导管架平台结构分析综述

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p 上部结构（甲板结构）p 导管架结构p 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 ：p 桁架 式 ；p 梁 、板、柱组成的 框架式 ；p 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p 上部结构（甲板结构）p 导管架结构p 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p 上部结构（甲板结构）p 导管架结构p 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地基。桩结构 桩结构二、导管架 平台载荷计算p 环境载荷p 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，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 波浪载荷 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p 环境载荷p 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 为平台使用期间加在平台上的载荷，按时间变化与作用可分为可变载荷与动力载荷 。由于 可变载荷的数值及作用位置变化缓慢，可作为静载荷处理。当 载荷对平台结构或构件的动力作用显著时，就考虑为动力载荷，包括有周期性载荷和冲击性载荷。使用载荷三、导管架平台结构疲劳特性 分析p 平台动力分析p 平台管节点热点位置结构响应分析桩土相互作用的分析管节点应力状态热点应力确定动力分析一般流程平台结构 的固有频率和振型是结构动力设计的重要参数。 采用 模态分析法可以得到结构系固有频率和 振型 。导管架 平台在波浪下作用下的动力响应，则需要进行结构瞬态动力 分析 。 对 平台作 瞬态 动力 分析 ， 提取特征节点处的位移响应并求得速度、加速度响应。结构响应分析由于 地基的柔性和无限性，是的按刚性地基假定计算出来的结构动力特性和动力反应与将地基和结构作为一个整体计算出来的结果有所不同，因此有必要考虑土 -桩基础 -结构相互作用的 影响 。桩土相互作用的分析p Winkler地基梁 模型 ， 将 桩受到周围土的作用等效为非线性 弹簧 ， 水平弹簧模拟土的侧向 承载力 ， 采用竖向弹簧模拟桩的表面摩擦力，并在桩底设置端承弹簧模拟桩的端部 承载力 。桩土相互作用的分析p 建立 结构有限元模型，包括上部结构（甲板结构）、导管架结构以及桩部 ；p 计算平台受载的载荷（载荷谱），确定平台动力分析的边界条件 ；p 对平台进行有限元的模态分析，得到平台结构自振特性有关参数如固有频率等；动力分析一般 流程p 加载