深淺海自升式平臺結(jié)構(gòu)非線性分析方法研究.pdf

1、隨著海洋石油開發(fā)力度的加大，自升式平臺逐漸走向較深水和環(huán)境惡劣海域。在這樣的海域應用自升式平臺的關(guān)鍵在于精確反映平臺與環(huán)境之間發(fā)生的物理過程。本文主要研究適合于深水和惡劣海域的自升式平臺動態(tài)評估的模型、邊界問題以及科學的分析方法。本文目的在于尋求科學、高效的方法進行結(jié)構(gòu)、樁基和波浪載荷的非線性分析。
　　 隨著水深的增加，自升式鉆井平臺的樁腿長度和主尺度均發(fā)生很大的增加，其固有周期相對固定式平臺來說增加了很多，并逐漸接近波浪的主

2、要周期范圍，因此平臺的動態(tài)響應問題變得非常明顯。解決深淺海(水深超過90米)自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)非線性分析方法問題，是改進深淺海自升式平臺性能，降低深淺水油氣開發(fā)成本的一個關(guān)鍵。本文圍繞以下幾個方面進行深入研究：
　　 1)深淺海自升式平臺結(jié)構(gòu)性能分析方法研究，對比了傳統(tǒng)的設(shè)計波法和更加高級的隨機分析方法在海洋結(jié)構(gòu)性能分析中的應用，深入研究了這兩種方法的針對深淺海海域(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、臺動態(tài)性能分析的方法，降低傳統(tǒng)分析方法中不必要的保守，提高平臺的整體性能。還提出深淺海自升式平臺結(jié)構(gòu)性能研究分析的一般指導性思路，以及自升式鉆井平臺動態(tài)響應分析的四種方法。為深淺海自升式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)非線性的關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)研究提供了基礎(chǔ)。最后嘗試以國際主流的三種樁腿結(jié)構(gòu)的自升平臺為例進行分析，驗證和實踐前述的理論。
　　 2)自升式平臺樁基固定性研究，自升式平臺的樁基固定性研究一直以來都是改善自升平臺性能的焦點問題，在淺水中

4、樁基的固定性問題對平臺動態(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，其固定性問題變得異常突出，對平臺的動態(tài)響應分析產(chǎn)生較大影響，必須采用合理的方法解決其固定性問題，降低其對平臺性能的影響，提高平臺整體性能。本文對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，并采用考慮土壤應變硬化規(guī)律的模型C理論對平臺樁基土壤的彈塑性邊界問題進行研究，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)計邊界，希望可以大大提高深淺海域自升式平臺的動態(tài)性能。
　　 3)應用前面闡述的結(jié)構(gòu)性能研究方法、采用應變硬化理論的樁基.土壤邊界，結(jié)合NewWave理論對深淺海自升式平臺的動態(tài)非線性問題進行研究，通常在計算波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用時都采用規(guī)則波假定，例如Airy波和Stokes波，波高一般采用實測有效波高，這種方法認為所有的波浪能量都集中在一個波浪頻率上，從而忽視了海洋波浪實際的寬譜特征使得計算出的結(jié)

6、構(gòu)物動態(tài)響應不具有代表性。
　　 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性、譜性和非線性。新建立的波浪模型不僅可以作為惡劣海域海洋結(jié)構(gòu)計算時最不利波浪力設(shè)計標準，而且可使平臺的全向二階波浪力計算得到極大的簡化，節(jié)省大量的時間成本。文中還闡述了NewWave理論模型引入到波浪與結(jié)構(gòu)物相互作用水動力計算的方法和步驟。最后對基于NewWave理論的三種不同樁腿結(jié)構(gòu)形式