[01395331]新型抗振海洋平台的抗振性能分析及结构参数优化研究

为解决固定式海洋平台向深水发展所面临的载荷增大、制造和运输费用增加、桩腿承载不均匀以及在恶劣环境载荷作用下产生剧烈振动等问题,将陆地高层建筑上应用的巨型框架理论引入海洋平台设计中,设计了一种新型巨型框架抗振海洋平台,并对其抗振性能进行了研究。 1、巨型框架抗振海洋平台的构建及参数优化研究。依据多载荷作用下的拓扑优化结果,结合巨型框架构造理论,以传统导管架平台为基础构建新型巨型框架抗振海洋平台。利用正交优化理论对影响抗振海洋平台特性的因素进行深入分析,得到各因素对平台影响的重要性程度和平台最优结构参数。新平台与传统导管架海洋平台相比,重量减小22.94%,桩腿承载均匀性提高35.67%,焊接长度减少45.86%。巨型框架平台的 设计,对固定式平台向深水发展面临的技术难题提供了新的解决途径。 2、巨型框架平台波浪载荷计算及影响因素分析。合理设置巨型柱直径、巨型梁构成管件直径和位置,可以在保证性能的情况下,有效减小平台所承受的波浪载荷。考虑巨型梁组成杆件对波浪载荷的影响,在进行波浪载荷计算时,巨型梁安装位置的巨型柱直径采用当量直径计算,形成不同位置直径不同的“串”形圆柱模型。研究得到的当量直径换算表和计算方程可为巨型框架平台设计和工程应用提供理论基础和技术支持。 3、新型阻尼器设计及耗能机理研究。自反馈摩擦阻尼器阻尼力随振动位移增加而增大。与传统摩擦阻尼器相比,输出阻尼力增大45%以上。新阻尼器可以利用被控结构振动位移信号进行阻尼力反馈控制,实现振动的半主动控制。结合外部控制油源可实现阻尼器主动控制。利用外控油源构造带液控锁的摩擦阻尼器,从而使海洋平台利用内部质量体进行振动控制成为可能。 4、组合抗振体系构建及减振机理研究。为控制恶劣载荷下平台的振动,构建了集巨型框架平台抗振和内部调频质量阻尼器减振于一体的组合抗振体系。平台的巨型框架结构可有效的抵抗各种载荷。平台上的设备、装置等利用弹簧、液控锁阻尼器连接在主框架上,形成相对独立的“果式”次结构。正常工况下,阻尼器消耗次结构产生的振动能量,避免向平台主体传递。在地震、飓风等恶劣载荷作用下,打开阻尼器的液控锁,使选定的次结构形成内部减振系统进行振动控制,消耗平台振动的能量,最大限度的保护平台。 5、相关理论及应用基础问题研究,发表论文23篇,其中SCI收录1篇,EI收录20篇。相关研究成果形成了自主知识产权。获得2项国家发明专利、4项实用新型专利授权。新申请发明专利1项,已经进入实质审查阶段。 6、利用巨型框架抗振理论对中海油正在服役的海洋平台进行了抗振改造。将刚度薄弱的平台甲板横梁与主梁联结、用立柱和斜撑将上下两层甲板联结,构成巨型梁抗振结构。平台局部刚度得到了加强,整体刚度进行了重新分配,与所承载载荷相匹配。工程实施后的现场复测数据表明,减振措施取得了比较好的振动控制效果。该减振方法的成功实施,取得了3.86亿元人民币的经济效益和不可估量的社会效益。