波浪載荷作用下的導(dǎo)管架平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)分析

李世龍，吳家鳴，劉昊宇

(華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640)

導(dǎo)管架平臺(tái)是近海油氣資源開(kāi)發(fā)活動(dòng)中常見(jiàn)的一種固定式樁基平臺(tái)，在設(shè)計(jì)這類平臺(tái)時(shí)，通常需要對(duì)其所受波浪載荷作用下平臺(tái)的內(nèi)力特性進(jìn)行分析。目前，對(duì)像導(dǎo)管架平臺(tái)這一類桁架式海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下的動(dòng)力響應(yīng)分析通常采用如SACS、MSC.PATRAN等商業(yè)軟件去確定平臺(tái)的整體波浪載荷，據(jù)此對(duì)平臺(tái)在極限環(huán)境載荷下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行判斷[1-3]。但是對(duì)于不同的波浪環(huán)境條件導(dǎo)管架平臺(tái)不同的組成構(gòu)件將會(huì)呈現(xiàn)怎樣的一種動(dòng)力響應(yīng)？平臺(tái)中不同構(gòu)成成分對(duì)其整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)如何？在非極限的波浪環(huán)境條件下組成平臺(tái)的每一桿件是否都是安全的？目前對(duì)此類問(wèn)題關(guān)注較少，而對(duì)這些問(wèn)題的正確認(rèn)識(shí)卻有助于我們對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的合理選擇做出準(zhǔn)確的判斷、為設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)形式合理的導(dǎo)管架平臺(tái)提供前提和保障。

本文以各種直徑、桿件方向和長(zhǎng)度各異的樁腿、水平撐桿以及斜撐等水下桿件為主要構(gòu)成形式的導(dǎo)管架平臺(tái)為對(duì)象，首先逐一計(jì)算組成導(dǎo)管架平臺(tái)的每一桿件的波浪力，然后將所計(jì)算得到的波浪力以離散分布載荷的形式施加到平臺(tái)有限元模型中相應(yīng)的桿件上，在此基礎(chǔ)上分析在不同的波高、周期以及浪向等波浪環(huán)境下平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)，了解平臺(tái)中不同的結(jié)構(gòu)成分對(duì)整體波浪響應(yīng)的貢獻(xiàn)及其影響，觀察不同的結(jié)構(gòu)形式對(duì)波浪載荷響應(yīng)的關(guān)系，為平臺(tái)在波浪環(huán)境下整體波浪載荷對(duì)平臺(tái)強(qiáng)度的影響提供評(píng)估依據(jù)。

1 平臺(tái)的波浪載荷計(jì)算

本文對(duì)組成平臺(tái)桿件的波浪載荷采用Morison方程計(jì)算。根據(jù)Morison方程，對(duì)于與波長(zhǎng)相比桿件尺寸較小的導(dǎo)管架平臺(tái)中任一方向的水下桿件，其垂直于桿件軸線單位長(zhǎng)度上的波浪力矢量f 的一般形式可用下式表示：

而任一方向上，平臺(tái)桿件單位長(zhǎng)度上的波浪力在固定坐標(biāo)系上的分量為[6-7]：

利用（7）式可以計(jì)算出平臺(tái)上不同桿件在波浪作用下動(dòng)力響應(yīng)的時(shí)域中任一時(shí)刻的沿桿件長(zhǎng)度的波浪載荷分布，所得到的波浪載荷分布將作為計(jì)算導(dǎo)管架平臺(tái)桿件內(nèi)力分布的依據(jù)。關(guān)于本節(jié)導(dǎo)管架平臺(tái)波浪載荷計(jì)算的詳細(xì)數(shù)值計(jì)算方法可參閱參考文獻(xiàn)[4-5]。

2 導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算及其主要計(jì)算步驟

在利用上節(jié)所介紹的作用在導(dǎo)管架平臺(tái)上的波浪載荷計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，我們采用有限元法來(lái)分析導(dǎo)管架平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)桿件的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。計(jì)算中首先從平臺(tái)桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)桿件單元的水動(dòng)力載荷分析入手，根據(jù)上節(jié)所計(jì)算得到的由于波浪引起的作用在特定桿件上的波浪載荷，按照有限元法數(shù)值計(jì)算的要求，以一定的離散節(jié)點(diǎn)分布力形式將這些波浪載荷分配在桿件上；然后，確定桿件單元內(nèi)的位移、應(yīng)變、應(yīng)力模式、建立單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系；在此基礎(chǔ)上建立桿件單元?jiǎng)偠染仃?；根?jù)平臺(tái)離散化結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式，將各個(gè)單元?jiǎng)偠染仃囘M(jìn)行組集，得到反映整體結(jié)構(gòu)位移與載荷關(guān)系的總體剛度方程；通過(guò)求解該剛度方程可以得出各個(gè)單元的位移，再利用單元分析得到的關(guān)系可以求出單元應(yīng)力。

作用在平臺(tái)構(gòu)件上的波浪載荷分布確定后，采用有限元法來(lái)計(jì)算平臺(tái)桿件結(jié)構(gòu)內(nèi)力，分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：

2.1 結(jié)構(gòu)離散化

將平臺(tái)的整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理，以桿件作為計(jì)算單元，相鄰桿件單元之間僅在桿件兩端的節(jié)點(diǎn)處相連，桿件之間的連接方式采用固定連接，節(jié)點(diǎn)的位移分量作為基本未知量，組成桿件有限單元集合體后引進(jìn)等效節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)約束條件，由此而構(gòu)成了桿件有限元計(jì)算模型。

2.2 單元分析

平臺(tái)桁架結(jié)構(gòu)離散化后，將桿件單元的位移、應(yīng)變和應(yīng)力等物理量等轉(zhuǎn)變?yōu)橛晒?jié)點(diǎn)的位移來(lái)表示。選定單元的類型和位移模式后，按虛功原理建立桿件的單元?jiǎng)偠确匠蹋?/p>

式中：上標(biāo)e 為單元編號(hào)；ke、δe和Fe分別為桿件單元的剛度矩陣、節(jié)點(diǎn)位移和等效節(jié)點(diǎn)載荷向量。單元?jiǎng)偠染仃囃ㄟ^(guò)單元節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系來(lái)決定。

2.3 整體分析

集合所有桿件單元的剛度矩陣，建立整個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的力學(xué)平衡方程：

式中：K、δ 和F 分別為平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣、整體節(jié)點(diǎn)位移列矩陣和整體結(jié)構(gòu)的等效節(jié)點(diǎn)載荷列矩陣。

2.4 求平臺(tái)各節(jié)點(diǎn)位移

求解方程（9），求得平臺(tái)各節(jié)點(diǎn)的位移。

2.5 計(jì)算單元應(yīng)力

由節(jié)點(diǎn)位移，根據(jù)平臺(tái)桿件單元的各項(xiàng)物理參數(shù)，如材料性質(zhì)、尺寸和位置等，通過(guò)幾何方程以及物理方程建立單元節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力之間的方程，從而計(jì)算單元的應(yīng)力。

本文使用有限元軟件ANSYS通過(guò)命令流的編輯來(lái)完成上述的平臺(tái)桿件結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。

3 導(dǎo)管架平臺(tái)在波浪環(huán)境下的動(dòng)力響應(yīng)分析的主要數(shù)值計(jì)算方法

基于以上的分析思路和計(jì)算方法，考慮了浪向坐標(biāo)系與固定坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系后，導(dǎo)管架平臺(tái)所有水下桿件在計(jì)算過(guò)程中任意時(shí)刻的波浪載荷都可以根據(jù)第1節(jié)所介紹的計(jì)算方法求得，得到的每一桿件波浪載荷以離散節(jié)點(diǎn)分布力形式將其分配到相應(yīng)的桿件上，然后根據(jù)第2節(jié)介紹的方法計(jì)算出平臺(tái)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。以此我們可以對(duì)平臺(tái)在不同的波高、周期和浪向作用下包括平臺(tái)桿件外載荷及其由此所引起的內(nèi)力等的平臺(tái)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析計(jì)算。其主要計(jì)算階段如下：

（1）輸入設(shè)計(jì)波高、周期、浪向以及水深等海況參數(shù)；

（2）輸入平臺(tái)所有桿件（樁腿、水平撐桿、斜撐等）的幾何參數(shù)，它們包括桿件的直徑、管壁厚度、軸線方向、桿件的上下端點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)等；

（3）根據(jù)第1節(jié)所介紹的計(jì)算方法，計(jì)算在第（1）階段所設(shè)定的波浪環(huán)境下平臺(tái)所有桿件上波浪荷載。通過(guò)這一階段的計(jì)算，可以得到在特定水域中波高、周期、浪向三個(gè)要素的不同組合條件下平臺(tái)的波浪載荷。本階段的計(jì)算結(jié)果將作為平臺(tái)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的外荷載輸入，以此得到在特定波浪要素組合工況下平臺(tái)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力等平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度信息；

（4）將第（3）階段所計(jì)算得到的特定波浪工況下的平臺(tái)波浪載荷以分布力的形式施加在有限元模型中的所有平臺(tái)結(jié)構(gòu)桿件上。為了進(jìn)行本階段的計(jì)算，需要在第（2）階段輸入的平臺(tái)構(gòu)件幾何參數(shù)的基礎(chǔ)上，再輸入強(qiáng)度計(jì)算所需要的桿件結(jié)構(gòu)其它的材料和幾何信息，如鋼材密度、材料彈性模量、桿件的慣性矩等；

（5）采用ANSYS軟件對(duì)第（4）階段所構(gòu)建的導(dǎo)管架平臺(tái)有限元模型進(jìn)行求解；

（6）對(duì)第（5）階段的計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行后處理。通過(guò)對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，找出在特定波浪工況下平臺(tái)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)；對(duì)這些危險(xiǎn)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度信息進(jìn)行提取，分析在這些點(diǎn)上的彎矩、剪力、應(yīng)變、應(yīng)力等信息；對(duì)在這些點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度信息與許用強(qiáng)度進(jìn)行比較，據(jù)此判斷平臺(tái)是否滿足強(qiáng)度要求；

（7）完成對(duì)特定波浪海況下的平臺(tái)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)分析計(jì)算。若要計(jì)算另一種波浪海況下平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析，則改變?cè)O(shè)計(jì)波高、周期、波向等參數(shù)后轉(zhuǎn)向第（1）階段，開(kāi)始下一個(gè)工況的計(jì)算；否則輸出計(jì)算結(jié)果。

4 計(jì)算結(jié)果及分析

利用上述所提出的計(jì)算方法，可以對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)在波浪載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算分析。本文以一在水深為160 m作業(yè)的外輪廓為正四棱臺(tái)的導(dǎo)管架平臺(tái)為研究對(duì)象，利用所提出的數(shù)值分析方法進(jìn)行計(jì)算，觀察這類平臺(tái)在不同波高、周期、波浪入射角以及不同時(shí)刻下平臺(tái)所受的波浪載荷以及所引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力響應(yīng)。平臺(tái)的計(jì)算結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，平臺(tái)在標(biāo)高180 m處的水平撐桿長(zhǎng)度為50 m；標(biāo)高0 m處的水平撐桿長(zhǎng)度為81.5 m，平臺(tái)共有6層桁架結(jié)構(gòu)，每層的高度均為30 m。平臺(tái)的桿件參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 平臺(tái)的桿件參數(shù)

平臺(tái)在固定坐標(biāo)系的原點(diǎn)O 定義在海底平面上，位于平臺(tái)底部正方形的中心處，Z 軸垂直向上。導(dǎo)管架平臺(tái)固定坐標(biāo)系O-XYZ 以及與浪向坐標(biāo)系o-xyz 的關(guān)系如圖2所示。其中，從平臺(tái)固定坐標(biāo)系X 軸與浪向坐標(biāo)系x 軸的夾角定義為浪向角。本節(jié)計(jì)算中，海水密度為ρw=1 025 kg/m3、鋼材密度ρs=7 800 kg/m3、CD=1.2、CM=2。

4.1 在一定波高與周期條件下平臺(tái)主樁剪力與浪向的關(guān)系

圖1 平臺(tái)的計(jì)算結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 導(dǎo)管架平臺(tái)坐標(biāo)系以及與浪向坐標(biāo)系的關(guān)系

圖3 在不同的浪向角下主樁1 的剪力變化時(shí)間歷程

圖3給出了波高為8 m、波浪的周期為12 s，浪向角為0°～45°時(shí)導(dǎo)管架平臺(tái)主樁1在其與海底相交處的剪力在一個(gè)波浪周期變化的時(shí)間歷程。由于平臺(tái)橫截面為一正四邊形，分析平臺(tái)在浪向角0°～45°范圍內(nèi)的波浪響應(yīng)動(dòng)力特性就可以了解它在360°浪向角范圍內(nèi)的相應(yīng)特性。由圖中的計(jì)算結(jié)果可以看出：不同的浪向角下，主樁的剪力大小有比較大的差異。當(dāng)浪向角為0°時(shí)，該主樁所受剪力值較大。隨著浪向角的增加，該主樁的剪力值逐步減小，當(dāng)浪向角為45°時(shí)，其剪力值最小。浪向角為0°時(shí)的剪力值約為45°時(shí)的1.4倍。對(duì)于同一浪向角的波浪，主樁的剪力值在不同時(shí)刻也有較大的差異，主樁剪力在一個(gè)波浪周期內(nèi)呈周期性的變化。

發(fā)生這些現(xiàn)象的原因在于：（1）當(dāng)浪向角為0°時(shí)，浪向垂直于平臺(tái)一邊，在這一方向上平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的剖面模數(shù)最低，其抗彎矩能力最弱，由此而導(dǎo)致主樁的剪力表現(xiàn)出較大的值；而當(dāng)浪向角為45°時(shí)，浪向處于平臺(tái)的對(duì)角線位置，在這一方向上，平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的剖面模數(shù)較高，它具有較高的抗彎能力，因而主樁所受的剪力在這一方向上較小；（2）由于在文中的計(jì)算是以坐標(biāo)原點(diǎn)位于平臺(tái)中心（見(jiàn)圖2）、初相位為零的線性波來(lái)描述平臺(tái)所處的波浪環(huán)境的，當(dāng)計(jì)算時(shí)刻為一個(gè)周期的初始時(shí)刻時(shí)（計(jì)算時(shí)刻為0 s或12 s附近），波峰位于平臺(tái)的中心，此時(shí)平臺(tái)所受的波浪載荷最大，因而主樁的剪力也表現(xiàn)出最大值；而當(dāng)計(jì)算時(shí)刻處于波浪周期的中段（計(jì)算時(shí)刻為6 s附近），平臺(tái)中心處于波谷，此時(shí)平臺(tái)所受的波浪載荷最小，因而主樁的剪力也表現(xiàn)出最小值。

圖4 先迎浪水平撐桿中點(diǎn)最大應(yīng)力值

圖5 與圖4 出現(xiàn)在同一時(shí)刻的后迎浪水平撐桿中點(diǎn)應(yīng)力值

4.2 在同一波浪方向上，不同波高和波浪周期下平臺(tái)特征桿件的最大彎曲應(yīng)力

為了觀察在不同波高和波浪周期下導(dǎo)管架平臺(tái)的動(dòng)力響應(yīng)特征，本文通過(guò)數(shù)值模擬，觀察在一定的浪向角、不同的波高和周期條件下，平臺(tái)某一特定桿件的最大應(yīng)力變化特征，以此分析不同波浪參數(shù)對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)構(gòu)件動(dòng)力響應(yīng)的影響。

圖4給出了浪向角為0°、不同的波高和周期條件下，平臺(tái)4～5層之間、標(biāo)高為150 m的2條水平撐桿中先迎浪的一條水平撐桿中點(diǎn)在波浪載荷作用下桿件最大應(yīng)力值。圖4的計(jì)算結(jié)果表明：波高越大，水平撐桿中點(diǎn)的應(yīng)力值也越大；在相同波高條件下，該點(diǎn)的應(yīng)力值隨著波浪周期的不同而有所差異，周期越大，其應(yīng)力值也越大。這一計(jì)算結(jié)果與一般由波浪引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特性常識(shí)相符。圖5給出的是與圖4同一標(biāo)高、出現(xiàn)在同一時(shí)刻后迎浪的一條水平撐桿中點(diǎn)的應(yīng)力值。對(duì)比圖4和圖5的計(jì)算結(jié)果可以看出：在波浪周期為9 s附近時(shí)，后迎浪的水平撐桿中點(diǎn)的應(yīng)力值與先迎浪的水平撐桿中點(diǎn)的應(yīng)力值存在著較大的差異。這是由于當(dāng)波浪周期為9 s時(shí)，其波長(zhǎng)為126.5 m，而在標(biāo)高為150 m處的2條水平撐桿的距離為55.24 m，其距離比較接近波長(zhǎng)的1/2，這意味著：當(dāng)首先迎浪的一條水平撐桿處于波峰、由此波浪載荷而引起的桿件彎曲應(yīng)力處于最大值時(shí)，后迎浪的水平撐桿正處于波谷，這時(shí)候桿件所受到的彎曲應(yīng)力也最小。

4.3 同一波浪，不同浪向下平臺(tái)特征桿件的最大彎矩

導(dǎo)管架平臺(tái)在波浪載荷作用下桿件的應(yīng)力響應(yīng)主要是由作用于桿件上的彎矩而產(chǎn)生，為了觀察平臺(tái)桿件在波浪環(huán)境下的彎矩特性，圖6給出了在波高為8 m、周期為12 s的波浪環(huán)境下，平臺(tái)4～5層之間水平撐桿在不同浪向下桿件中點(diǎn)的彎矩值。由圖6的計(jì)算結(jié)果看出：當(dāng)浪向角為0°時(shí)，桿件所受的彎矩值最大，隨著浪向角的增大，桿件所受的彎矩值逐漸減小。這是由于所討論的桿件在浪向角為0°時(shí)波浪傳播方向恰好與其軸線垂直，由此而產(chǎn)生的彎矩自然也是最大。

4.4 導(dǎo)管架平臺(tái)在波浪環(huán)境下最大彎矩點(diǎn)以及相應(yīng)的強(qiáng)度分析

為說(shuō)明如何利用本文的方法評(píng)估特定平臺(tái)在波浪環(huán)境條件下平臺(tái)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)，本節(jié)給出了利用本文所提出的方法，對(duì)所討論的導(dǎo)管架平臺(tái)在波浪要素不同組合的波況條件下，通過(guò)對(duì)平臺(tái)在這些波浪環(huán)境下的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行搜索，找出可能出現(xiàn)的強(qiáng)度敏感點(diǎn)，對(duì)這些點(diǎn)的應(yīng)力狀況進(jìn)行分析，從而對(duì)平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度狀況進(jìn)行評(píng)估。

圖6 不同浪向下特定桿件中點(diǎn)的彎矩值

表2 應(yīng)力較大的五根桿件觀測(cè)點(diǎn)

表3 平臺(tái)桿件中最大應(yīng)力值及其該應(yīng)力值發(fā)生的位置

圖7 5 根應(yīng)力較大的桿件的最大彎矩值

在本節(jié)的計(jì)算中，我們對(duì)平臺(tái)在波高4～10 m、周期6～18 s、浪向0～45°波浪要素不同組合下平臺(tái)的強(qiáng)度狀況進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，搜索出在這樣的波浪環(huán)境下平臺(tái)應(yīng)力較大的如表2所示的5條桿件，通過(guò)對(duì)這些桿件的強(qiáng)度進(jìn)行分析，從而可以對(duì)平臺(tái)整體強(qiáng)度狀況進(jìn)行評(píng)估。

圖7給出了表2中5根應(yīng)力較大的桿件在波高為10 m、周期范圍為6～16 s、浪向0～45°范圍內(nèi)的最大彎矩值。根據(jù)圖中的結(jié)果可以得出以下結(jié)論：（1）在所計(jì)算的波浪周期范圍內(nèi)，平臺(tái)的最大彎矩值均出現(xiàn)在主樁1與海底相接處；（2）波浪彎矩較大的輔助桿件（水平撐桿、水平斜撐、斜撐桿）集中在接近自由表面的水平桿和斜撐桿，遠(yuǎn)離自由表面的深水輔助桿件所受的波浪彎矩較小。作者認(rèn)為，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因在于：整個(gè)平臺(tái)高度較高，主樁的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，波浪載荷作用的力臂較長(zhǎng)，因此主樁所受的彎矩要比輔助桿件要大；由于波浪效應(yīng)在接近自由表面的水域要比深水處大得多，所受的波浪載荷也比較大，因此接近自由表面的輔助桿件所受的波浪彎矩要比遠(yuǎn)離自由表面的深水輔助桿件大。

表3列出了波高為8 m和10 m兩種海況下，在不同的浪向角和不同的波浪周期下平臺(tái)桿件中最大應(yīng)力值及其該應(yīng)力值發(fā)生的桿件及其位置。由于在波高小于8 m的海況下，平臺(tái)桿件的最大應(yīng)力值較小，表3中未列出波高小于8 m的計(jì)算結(jié)果。

由表3的計(jì)算結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）在各種波浪海況下，桿件最大應(yīng)力值都集中出現(xiàn)在主樁1與海底相接處（桿件1）、接近自由表面的斜撐桿（桿件3）和水平撐桿（桿件5）中點(diǎn)這三點(diǎn)處，這是由于主樁1作為平臺(tái)的主要受力樁，它所受的波浪載荷較大，因而表現(xiàn)出較大的應(yīng)力水平；而桿件3和桿件5的高應(yīng)力則是由于這二條桿件均處于接近自由表面波浪效應(yīng)較大的區(qū)域，它們所承受的波浪載荷也較其它輔助桿件要大，因而表現(xiàn)出了較大的應(yīng)力。

（2）由于本文所討論的導(dǎo)管架平臺(tái)為一正四方形的對(duì)稱形桁架結(jié)構(gòu)，當(dāng)浪向角為0°時(shí)，相比起其它方向的波浪，此時(shí)平臺(tái)的抗彎強(qiáng)度最弱，平臺(tái)桿件所受的最大應(yīng)力將大于其他浪向角的應(yīng)力，這一點(diǎn)在表3的計(jì)算結(jié)果中得到了印證。在表3的計(jì)算結(jié)果顯示，浪向角為0°時(shí)平臺(tái)桿件所受的最大應(yīng)力比其它的工況都要大。因此，作為危險(xiǎn)工況的強(qiáng)度校核，浪向角為0°的波浪環(huán)境必須作為強(qiáng)度校核的主要工況之一。

（3）相同的波高和浪向角條件下，波高越大，桿件的應(yīng)力值也越大；在小周期波浪（波浪周期小于12 s）條件下，周期越大，平臺(tái)桿件的應(yīng)力值也越大，但是對(duì)于大周期的波浪，這一特點(diǎn)趨于不明顯。其原因與上述我們對(duì)圖4計(jì)算結(jié)果的討論相類似。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的計(jì)算方法為評(píng)估導(dǎo)管架平臺(tái)在波浪環(huán)境中整體強(qiáng)度的狀況提供了一個(gè)可供選擇的實(shí)用手段，采用這一方法，設(shè)計(jì)人員可以方便地了解在波高、周期、浪向等波浪要素不同組合的波況條件下，平臺(tái)水動(dòng)力載荷、彎矩、剪力、應(yīng)變以及內(nèi)應(yīng)力分布的整體概況、特定構(gòu)件在波浪載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本文方法所提出的計(jì)算結(jié)果對(duì)平臺(tái)在特定的波浪環(huán)境下的強(qiáng)度狀況做出判斷。

通過(guò)計(jì)算，可以看出：就本文所討論的導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)而言，在波浪載荷作用下結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn)在浪向角為0°時(shí)的主樁與海底相接處以及接近自由表面的輔助桿件中，這些敏感點(diǎn)應(yīng)該成為平臺(tái)強(qiáng)度校核的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

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