浅海重力式海洋平台抗震性能数值模拟与试验研究

论文摘要

目前,我国大型油田接近采空,然而位于我国沿海地区存在大量的边际油田急待开发,研制新型的多功能移动式采油平台势在必行。新型单罐、带裙板基础的重力式海洋平台正是为了适应边际油田开采需要而设计。对于建在地震活跃区域的海洋平台来说,设计中需要重点考虑地震荷载的影响。本文以带裙板基础的重力式海洋平台为研究对象,做了以下几个方面的工作：1.利用大型有限元软件进行数值模拟。考虑附加水质量、动水阻尼以及土-结构的相互作用,选择几条经过调幅后的实际强震记录,运用时程分析法对平台进行时程响应分析,研究了平台在输入不同方向地震波、不同偏心荷载作用下结构的地震响应,以及不同淘空程度对平台抗震性能的影响。2.利用大型振动台进行抗震性能试验研究。通过大型振动台试验,获取了平台结构在地震作用下的加速度时程曲线、位移时程曲线、应变时程曲线。通过相似比换算得到柱底峰值应力、柱顶峰值位移,并与理论计算结果进行对比。3.综合数值模拟与大型振动台试验结果,论文认为在强震作用下,平台水平侧移峰值较大,超过规范限制；在双向地震波作用下,平台立柱水平侧移峰值与单向地震作用相比均产生一定程度增大。当平台甲板处产生偏心荷载时,地震作用下偏心荷载对立柱水平侧移峰值影响较小,但偏心荷载越大,立柱之间的相对位移越大。当基底被海水淘空后,淘空率小于10%时对平台抗震性能影响较小,当淘空率超过10%,要采取相关淘空防护措施。另外,本文作者提出立柱、甲板需要加强,例如增大柱截面,三立柱中部、顶部增设水平支撑,增强平台整体性,甲板下增设水平钢梁、竖向支撑等,同时也确定了立柱不会在地震中发生破坏。

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摘要

Abstract

1 绪论

1.1 论文选题依据与研究背景

1.2 课题研究目的、理论意义和实际应用价值

1.2.1 课题研究目的

1.2.2 理论意义和实际应用价值

1.3 海洋平台的发展概况

1.3.1 国外海洋平台发展概况

1.3.2 国内海洋平台发展概况

1.4 海洋平台地震响应研究进展

1.4.1 国外海洋平台地震响应研究进展

1.4.2 国内海洋平台地震响应研究进展

1.5 课题难点与创新

1.6 本文各章主要内容

2 地震响应研究方法

2.1 引言

2.2 时程分析法基本理论

2.2.1 构件恢复力特性曲线计算模型

2.2.2 运动方程建立

2.2.3 地震波的选用与调整

2.2.4 运动方程求解

2.3 反应谱法基本理论

2.3.1 反应谱基本概念

2.3.2 反应谱的计算

2.3.3 设计反应谱

2.3.3.1 设计反应谱概念

2.3.3.2 地震烈度

2.3.3.3 地震场地土分类

2.4 本章小结

3 重力式海洋平台有限元动力分析

3.1 引言

3.2 计算模型选取

3.2.1 SR模型

3.2.2 并列质点系模型

3.2.3 有限元模型

3.3 平台有限元模型建立

3.3.1 模型单元选取

3.3.2 单元实常数及材料参数的确定

3.3.3 附加水质量及阻尼的选取

3.3.4 土-平台结构相互作用模型

3.4 平台有限元地震响应分析

3.4.1 模态分析

3.4.2 单向地震波作用下平台结构响应

3.4.2.1 不同地震波作用下平台结构的动力响应

3.4.2.2 输入不同方向地震波平台结构的动力响应

3.4.2.3 偏心荷载对平台结构地震响应影响

3.4.2.4 不同基底淘空程度下平台结构的动力响应

3.4.3 双向地震波作用下平台结构响应

3.4.4 三向地震波作用下平台甲板结构响应

3.4.5 其他环境荷载作用下平台结构动力响应

3.5 本章小节

4 平台模型抗震试验设计

4.1 引言

4.2 模型设计及制作

4.2.1 模型试验的必要性及其作用

4.2.2 模型结构相似理论分析

4.2.3 试验模型等效设计方法及模型尺寸确定

4.2.4 人工配重确定

4.3 试验测点布置

4.4 试验装置和加载方案

4.4.1 地震模拟振动台系统

4.4.2 试验选用地震波

4.4.3 试验加载方案

4.5 本章小结

5 平台抗震试验与分析

5.1 引言

5.2 试验过程

5.3 平台地震响应分析

5.3.1 模型加速度反应

5.3.2 模型位移反应

5.4 平台立柱受力性能试验分析

5.5 试验误差

5.6 本章小结

6 平台抗震性能评估与加固建议

6.1 引言

6.2 平台抗震性能

6.3 平台加固建议

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录

致谢

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