擬動力試驗研究。試驗結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，搖擺柱對改善平臺結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)有一定影響，具有良好的減振性能。而且該措施能夠使