【正文】 form to achieve the purpose of vibration amplitude. From the calculation results of the analysis point of view, protection of offshore platform damping effect is quite institutions have effect. Keywords: Offshore Platform。目前降低海洋平臺振動響應的主要措施有三種 :一是通過提高海洋平臺結構的總體剛度，這樣通過硬件加固，可以提高海洋的防震性，提高海洋平臺的安全措施，不過這樣成本較高，會加重海洋平臺建設的經濟性需求；第二種方法是加強對海洋平臺結構的振動控制，不過這種措施難以應對海洋的惡劣環(huán)境，在實施過程中，也很難得到實施；第三種方法是結合上面兩種，或者采用其他方法一起綜合加固，這種方法相對安全，不過成本較高。因此如何減輕平臺在環(huán)境荷載作用下的振動日趨重要，海洋平臺的振動控制技術也成為延長平臺的疲勞壽命、提高平臺可靠性、改善平臺工作人員的舒適感的重要手段。 關鍵字：海洋平臺 海浪力 防護機構 液壓系統(tǒng) Abstract Offshore platform structure is widely used for offshore oil and gas production and operation of offshore engineering structures. Offshore platform plex, bulky and expensive。海底油氣資源儲量豐富，許多海底區(qū)域的沉積巖中蘊藏著油、氣資源。 深海礦產資源： 資源儲量估計。西經 11176。 1977 年 Frazer 采用網格計算法，計算出太平洋的可采面積為 137 萬 km2，總儲量 140 億噸。因此，如何建立安全可靠的海洋平臺防護系統(tǒng)，減輕平臺的振動，提高結構物的安全性和可靠度，延長海洋平臺的使用壽命，這將是保證海洋結構物上的作業(yè)人員的舒適感等問題已成為當務之急。 6. 計算時目標函數面臨多樣性 對海洋平臺的計算時，目標函數既有平臺重量、平臺造價、平臺抗振性能、平臺穩(wěn)定特性，還要考慮海洋平臺結構系統(tǒng)的可靠性等等，這樣在計算過程中就會造成很復雜的多樣性函數出現 。 Morison（ 1951）和他的同事通過大量試驗與理論研究，提出了世界著名的 Morison 公式，用這個公式來計算平臺樁腿波浪力，這個公式很受各國學者歡迎，并且至今一直在沿用。比如， Mortagavi， M， M 指出海浪的無規(guī)則運動固定式 海洋平臺防護 方案 的設計與建模分析 4 引起的波浪載荷是隨機的，而材料性能的分散性和材料性能測試不確定性所造成的海洋平臺結構疲勞也是隨機的，加上計算中的一些假設和簡化造成的計算結果與結構真實內力之間的誤差也是隨機的。疲勞破壞是海洋工程結構主要的失效原因之一。 啟示 海洋平臺防護系統(tǒng)建設是一個十分復雜的工程系統(tǒng)，很多的學者進行了研究，并且提出了她們的意見和建議。因此如何減輕平臺在環(huán)境荷載作用下的振動日趨重要，海洋平臺的振動控制技術也成為延長平臺的疲勞壽命、提高平臺可靠性、改善平臺工作人員的舒適感的重要手段。 海洋防護平臺的建設，必須考慮到海洋自身的惡劣環(huán)境，并且要考慮各種載荷的交互作用，以及疲勞失效等因素，盡量避免海洋平臺結構失效造成危害。 第四部分主要是海洋平臺防護系統(tǒng)的構建與建模計算，這個部分是對第三部分的充實和實證，通過這個部分，使本文更有說服力和意義。以定性分析為主，通過定量模型進行考證。因此研究海洋平臺的開發(fā)和利用具有十分重要的含義。海洋平臺的疲勞和損傷主要表現在海洋平臺裂縫尺寸不斷的擴展，嚴重時會導致整個平臺的倒垮，給人類帶來不可估量的風險和災害，因此，海洋平臺的建設必須要特別注意它的安全性，在建設過程中，要考慮到于海洋平臺的安全涉及到的各個方面，不要局限于一點。 固定式平臺 固定式 海洋平臺防護 方案 的設計與建模分析 8 1. 樁基式平臺 導管架型平臺。樁數、長度和樁徑由海底地質條件及荷載決定。導管架由導管（即立柱）和導管間的水平桿和斜桿焊接組成，鋼樁沿導管打入海底。為減小擋水面積，樁均設置在腿柱內 ,排成圓形，樁頂與腿柱焊接，空隙內灌入水泥漿，以防止薄壁腿柱發(fā)生局部壓屈，并使樁固定在腿柱下端。沉墊也可采用平板分倉的蜂窩式結構，其側表面可做成多波形或平板形。分離式基礎由于基礎面積視地質條件而定，立 柱的間距隨水深而變 ,故對地基和水深的適應性很強 ,可用于地質條件較差的場合。此外，結構的傾斜度，總沉降量及動力效應都要求不超過限值。 自升式平臺。船體平面形狀可以是三角形、矩形或五邊形，其特點是浮運方便 ,作業(yè)時穩(wěn)定性好，適用水深為 5～ 90 米。拖航時排出壓艙水，使下潛體浮在水面。纜索可豎向或斜向布置。缺點是機動性能差 ,一經下沉定位固定，則較難移位重復使用。 海洋平臺的發(fā)展概況 國外海洋平臺的發(fā)展 第一座海洋平臺于 1887年建于美國加州海岸幾英尺深的水域中，它由陸地延伸到海上的油田上，實際上是一座木質棧橋。 第一座坐底式平臺是 1949 年在墨西哥灣鉆井的“環(huán)球 40號”。這種平臺適用于惡劣海況、更大工作水深及更大鉆井深度。腿平臺近 20 座，其工作水深已接近了 1000米。海上油氣開發(fā)難度較大，風險較高，是一個高科技的工程項目，面對世界全球石油市 場的激烈競爭，我國如何采取有效的投資方式，加大對邊際油田開發(fā)和運用，將是一個十分重要和有價值的問題。 海洋平臺防護減振的意義 海洋平臺是海洋石油天然氣資源開發(fā)的基礎性設施，是海上生產作業(yè)的生活基地．海洋平臺長期處于惡劣的海洋環(huán)境中，受風、浪、流、海冰、地震等自然環(huán)境作用，由于環(huán)境荷載的重復性和惡劣性，使海洋平臺在使用過程中存在明顯持續(xù)不斷的振動問題．這種長期性的作用會造成海洋平臺的疲勞破壞、降低系統(tǒng)的可靠度，給生產、生活帶來諸多不利影響。 對于海洋平臺所面臨的各種危害性因素，我們是難以取完全把握和控制的，比如在我國海冰主要分布地區(qū)在渤海和黃海的北部。海洋平臺在各種外在因素的影響下，將會產生慣性力和拖拽力等復雜的相互作用，進而影響海洋平臺的動力響應。為了保證海洋平臺安全可靠地運行，延長平臺的疲勞壽命，因此對固定式海洋平臺防護機構研究與改進具有重大的意義。 1. 結構物的有效質量 如果結構物是很大的，移動它很困難，動力載荷對它幾乎沒有影響。amp。 2. 海洋生物質量的增加，結構物的質量在整個使用周期都在變化。 集中質量 計算出包括附連水，海洋生物等附加影響的結構物的質量分布后，使結構物理想化的 傳統(tǒng)方法是集中它的質量在很多離散點上。采用的分析方式影 響所取節(jié)點的數目和位置的選擇。雖然結構物的阻尼在形式上是粘性的，但為了易于分析起見，這樣來表示是可以的。波浪誘導的運動可以認為是屬于強迫力函數部分。 在深水中 ,簡單正弦波可用周期 T 波高 H 兩個參數來表示 : 1. 周期（ T） 波浪的周期和另外兩個要素波長 L 及波速 c 有著緊密的聯系。在表面質點的速度決定于西南石油大學碩士研究生學位論文 15 波浪周期和波高。它們在一個波浪周期中 ,必須完成一個軌道運動 ,軌道的直徑等于波高。它來自波形內水質點的速度。這樣 ,在一個有限的風區(qū)中 ,高風速無論出多長時間 ,也不能產生大浪。在波浪成長區(qū)的波，即所謂的“風浪”，它具有寬譜的特征，它是由所出現的很多頻率的波合成的結果。 這些波與短峰波可能很不相同，后者由兩列波在很寬廣的方向上傳播時形成 ，其峰僅偶然地聯成很長的峰。當海洋的水深減小到一定程度時，海洋中的波系中大波波峰處的水質點就在能維持平衡而出現破碎。 為了降低海洋結構疲勞，就必須考慮海洋環(huán)境循環(huán)載荷作用下的損傷和破壞。 第三，靜力破壞結果較明顯，在靜力破壞中，通常會有明顯的塑性變形產生；而在疲勞破壞時，很多情況下沒有特別顯著的塑性變形發(fā)生，即使在靜載下表現為韌性的材料，在交變應力作用下，也表現為無明顯塑性變形的斷裂，疲勞破壞與脆性破壞很相似，這種破壞一般事先不容易被覺察出來，這樣疲勞破壞就面臨更多、更大的危險性 。 面對海洋平臺的疲勞破壞分析，在海洋平臺的建設中，就應該考慮機器和結構上所有的應力的分析。即公式（ 34）： kiΣ Npini=1 （ 34） （其中 p代表疲勞可靠度， k 為塊譜數， Npi 為可靠度 P 下應力為 Si對應循環(huán)次數。對于海洋平臺的完整的疲勞分析原理，它應該包括疲勞應力的分析、疲勞破 壞的形式分析、抗疲勞性能的測定分析以及預計疲勞壽命的分析等等，本文設計過程中主要考慮疲勞累積損傷理論以及疲勞裂紋振動理論。在海洋環(huán)境的交變荷重作用下時，整個海洋平臺的疲勞破壞過程將是一個以構件存在的缺陷處為開始點，而光滑無缺口的結構中，一般是由于滑移產生微小裂紋，這些裂紋便是疲勞破壞的起點。海洋平臺交變載荷重復作用下材料或結構的破壞現象，就是常見的海洋平臺疲勞破壞。 通過采用防護板，可以阻擋波浪和風浪的作用力，如果風浪和波浪在破碎后射流沖擊點的最大壓力 ,實際上，在沖擊點附近還會受到一定的沖擊力 ,這個沖擊力是局部較為集中的分布力。由于涌浪波長較長，如果比較小的局地波疊加其上，可能是涌浪沒有明顯的變化。盡管單個波的存在期間較短，但涌傳播一個很長的距離仍不改變其形狀。一個測站的方位 ,它由有效的風區(qū)決定 ,在研究它對波浪的反應時 ,是一個重要的要素。這樣 ,一個波列的總能量以波速傳播。深水中 ,水質點的運動描繪出一個近似圓的軌道 ,但是沒經過一個周期 ,質點向波浪前進的方向稍微推移一點。所以高而短的波的水質點運動要比低而長的波快。 如果在深水中測量波浪周期 ,這比較容易。 海浪 動力載荷可看作是所有隨時間有明顯變化的載荷，它可以分為三類 : 1. 周期載荷 : 在某個一定的時間間隔之后 ,載荷所有的重要的特性重復出現； 2. 沖擊載荷 : 載荷僅出現一次； 3. 隨機載荷 : 載荷隨時間的變化關系不能準確描述。 有些資料上給出了一些結構物的阻尼值。如果需要更詳細的分析，可以采用計算機，考慮若干，甚至幾百個自由度。 把一個系統(tǒng)集中到離散點上，可能是動力分析最困難的任務之一。當考慮結構物的動力學問題時，必須包括這些水的質量。對于波浪和流產生的載荷，方程的右邊項分別在第四章和第五章中討論。 2. 結構物的剛度 這對于低于固有頻率的激發(fā)頻率顯得更為重要。這種裝置將海洋平臺圍在其中，并且內部應用液壓系統(tǒng)來緩沖減振，并提出根據海浪，風力，等海洋環(huán)境的情況，通過控制阻尼孔面積的 大小來達到控制海洋平臺振動的目的。因此，研究海洋平臺的防護減震設計，具有十分重要的意義。海固定式 海洋平臺防護 方案 的設計與建模分析 12 冰嚴重時會產生各種形式的災害，其中比較重要的災害之一就是對海上建筑的影響。 海洋平臺長期受各種環(huán)境因素的影響，比如海浪、風、潮汐、海冰、海流，等等因素。起初，對于混凝土平臺我國進行了研究和探討，到上個世紀七十年代末時，對混凝土平臺取得了一些寶貴的技術成果，并且現在把混凝土平臺運行到實際海洋平臺中去，混凝土結構與鋼質導管架固定平臺相比，施工時間較短，防火性能較好，并且具有超強的抗海水腐蝕、抗疲勞、抗各種事故破壞能力，維修費用也低，受到各國的青睞，使用時也獲得 了很好的經濟效益。從 1966年在渤海灣水深 到現在，有幾十座海洋平臺先后建成在渤海灣進行鉆井和采油工作，其主要是鋼質導管架固定式平臺，也有錐體沉箱式和浮式生產儲油系統(tǒng)。 1973 年，北海 Ekofisk 油田建設了第一座海上混凝土儲油平臺。1963 年美國建成的“環(huán)球 54 號，工作水深達 53米。限于當時的科技條件，平臺的發(fā)展極為 緩慢。從設計理論和建造技術來衡量，它都是一種最成熟和最通用的平臺型式。施工時整座平臺在工廠建造，工作地點定位，適用于開采周期較短的深水井小型油田。它既可在 10～ 600 米深的海域工作 ,又能較好地適應惡劣的海況，但其經濟水深一般為 100～ 300 米。 3. 浮動式平臺 鉆井船。作業(yè)時平臺被樁腿支撐并抬升到海面以上。最早的活動平臺采用鉆井駁船。施工程序是；在干塢中建造基礎下部，至預定高度后向干塢中灌水，把已建成的基礎下部連同起重設備一起浮運至能避風浪的深水區(qū)，并牢牢系泊，繼續(xù)建造基礎的上部及立柱，直至混凝土工程全部完成，再向基礎內部灌水，使平臺下沉，然后將預制的平臺甲板構件用駁船運到立柱上，使基礎排水，稍稍起浮，直至立柱恰好頂在平臺甲板的預定位置。 鋼重力式平臺。在自然條件惡劣的深水區(qū)，目前多采用導管架和塔架的組合方式。若樁的承載能力不能滿足要求時，可在立柱之間和角立柱的周圍增設鋼樁。在冰塊飄流的海區(qū)，應盡量在水線區(qū)域（潮差段）減少或不設支撐，以免冰塊堆積。由上部結構（即平臺甲板）和基礎結構組成。 海洋平臺的分類 海洋蘊涵如此豐富的資源，如何將其開發(fā)出來供人類所用，就成為了各國尤其是沿海國家的重要課題。海洋平臺、海洋工程主要是以海洋科學為基礎，主要是用來開發(fā)和利用海洋各種資源，建立的一系列工程結構物，以及為完成這一任務所需的技術和儀器設備。海洋工程的啟動和研發(fā)則是以海洋科學為基礎的。