基于应变测量的海洋平台冰荷载研究

论文摘要

冰荷载作为冰区海洋结构的控制荷载,已经进行了大量的理论和实验研究,不论是直立结构还是锥体结构在极值冰力和动冰力上仍未达到统一结论。由于海冰材料的复杂性和结构、环境的多样性,造成了研究冰荷载比较困难。目前,海冰的破碎过程还不能用固体破坏力学进行准确描述,用数值的方法模拟也非常困难。现在已有的冰荷载公式一般是通过实验数据和经验公式拟合而来,存在着区域的差异性。适合我国渤海的冰荷载研究也同样存在极值冰力与动冰力的不好确定的难题。而且我国渤海的平台结构出于经济的考虑多为柔性结构,存在着极值冰力造成的较大位移和强烈的冰激振动问题。随着现代监测技术的发展,为研究冰荷载创造了良好的硬件条件。如今可以借助先进的监测仪器及设备来获取冰荷载与结构作用过程中的环境参数、结构参数、冰情参数以及相互作用的详细过程。这些都为研究冰荷载打下了坚实的基础。本文正是出于实际工程需要,从结构响应入手,对冰荷载进行确认。主要工作成果有：1)室内实验进行了多组实验,获得了平台模型上部的位移、加速度及下部横撑的应变,并根据模型的结构建立了数值模型,分析了受力点位移与横撑应变的关系。由测得应变来反推结构的受力,并与实测结果进行了对比,证实了基于实测结构应变来反推结构受力大小的可行性。2)针对原型结构南堡-129平台进行了监测布点、数值模拟、响应分析、冰力计算。计算结果表明较已有的低值冰力公式计算结果较高,相对前苏联规范则较低。本文计算出的API冰力公式系数可取0.7～1.0对南堡海域进行简单冰力评估。3)本文应用光纤应变响应测量方法确定结构冰荷载。利用数值模拟与实际监测应变、冰情相结合,较为准确的计算出平台在特定冰况下的冰力情况。对冰荷载的研究有一定借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1、绪论
• 1.1、工程背景
• 1.2、冰荷载研究概况
• 1.2.1 冰荷载的研究现状
• 1.2.2 冰荷载研究实验方法
• 1.3、本文主要工作
• 2 测量技术与荷载分析理论
• 2.1 冰情监测
• 2.2 应变测量
• 2.3 荷载分析理论
• 3 冰荷载室内实验研究分析
• 3.1 室内实验方案
• 3.1.1 冰荷载模型实验设计
• 3.1.2 大连理工大学冰荷载实验系统
• 3.2 平台模型实验
• 3.2.1 实验准备
• 3.2.2 实验工况
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 冰荷载计算方法和实验标定
• 3.3.2 慢冰速实验的静冰力分析
• 3.3.3 快冰速实验的动冰力分析
• 3.4 静冰力和动冰力比较分析
• 3.5 数值模拟分析
• 3.5.1 实验模型数值模拟
• 3.5.2 数值受力分析
• 3.6 小结
• 4 现场实验
• 4.1 南堡-129平台介绍
• 4.2 南堡-129平台测量方案
• 4.2.1 测点选择的基本原则
• 4.2.2 光纤传感器位置确定及安装
• 4.2.2.1 选择测点位置
• 4.2.2.2 传感器现场安装
• 4.3 南堡-129平台测量数据处理
• 4.3.1 应变数据的采集位置
• 4.3.2 处理应变数据理论
• 4.3.2.1 数值模拟力学参数
• 4.3.2.2 监测主要数据
• 4.3.2.3 冰力的提取
• 4.3.3 冰力数据处理结果
• 4.3.4 冰力结论与已有公式对照
• 4.3.4.1 与API-RP-2N规范对比
• 4.3.4.2 与Schwarz低值冰力公式对比
• 4.3.4.3 与前苏联规范对比
• 4.4 误差分析
• 4.4.1 由光纤光栅传感器引起的误差
• 4.4.2 数值模型简化引起的误差
• 4.4.3 海洋环境参数引起的误差
• 4.5 小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢