深淺海自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性分析方法研究.pdf

1、隨著海洋石油開(kāi)發(fā)力度的加大，自升式平臺(tái)逐漸走向較深水和環(huán)境惡劣海域。在這樣的海域應(yīng)用自升式平臺(tái)的關(guān)鍵在于精確反映平臺(tái)與環(huán)境之間發(fā)生的物理過(guò)程。本文主要研究適合于深水和惡劣海域的自升式平臺(tái)動(dòng)態(tài)評(píng)估的模型、邊界問(wèn)題以及科學(xué)的分析方法。本文目的在于尋求科學(xué)、高效的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)、樁基和波浪載荷的非線(xiàn)性分析。
　　 隨著水深的增加，自升式鉆井平臺(tái)的樁腿長(zhǎng)度和主尺度均發(fā)生很大的增加，其固有周期相對(duì)固定式平臺(tái)來(lái)說(shuō)增加了很多，并逐漸接近波浪的主

2、要周期范圍，因此平臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題變得非常明顯。解決深淺海(水深超過(guò)90米)自升式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性分析方法問(wèn)題，是改進(jìn)深淺海自升式平臺(tái)性能，降低深淺水油氣開(kāi)發(fā)成本的一個(gè)關(guān)鍵。本文圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：
　　 1)深淺海自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)性能分析方法研究，對(duì)比了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)波法和更加高級(jí)的隨機(jī)分析方法在海洋結(jié)構(gòu)性能分析中的應(yīng)用，深入研究了這兩種方法的針對(duì)深淺海海域(水深大于90米)的適用性與局限性，總結(jié)出適合于深淺海自升式平

3、臺(tái)動(dòng)態(tài)性能分析的方法，降低傳統(tǒng)分析方法中不必要的保守，提高平臺(tái)的整體性能。還提出深淺海自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)性能研究分析的一般指導(dǎo)性思路，以及自升式鉆井平臺(tái)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析的四種方法。為深淺海自升式鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性的關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)研究提供了基礎(chǔ)。最后嘗試以國(guó)際主流的三種樁腿結(jié)構(gòu)的自升平臺(tái)為例進(jìn)行分析，驗(yàn)證和實(shí)踐前述的理論。
　　 2)自升式平臺(tái)樁基固定性研究，自升式平臺(tái)的樁基固定性研究一直以來(lái)都是改善自升平臺(tái)性能的焦點(diǎn)問(wèn)題，在淺水中

4、樁基的固定性問(wèn)題對(duì)平臺(tái)動(dòng)態(tài)性能的影響很小，因此常常忽略，但是隨著水深增加到深淺水海域，其固定性問(wèn)題變得異常突出，對(duì)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析產(chǎn)生較大影響，必須采用合理的方法解決其固定性問(wèn)題，降低其對(duì)平臺(tái)性能的影響，提高平臺(tái)整體性能。本文對(duì)比研究了解析法和數(shù)值分析法獲得的樁基-土壤相互作用結(jié)果曲線(xiàn)，并采用考慮土壤應(yīng)變硬化規(guī)律的模型C理論對(duì)平臺(tái)樁基土壤的彈塑性邊界問(wèn)題進(jìn)行研究，以確定樁基與土壤之間的固定剛度，用于模擬樁基在土壤中的組合垂直、力矩和水

5、平載荷，改善樁基，土壤之間的設(shè)計(jì)邊界，希望可以大大提高深淺海域自升式平臺(tái)的動(dòng)態(tài)性能。
　　 3)應(yīng)用前面闡述的結(jié)構(gòu)性能研究方法、采用應(yīng)變硬化理論的樁基.土壤邊界，結(jié)合NewWave理論對(duì)深淺海自升式平臺(tái)的動(dòng)態(tài)非線(xiàn)性問(wèn)題進(jìn)行研究，通常在計(jì)算波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用時(shí)都采用規(guī)則波假定，例如Airy波和Stokes波，波高一般采用實(shí)測(cè)有效波高，這種方法認(rèn)為所有的波浪能量都集中在一個(gè)波浪頻率上，從而忽視了海洋波浪實(shí)際的寬譜特征使得計(jì)算出的結(jié)

6、構(gòu)物動(dòng)態(tài)響應(yīng)不具有代表性。
　　 文章闡述了新波浪理論(NewWave)的基本概念，介紹了一種新型的極限入射波浪模型，該模型考慮了海浪的隨機(jī)性、譜性和非線(xiàn)性。新建立的波浪模型不僅可以作為惡劣海域海洋結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)最不利波浪力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而且可使平臺(tái)的全向二階波浪力計(jì)算得到極大的簡(jiǎn)化，節(jié)省大量的時(shí)間成本。文中還闡述了NewWave理論模型引入到波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用水動(dòng)力計(jì)算的方法和步驟。最后對(duì)基于NewWave理論的三種不同樁腿結(jié)構(gòu)形式