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对于目前正在很火的这 个蒙特卡罗在 线 平 台到底是个什么样子呢？
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老品拍→直营每天超过上万人出入没有一笔错款公司名称：澳们信普京 &外文名称：Grand Lisboa Hotel Macau星级：五星级对于无线网络经常掉线的问题我们现在来进行一下总结。那么这里就让我们详细看看具体的内容吧。首先我们看看混合网络中出现掉线的相关问题吧。希望这些总结对大家能够有所帮助。无线网络经常掉线1：混合无线网络经常掉线故障现象：使用Linksys WPC54G网卡和Linksys WRT54G AP构建无线局域网，它们使用的都是IEEE 802.11g协议，网络中还存在少数802.11b网卡。当使用WRT54G进行54Mb/s连接时经常掉线。故障分析：从理论上说，IEEE 802.11g协议是向下兼容802.11b协议的，使用这两种协议的设备可以同时连接至使用IEEE 802.11g协议的AP。但是，从实际经验来看，只要网络中存在使用IEEE 802.11b协议的网卡，那麽整个网络的连接速度就会降至11Mb/s(IEEE 802.11b协议的传输速度)。故障解决：在混用IEEE 802.11b和IEEE 802.11g无线设备时，一定要把无线AP设置成混合(MIXED)模式，使用这种模式，就可以同时兼容IEEE 802.11b和802.11g两种模式。无线网络经常掉线2：无线客户端接收不到信号故障现象：构建无线局域网之后，发现客户端接收不到无线AP的信号。无线网络没有信号。
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渤海湾浅海海洋平台动力分析及优化设计
中图分类号：ＴＥ９５单位代码：１０４２５ 学 号：Ｓ０８０６０７８１◎寸阂石油六学 硕±学位论文Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｍａｓｔｅｒ Ｄｅｇｒｅｅ Ｔｈｅｓｉｓ渤海湾浅海海洋平台动力分析及优化设计‘。’‘‘ａｎａｌ）＂ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｏ ＯｌｌＳｌｌｏｒｅ ｃｉｍａｎｙＤｅｒｏｈｓｆｆ０ ａｎａｌｙｓｍｓ ａｎ ｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎ Ｂｏｈａｉ Ｂａｙ学科专业：结构工程 研究方向：钢结构工程作者姓名：杨凤军 指导教师：颜庆智副教授二。一一年五月Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：Ｙａｎｇ ＦｅｎｇｊＩｌｌｌＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＹａｎＱｉｎｇｚｈｉＣｏｌｌｅｇｅ ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｓｔｏｒａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（ＥａｓｔＣｈｉｎａ）成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学（华东）或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：轻！塾圣日期：沙１１年岁月；Ｉ１９学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学（华东）有权使用本学位论文（包括但不限于其印 刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机 构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论 指导教日期：仞』１年箩月弓／１９日期：训ｌｆ年ｇ－月弓Ｊ１９摘要作为海上油气田开发的重要设施，海洋平台起着举足轻重的作用。由于海洋环境十 分恶劣，环境海风、波浪、洋流、地震等环境动力荷载与作用都会影响海洋平台的安全。 渤海湾地区属于温带季风气候，冬季有结冰现象，并且我国处于世界两大地震带交叉处 地震活动地带，作为随机过程的巨大冰荷载与地震作用更是对海洋平台的安全造成巨大 的威胁。采用静力法对海洋平台进行分析设计，不能充分考虑平台在动力作用下的不利 放大响应，存在一定的缺陷，我国多个平台在冰撞击或地震作用下发生破坏。本文基于 渤海湾浅海海洋平台在动力环境荷载作用下的动态响应进行分析，建立合理的海洋平台 有限元模型，根据我国海洋平台相关规范及渤海湾环境条件，选择相应的荷载计算理论， 分析海洋平台在各种荷载工况下的受力情况；利用有限元软件模拟海洋平台结构，通过 ＡＰＤＬ语言分析海洋平台在各种工况下的动力响应，寻找出最不利荷载工况组合；通过 ＡＮＳＹＳ的优化模块及可靠度分析模块，对海洋平台可靠度进行分析，并且对结构进行 优化设计和优化方法探讨。 关键词：海洋平台，冰荷载，荷载分析，动态响应，优化设计，可靠度ｐｌａｔｆｏｒｍｓ．Ｂｏｈａｉ Ｂａｙ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｅ ｃｌｉｍａｔｅｓ ｒｅｇｉｏｎｓ ｗｉｔｈａｎｄ Ｃｈｉｎａ ｉｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ’Ｓ ｔｗｏｗｉｎｔｅｒｉｃｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，ｍａｊｏｒｓｅｉｓｍｉｃ ｚｏｎｅｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｇｒｅａｔ ｉｃｅｔｏｌｏａｄｓ埘ｍｒａｎｄｏｍ ａｎｄ ｓｅｉｓｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｂｒｉｎｇａｔｒｅｍｅｎｄｏｕｓ ｔｈｒｅａｔｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ．Ｔｈｅａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂＹ ｓｔａｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅＣａｎｎｏｔｂｅ ａｄｅｑｕａｔｅｌｙ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅｏｒｐｌａｔｆｏｒｍｓｗｅｒｅａｒｅ ａｓｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｃｅａｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｉｍｐａｃｔ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓｆｏｌｌｏｗｓ：Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｒａｔｉｏｎａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｎ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅｔｏａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｌｏａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｂｏｈａｉ Ｂａｙｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｕｓｅ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ ａｎｄｉｎａｔｏａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅｓｐｌａｔｆｏｒｍｓＦＥＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｔｕｂｅ ｌｅｇｓｃａｓｅｓｂｙ ＰＩＰＥ５９ｅｌｅｍｅｎｔ，ａｎｄｆｍｄｏｕｔｔｈｅ ｍｏｓｔ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏａｄ ｉｎａｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ Ｕｓｅ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｖａｒｉｅｔｙ ｏｆｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｂｙｔｈｅ ｌａｎｇｕａｇｅ ｏｆ ＡＰＤＬ．ｏｎｌａｎｇｕａｇｅｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ ａｎｄａｎａｌｙｚｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍｓｂｅｆｏｒｅａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｔｈｅＡＮＳＹＳ，ａｎｄｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｎｏｒｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｉｃｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｌｏａｄ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，第一章绪论…………………………………．…………………………．．１ １．１研究背景及意义………………………………………………………１ １．２海洋平台的发展状况…………………………………………………．．２１．２．１国外的发展历程………………………………………………２１．２．２国内的发展历程………………………………………………３ １．３海洋平台的分类………………………………………………………４ １．４结构优化设计的发展…………………………………………………．．４ １．５本文研究的内容………………………………………………………６ 第二章结构优化的基本原理及方法…………………………………………．．７ ２．１结构优化中的基本概念…………………………………………………７ ２．２结构优化算法简介……………………………………………………．８ ２．２．１无约束优化计算方法……………………………………………８ ２．２．２约束优化计算方法……………………………………………．．９ ２．２．３现代优化计算方法……………………………………………．１０ ２．３基于可靠度优化理论…………………………………………………．１４ ２．３．１结构可靠度的基本理论…………………………………………１４ ２．３．２可靠度的计算方法……………………………………………．１５ ２．３．３基于可靠度的优化设计…………………………………………１６ 第三章海洋平台环境荷载与作用分析…………………………………………．１７ ３．１海洋风荷载…………………………………………………………１７ ３．１．１设计风速的确定……………………………………………．．１７ ３．１．２风荷载……………………………………………………．１８ ３．２波浪荷载…………………………………………………………．．２０ ３．２．１波浪要素…………………………………………………．．２０ ３．２．２波浪理论…………………………………………………．．２０ ３．２．３波浪力……………………………………………………．２１３．３海流荷载……………………………………………………一．．２３３．３．１流速………………………………………………………２３ ３．３．２海流力……………………………………………………．２４ ３．４冰荷载……………………………………………………………．２４ ３．５地震作用…………………………………………………………．．２６ ３．５．１地震作用…………………………………………………．．２６４．５环境荷载作用下的平台响应分析…………………………………………………………………４２第五章导管架海洋平台结构优化及可靠性分析…………………………………．．４７５．１基于ＡＮＳＹＳ的优化分析…………………………………………………………………………４７ ５．２导管架平台截面优化模型………………………………………………………………………。４８ ５．３海洋平台结构优化分析过程与结果……………………………………………………………。５０ ５．４基于ＡＮＳＹＳ的平台可靠性分析…………………………………………………………………５２ ５．５海洋平台结构可靠性分析过程与结果……………………………………………………………５３结论与展望………………………………………………………………．５６ １．结论………………………………………………………………．５６ ２．展望………………………………………………………………．５６ 参考文献…………………………………………………………………５８ 攻读硕士学位期间取得的学术成果……………………………………………．．６１致谢…………………………………………………………………６２随着经济的发展，人们对能源的需求日益增加；然而一系列的诸如伊拉克、伊朗、 利比亚问题的国际争端，使得人们越加重视对能源的开发、利用和储备。世界石油资源 主要分布在北非及西非几内亚湾、中东地区、东欧及前苏联等国家和地区，其中波斯湾 及墨西哥湾两大油区和北非油田集中了世界５１．３％的储量；我国仅占不到世界４％的份 额，而我国石油资源集中分布在渤海湾、东海大陆架、柴达木等八大盆地，约占全国总 量的８１．１３％。随着我国大庆、胜利等油田等对陆地石油资源的开发利用造成陆地资源 的枯竭，不得不对海洋石油进行开发探索。我国拥有漫长的海岸线，预测石油储量达２５０ 亿吨以上，丰富的海洋资源给我国经济发展带来了巨大的潜力，但由于海洋环境的特殊 性，也同样带来了挑战。 海洋平台（Ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ）是高出海面且具有水平台面的一种空间桁架构筑物， 为海洋油气开发提供生活与工作的场所，并为海底管道、海洋太阳能资源、海洋空间利 用提供可能，海洋平台的设计、施工、维护等在海洋油气开发中举足轻重。海洋平台设 计是一个技术要求较高，多专业相互协作的过程，要求设计人员既要有较强的专业技术， 又必须有坚定的团队协作精神。因为海洋平台在我国起步较晚与欧美其他国家，海洋工 程技术力量薄弱，其发展制约了我国对海洋油气的开发。 我国海域处于太平洋沿岸，海洋环境较为复杂，渤海湾为温带气候，冬季海水结冰 成为海洋平台设计的一个重要考虑因素。此外我国海域处于环太平洋及喜马拉雅地震 带，属于地震易发地区，破坏地震一旦发生，将带来不可挽回的损失，同样会带来严重 的环境污染。海洋平台结构复杂，造价较高，施工难度大，其设计施工等均不同于陆地 构筑物。因此，我国海洋平台在设计中要充分考虑环境荷载与作用，否则会带来严重的 后果，如因为未充分考虑海冰作用，１９６９年渤海二号平台被海冰推倒，１９７７年渤海四 号平台毁于海冰作用；２０１０年９月７日中国石化胜利油田三号平台在渤海湾浅海作业中 受热带风暴影响而导致平台发生倾斜的重大事故，均造成较为严重的经济损失与政治影响。油公司（ＳｔａｎｄａｒｄＯｉｌ ＣｏｍｐａｎｙｏｆＣａｌｉｆｏｒｎｉａ）建造了一条用绷绳的水上平台，命名为卡莫隆（Ｃａｍｅｒｏｎ）号，用在路易斯安那州的墨西哥湾离克罩奥尔镇海岸３０００英尺水深 １２英尺处打了一口干井。从１９４７年在墨西哥Ｃｏｕｉｓｓａｎａ ６米海域处开始钢制海洋平台 的建造Ｉ列。 二战后，１９４５年８月，路易斯安那州招标第一批海上石油租借地，马格诺利亚 （Ｍａｇｒｌｏｌｉａ）石油公司捷足先登，在离岸６英里处用３３８根木桩和５２根工字钢建造了 一座固定式钻井平台，其适用水深大、适应力强的特点逐渐取代原来的木质品平台。后 来法国人提出一种在平底驳船上设几根可以升降的支腿，船在航行时支腿升起，就位后 支腿下落插入海底，把船体顶升到浪峰以上的方案，即以后的自升式钻井平台。随着技 术的提高和大型浮吊设备的出现，平台开始向３００米以上的海域进军。 １９５５年，美国扎帕塔外海公司接受德龙设计的自升式装置改用电动机来驱动升降装 置；扎帕塔?斯考品（Ｚａｐａｔａ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ）号钻井平台采用三条桁架式支腿，用单独的电 动机通过支腿上的齿条来驱动，使支腿上下升降，其为自升式钻井平台的原型。１９８８年 由壳牌（Ｓｈｅｌｌ）公司在墨西哥湾建造的总高度为４１６米，桩长达１６４米，总重３７５ｎ屯的 Ｂｕｌｌｗｉｎｋｌｅ的导管架平台。 ６０年代以后，随着勘探日益向较深的海域发展，半潜式钻井装置得到了广泛应用。 １９世纪７０年代由于石油价格的变动，使得适用于３０米深的坐底式平台得到了长足的发 展，在同一时期，混凝土重力式平台由于混凝土防火性能好、耐腐蚀、抗疲劳、后期维 修费用少等有点也得到了较好的发展。而张力腿平台由于具有较大柔性而自振周期较 大，使得波浪作用较小，一般用于深海作业达１０００米以上。１９９１年由美国圣菲公的设计， 新加坡的莱文斯顿造船公司建造的加莱克斯Ｉ型平台，大概是当时世界最大的自升式钻 井平台。１９９４年在北海油田挪威海域建造的Ｅｕｒｏｐｉｐｅ １６／１１Ｅ的桶形基础固定式平台以底 部桶为基础，改变了固定式平台的传统结构形式和施工方法。海洋平台逐渐应用于海上 石油钻井、海上起重、海上打桩、海上工厂等，为开发海上能源、空间资源等带来了巨２中国石油大学（华东）硕士学位论文大的便利【３１。表１－１世界主要海洋平台Ｔａｂｌｅｌ－１ Ｔｈｅｍａｊｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ所属公司 康菲（ＣｏｎｏｃｏＰｈｉｌｌｉｐｓ） 康菲（ＣｏｎｏｃｏＰｈｉｌｌｉｐｓ） 壳牌（Ｓｈｅｌｌ） 壳牌（Ｓｈｅｌｌ） 壳牌（Ｓｈｅｌｌ） 优尼科（Ｕｎｏｃａｌ） 壳牌（Ｓｈｅｌｌ） 英国石油集团公司（Ｂｐ） 壳牌（Ｓｈｅｌｌ） 科尔．麦吉（Ｋｅｒｒ－ＭｃＧｅｅ） 雪夫荣德士活（ＣｈｅｖｒｏｎＴｅｘａｃｏ） 埃克森美孚（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ） 科尔．麦吉（Ｋｅｒｒ－ＭｃＧｅｅ） 墨菲（Ｍｕｒｐｈｙ） 科尔．麦吉（Ｋｅｒｒ－ＭｃＧｅｅ） 英国石油集团公司（Ｂｐ） 英国石油集团公司（Ｂｐ） 科尔．麦吉（Ｋｅｒｒ－ＭｃＧｅｅ） 英国石油集团公司（Ｂｐ） １．２．２平台名称Ｈｕｔｔｏｎ平台类型 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 张力腿平台 传统平台 传统平台 传统平台 导管架平台 导管架平台 导管架平台 导管架平台 导管架平台 导管架平台 导管架平台建造时间１９８４Ｊｏｉｅｔ１９８９ １９９４ １９９６ＡｕｇｅｒＭａｒｓＢｒｕｔｕｓ Ｗｅｓｔ Ｓｅｎｏ２００１２００３Ｒａｍ／Ｐｏｗｅｌｌ１９９７ＭａｒｌｉｎＵｒａｓ１９９９１９９９Ｎｅｐｔｕｎｅ１９９６ １９９８ＧｅｎｅｓｉｓＨｏｏｖｅｒ Ｄｉａｎａ２０００Ｎａｎｓｅｎ２００１Ｍｅｄｕｓａ２００２ＢｏｏｍｖａｎｇＨｏｒｒｌ２００２Ｍｏｕｎｔａｉｎ２００２２００３Ｈ【ｏｌｓｔｅｉｎ Ｇｕｎｎｉｓｏｎ２００４ＭａｄＤｏｇ２００５国内的发展历程 我国辽阔的浅海海域，蕴藏着丰富的资源，为我国固定式导管架海洋平台的发展提供了可能与动力，有利于海洋平台的发展。 我国的第一台自制“浮筒式’’钻井装置，由茂名石油公司与１９６５年研制成功，其 水平远落后于西方国家。从１９６６年我国第一座安装在渤海湾的固定式导管架平台算起，第一章绪论仅有四十多年的历史。１９７９年建成并投入使用的“胜利一号＂坐底式平台是我国设计制 造的第一个坐底式平台。１９８６年渤海石油公司为南海涸１０．３号油田成功制造了井口导 管架平台。１９８５年大连造船厂按照国际标准生产平台模块。２００６年我国自主设计建造 的番禹３０．１导管架平台为亚洲最大的海上导管架平台，高度达２１３米，设计水深２００ 米【４】。虽然我国的海洋平台在某些方面已经达到了国际先进水平，但许多平台均为与发 达国家合作完成，与发达国家相比还存在较大的差距。１．３海洋平台的分类海洋平台根据作业深度的不同，可以有不同的结构形式，如固定式平台、移动式平台和系泊式平台，其中固定式平台主要用于５００米以上的深水作业，其中由圆形导管架 与横向连接组成的导管架承受竖向及水平作用的导管架平台是最为常见的结构形式并 为我国近海采油主要发展的对象１５１。刚性支撑 固定式平台刚性支撑 海洋平台｛三要攀兰兰 ｛二二三二二平台移动式平台｛二二二 ｛二二二二二图１－１海洋平台分类４｛二二：二二Ｆｉｇｌ一１ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ１．４结构优化设计的发展平台优化设计主要涉及三个层次：按照选型优化设计、结构优化设计和可靠性优化设计的顺序级别、收益及难度依次加增。结构优化设计是上世纪六十年代开始兴起的一中国石油大学（华东）硕十学位论文门新的学科，是指给定的结构物在满足基本使用功能与安全可靠性条件下，利用数学方 法在所有可能的设计方案中，寻找出一种或者几种既能满足预定目标，又能达到令人满 意的结果。１９６９年Ｎ．Ａ．Ｋｈａｃｈａｕｒｉａｎ指出结构设计的目的在于根据一组预定的需要和公 认的价值，建立一个处于最优形态的结构而不是绝对的安全的结构。 结构优化设计中早期采用的是基于直觉的如满应力准则法和满应变准则法。早在十 七世纪，人们就提出最速下降法（梯度法）（Ｃａｕｃｈｙ）、牛顿法（Ｎｅｗｔｏｎ）和拉格朗日乘 子法（Ｌａｇｒａｎｇｅ）等函数或泛函极值求解的方法，奠定了优化设计方法的基础。十九世 纪四十年代，苏联康特罗维奇开始借助于数学的规范论文的研究１６Ｊ。但由于问题的复杂 性，直至２０世纪５０年代由于电子计算机的发展才有较大的进展，六十年代初有限元法 与数学规划法的引入，前者解决了复杂结构的分析而后者则优化设计作为非线性规划的 命题，给予了结构约束以莫大动力［７１。 对于约束问题，１９５６年Ｍ．Ｆｒａｎｋ和ＥＷｏｌｆｅ提出采用序列线性规划法求解目标函数； 与此同时期Ｒ．Ｈｏｏｋｅ与Ｔ．Ａ．Ｊｅｅｖｅｓ提出的模式搜索法，Ｍ．Ｊ．Ｄ．Ｐｏｗｅｌｌ提出的共扼方向法， Ｗ．Ｃ．Ｄａｖｉｄｏｎ提出的变尺度法等主要用于无约束问题；而由Ｈ．Ｗ．Ｋｕｈｎ和Ａ．Ｗ．Ｔｕｃｋｅｒ 推导的最优点奠定了非线性有约束优化问题；Ｒ．Ｂｅｌｌｍａｎ提出的最优性原理与动态规划 与Ｃ．Ｚｅｎｅｒ和Ｒ．Ｊ．Ｄｕｆｆｉｎ等提出的几何规划法，奠定了包含时间的优化问题【８】。Ｗ．Ｐｒａｇｅｒ 和Ｖ．Ｂ．Ｖｅｎｋａｙｙａ利用数学规划理论对最优准则法进行了发展，意味着现代结构优化设计的开矧９１。但是数学规划法求解效率低而且求解问题规模受到了限制。直到２０世纪七十年代，由Ｆｌｃｕｒｙ和Ｓｃｈｍｉ提出数学规划法和优化准则法相统一的概念，把非线性问题转 化为显性约束问题进行求解，再把目标函数显性化，进而转化为线性规划问题，此方法 用于桁架假面优化较为方便【ｌ ０１。我国在这方面的研究开展比较晚，五十年代才开始研究 与应用，７０年代得到发展。基于可靠性（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）的可靠性结构优化设计是近二十 年出现的一种新的优化设计方法，结合了可靠性理论和数学规划方法，寻求各参数在随 机分布状态下的概率分布最优化设计，Ｌｕｏ和Ｇｒａｎｄｈｉ运用此进行桁架和机翼的最优化 设计ｆｌｌ】。 一．对于不同层次的优化问可以选用不同的优化算法，按照理论基础可以划分为数学规 划法、最有准则法和仿生学法等方法，优化设计方法大致分为解析法和数值计算法。一 般来说构件的经济性取决于材料与加工费用，应考虑加工、处理、连接与维修的可行性。 但针对整体结构则为满足一定约束条件下考虑整个结构的重量最轻，其是一综合性和实 用性很强的理论和技术。第一章绪论与其他领域相比，结构优化用于海洋平台的时间及工程均较少。１９７７年Ｃｈｏｕ基于 评估风浪对一座四桩平台的优化以减弱动力响应【１２１。Ａｋａｇｉ和Ｉｔｏ基于二次规划对半潜 式平台进行优化以活得最小波动响应谱ｉ１３１。Ｒｕｌｅ通过整体响应面法对桁架平台进行针对 最小制造成本的优化，并与传统的Ｐｏｗｅｒｌｌ等法向进行比较１１４】。杨树耕等结合遗传算法， 将解除边界条件简化为弹簧单元，在满足一定可靠度的要求下进行结构尺寸优化【１５】。１．５本文研究的内容渤海湾海域环境较为恶劣，海洋平台建设投资较大，能否经济有效的建设将为社会带来较大的影响。鉴于此对平台结构优化有着较为深远的经济效益。本文主要在以下几 个方面进行探索和研究： １．研究对比结构优化设计的基本原理及基本算法，包括有约束优化算法、无约束 优化算法及现代优化算法。通过分析对比，本文选用在满足一定可靠度的要求下对海洋 平台进行优化设计。 ２．收集分析渤海湾海域环境条件及所选择海洋平台的主要用途，针对环境条件及 海洋平台的特点，确定在对平台分析中选用适合的算法及各种参数。 ３．建立某渤海湾浅海海洋平台的有限元模型，考虑各种极限环境及正常工作状态 的合理及可能工况，结合结构的自振频率为约束条件，利用ＡＮＳＹＳ荷载组合分析平台 在各种工况下的动力响应，找出最不利控制工况。在建模与计算过程中，考虑平台设计 与建造规范、规程的要求。 ４．满足一定的可靠度下，对本平台进行结构优化设计，通过对几个参数的调整， 使得本平台在满足工程可靠度要求下进行优化设计。６中国石油大学（华东）硕上学位论文第二章结构优化的基本原理及方法结构优化设计（Ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ）与传统的结构设计类似，采用相同的基本理论、公 式、规范及设计过程，但是相对于没有衡量标准的安全性及经济性的传统设计方法，优 化设计有一个明确的特定指标（如重量最轻、工程造价最低等）来说明结构的经济性与 安全ＪＩ生【１６】。２．１结构优化中的基本概念根据结构设计的内容可以选择诸如构件尺寸等几何参数，总重量等物理量，也可以选择代表工作性能的导出量诸如构件的截面尺寸、结构的形状布置函数、结构材料的力 学或物理特性参数。这些参数有的是在设计中事先给定的即设计常量，另外一些作为设 计变量在设计中选取，并在优化设计中不断的修改和调整，用向量表示为： Ｘ＝Ｉｘ，，Ｘ扩…．．，％，７’ 称为设计变量向量，由Ⅳ个设计变量为坐标所形成的实空间为设计空间【１７】。 一般在优化过程中，会选择一个或者几个参数作为优化对象，从而使设计达到追求 目标，最常用的是结构的重量，也有体积、变形、加速度、造价等作为设计变量的目标 函数【１８】，可以表示为：（２－１）倒＝ｆ（ｘ』，为，．．…．，％／》（２－２）当仅存在一个优化对象时的问题为单目标优化设计问题；当存在两个及以上的优化 对象时的问题为多目标函数优化问题。目标函数与设计变量之间可以用曲线或者曲面表 示，曲线或者曲面的维数为玎．，维，优化设计就是以目标函数为标准，找出这个函数的 极值。 在进行优化设计中，对于在各种规范规程、加工、施工或设计者意图等过程中，设 计变量五（ｆ＝Ｊ，２，……，１１）的取值一般要受到各种条件的约束，即为约束条件或设计约 束，比如构件高度、厚度、屈服强度等限制，可以用一个确定性的数来约束的显约束； 一些诸如变形、稳定等与设计变量没有直接关系的隐约束。约束条件又可以表示成等式 约束和不等式约束。用数学表达式可以写作：牌婶绷待Ｌ毛…Ｐ／＝Ｊ，２’…一ｑ（２．３）【ｈｊ（ｘ）＝０…。ｘ＝｛Ｘｉ）满足约束条件：（ｉ＝１，２，．．…，１１）（２―４）雕ｘ？如并使目标函数：【ｈｊ（ｘ）＝０扛以…?Ｐ（２－５）／＝，，ｚ…一ｑｍｉｎ刷或者ｍａｘ ｆｉｘ）（２－６）最优化一般可以划分为：无约束与有约束的最优化问题；确定性与不确定性的最优 化问题；线性与分线性的最优化问题；静态与动态最优化问题和网络最优化问题。 结构优化设计的基本方法与步骤： ｌ、建立数学模型，将优化设计问题转化为数学规划问题；选择设计变量，建立目 标函数，确定约束条件。 ２、选择最优化设计计算方法； ３、按照算法编写迭代程序； ４、利用计算机选出最优设计方案； ５、对优选出的设计方案进行分析判断，是否满足约束条件。 具体分析过程可见图２．１。２．２结构优化算法简介用于结构优化的数学模型算法即求解最优目标函数所采用的搜索机制和计算规则称为优化算法，恰当的算法能有效减少迭代次数，提高优化速度并能保证结构优化的稳 定性。２．２．１无约束优化计算方法 无约束的优化问题为最基本的优化算法【１９１，一般形式为 ｍｉｎｆＣｘ）Ｘ∈Ｒ”（２－７）无约束优化问题在工程中很少出现，但是可以解决一少部分的工程问题；可以帮助求解中国石油大学（华东）硕一Ｉ：学位论文有约束问题，约束问题可以转化为若干个无约束问题进行求解。对于无约束的求解问题 也是把求解函数极值问题变成求解方程ＶＦ＝０（２．８）的问题。也即是堡：０（ｆ＝１∥２．．．”）叙：（２．８）图２－１结构优化设计框图Ｆｉ９２－１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ由于无约束问题一般很难用解析法进行求解，所以一般采用数值法。无约束优化根 据是否去求解偏导数可以分为梯度算法和非梯度算法，一般前者比后者计算效率高、求 解维数高，其中需要求解目标函数的一阶导数的为一阶方法，如梯度法变尺度法等；需 要求解二阶导数的为二阶方法诸如牛顿法等。常用的无约束优化方法见表２．１。２．２．２约束优化计算方法 在结构优化设计中，大多数工程优化均为有约束优化问题，其数学模型为；ｍｉｎ／（ｘ）ｇ。（ｘ）≤０ｘ∈Ｒ”ｓ．ｔ．”＝１，２，…，ｍ９第二章结构优化的基本原理及方法办。（ｘ）＝０Ｖ＝１，２，…，Ｐ＜刀其求解方法一般为可以转化为一系列无约束优化问题来求解的间接解法和在满足约束 的可行域内直接搜索最优解的直接解法等。间接解法将约束优化问题转化为一系列无约 束优化问题求解，如惩罚函数法等；直接解法是在可行域内直接搜索问题最优解，如随 即方向搜索法、梯度投影法等，常用的有约束优化方法见表２．２。表２－１常用的无约束优化设计方法的特点及应用范围Ｔａｂｌｅ２－１ Ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｕｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ优化方法特点及应用范围 进退法找到区间后，一般采用二次插值法，算法成熟，收敛也较快，收敛稳定只一维搜索法是收敛纬度较量大，如ｏ．６１８法需求目标函数的二阶偏导数及其逆矩阵，计算量大（计算量与存储量都与维数ｎ 牛顿法 的平方成上Ｅ比）且要求初始点在极点附近，优点是收敛快。需求目标函数的一阶偏导数，程序简单。远离极小点时，收敛很快。但接近极小梯度法 点时，收敛很慢：很少单独使用。 不需要求导数，只需计算目标函数值，只用于中小型问题。是在坐标轮换法、共 鲍威尔法轭方向法基础上的改进算法，是一种较为有效的算法，但对于多维问题收敛速度较慢需求目标函数的一阶偏导数，计算量和存储量大，收敛较快，对初始点无特殊要 变尺度法求。用ＢＦＧＳ法有较好的数值稳定性，适用于大中型问题。 将一个多维无约束问题转化为一系列沿坐标方向的一维最优化问题求解，可以应 坐标轮换法●用于较为复杂甚至没有明确表达式问题的求解 单纯形是指在ｎ维空间中具有ｎ＋１个顶点的多面体。利用顶点计算器函数值，从单形替换法而确定有利搜索的方向和补偿，并找出较好点替代较差点，从而不断的替换，直 至找到最优点。本方法不必计算导数，较为方便。２．２．３现代优化计算方法 出现于２０世纪８０年代的启发式算法，不同于常规的确定性优化算法，其在求解高非线性、多约束、多极值方便的高效性，使其获得迅猛的发展，并逐渐变成解决复杂问 题的有力工具，即所谓的现代优化计算方法。它通过揭示和模拟自然现象和过程，综合 利用数学、物理学、人工智能、神经科学等所构造的算法，称为现代启发式算法或智能１０中国石油大学（华东）硕士学位论文优化算法【２０１。表２．２常用的有约束优化设计方法的特点及应用范围Ｔａｂｌｅ２―２ Ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ优化方法特点及应用范围在无约束坐标轮换法的基础上，加上由约束条件构成的可行性逻辑判断，保证约束坐标搜索点在可行域内，从而求得最优解。本方法采用加速步长，简单、明了、便轮滑法 于设计者掌握，但是收敛速度很慢其至会出现死结，出现伪最优。 指在可行域内随机产生的可行方向中选择一个下降最快方向进行搜索，重复若 约束随机干系迭代计算直至找到最优解。本方法对目标函数无特殊要求，程序简单操作方向法方便，收敛速度较快，但是只能求得近似局部最优解。 属于直接解法，对目标函数及约束函数的性状均无要求，适应性较强。在可行复合域内构造具有ｋ（大于维数）个顶点的初始复合形，然后对复合形个项点的目形法标函数值对比，除去最坏点，代之较优点，逐步迭代，直至找到最有点。把优化问题中的不等式和等式经过加权转化后，和原目标函数组合成新的目标 惩罚函函数及参数型目标函数也即惩罚函数。此方法与无约束方法联合使用，收敛较数法 快。。与惩罚函数法较为相似，但是先构造原约束优化外点惩罚函数以代替原目标函增广因数，得到一个增广极值问题，再构造增广极值问题的拉格朗日函数作为原问题。子法 其解决了惩罚函数法初值取的不合适时而产生病态惩罚函数。（１）遗传优化算法 遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ＤＡ）是７０年代美国Ｊ．Ｈｏｌｌａｎｄ教授发展起来的，其 基于生物自然选择与遗传机理规律的基本思想进行设计，借助于生物进化中“适者生存’’ 的规律，通过竞争是种群变化，也即为一个优化过程，这在计算科学上有一定的借鉴意 义。 遗传算法在优化问题时先将解空间进行编码，并用一定数目的字符串即染色体表 示，数字表示遗传基因，通过双亲的基因遗传、变异和交配，达到二者染色体的结合， 使得解编码发生变化，从而根据达尔文的进化论找出最优解。遗传算法一般由编码与解 码、适应函数、遗传算子和控制参数组成， 遗传算法的一般步骤为：选择优化问题求解的一种编码；随机产生Ｎ个染色体的初始群体扫叩（七），ｋ＝０｝；对群体中的每个染色体ｐｏｐ，（七）计算适应函数：若计算满足要求体发生变异，形成新的变异群体ｍｕｔｐｏｐ（ｋ＋ｌ／）；令ｋ＝ｋ＋１和ｐｏｐ（ｋ）＝ｐｏｐ（ｋ＋１）进行计 算适应函数计算，并循环直至找出最优结果。 （２）神经网络优化算法 神经网络（ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ，ＡＮＮＳ）也即人工神经网络，是一种模拟人的神经网络行为特征并行信息处理的算法数学模型。从１９８２年Ｈｏｐｆｉｅｄ引入能量函数以后， 开始了进行优化计算的研究。神经网络是模仿刺激在神经元之间的传递机理，通过关联 权系数Ⅵ链接神经元之间信息的传递。根据算法中有无给出一定的结果可以分为有指导 学习和无监督学习。神经网络一般由输入层、若干个隐含层和输出层组成。隐含层的层 数与每层的节点个数决定了神经网络的复杂程度。 神经网络的构造优化算法的依据是把优化的目标函数与人工神经能量函数对应起 来从初始状态趋向平稳状态，从而使优化问题从初始点向最优解逼近。对于一个有约束 的优化问题，即：ｍｉｎ厂（ｘ）Ｘ∈Ｒ”ｇ。（ｘ）≤０Ｕ＝１，２，…，肌ｓ．ｔ．瓦（ｘ）＝０１，＝１，２，…，Ｐ＜疗利用外点罚函数法，可以写成求下面函数的极小值点ｔ砸＇，）川卅三喜柏心））２＋三喜堋ｍ觚｛ｏ溉∽））２利用上式求解动力平衡点：（２．９）ｊ ｄ出ｘ＿．ｍ坍ＡＶ）（２－１０）【ｘ（ｏ）＝ｘ‘ｏ’上式中：Ｕ＝ｄｉａｇ（甜ｌ，Ｕ２ ７＂＂＂／ｆｆ。），“，＞ｏ（ｉ＝１，２，…甩），。 利用神经网络的优化算法的步骤为：首先构造能量函数Ｅ（ｘ），并有很好的稳定性如中国石油大学（华东）硕士学位论文正定二次型；其次通过能量函数求解其动力系统方程：最后求解出平衡点，即 Ｖ，Ｅ（ｘ）≥０ （３）模拟退火优化算法 模拟退火算法（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ，ＳＡ）最早由Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｓ提出，在１９８３年由 Ｋｉｒｋ．ｐａｔｒｉｃｋ应用于优化设计中。模拟退火算法来源于固体退火原理，即固体先被加热融 化再冷却至规整晶体的过程，在每次修改模型过程中，随机产生新的状态模型，再选择 某一区域能量值最小的模型，可以类比退火过程中分子的不断迁移直至能量最低的状 态。Ｉｎｇｂｅｒ针对效率问题提出了快速模拟退火计划及相应算法（ＶＦＳＡ）‘２１１。 模拟退火算法的一般步骤为：任选一初始状态ｘ‘们，令ｋ＝０，ｘ‘‘’＝ｘ‘ｏ’和气＝ｔｍｘ， 计算／（ｘ（‘’）；在温度，々下做本步循环：①随机产生新的状态ｘ‘＝ｇｅｎｅｔｅ（ｘ强’），②计算（２－１１）ｆ（ｘ’）及矽＝ｆ（ｘ’）一ｆ（ｘ‘‘’），Ａｆ＝ｆ（ｘ‘）一ｆ（ｘｔｋ））③若鲈＜０则退出本次循环，否则执行下～步，④若ｒａｉｎ｛１，ｅｘｐ（一Ａｆ／ｔＩ））＞ｒａｎｄｏｍ（０，１）则令ｘ‘。’＝ｘ。，推出循环转向下一步， 否则执行本步第一小步；若算法结果满足要求则种植计算输出结果，即取ｘ‘＝ｘ’， ｆ（ｘ＋）＝ｆ（ｘ’），否则进入上面第二步重新循环，并取ｔ州＝ｕｐｄａｔ（ｆ＾）和ｋ＝ｋ＋ｌ。表２－３ 物理退火与求解优化问题Ｔａｂｌｅ２?３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｏｌｖｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ物理退火 设计变量 状态变量 目标函数 能量求解优化问题 目标的函数值 问题的解域 最优解（目标函数极小值点）不同温度的状态能量最低状态（４）混合优化算法 由于现在工程中优化设计问题规模和复杂度越来越大，采用单一理论算法较难满足 要求，现代化算法的理论很难有较大的突破，创建新的理论非常困难，因此合理的结合 两种或两种以上的算法成为当今的一个较大趋势－０采用多种优化算法，对其取长补短， 也即混合优化算法。常用的混合优化算法有遗传模拟退火优化算法（ＧＡＳＡ）、单纯形一模拟退火优化算法和模拟退火神经网络优化算法，本文限于篇幅不再一一介绍其算法，可参阅相关专 著。１３第二二章结构优化的基本原理及方法２．３基于可靠度优化理论结构可靠度的基本理论 工程结构在其设计、施工和使用过程中环境条件、材料、计算理论等均处于不确定２．３．１情况的影响，包括事物的随机性、模糊性和不完善性，但工程结构需要能抵抗承受施工 和使用期间的作用、良好的适用性、一定的耐久性及偶然事件的整体稳定性，就引发出 概率设计范畴的可靠度的设计。可靠度（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）是指结构在规定的时间内 及相应条件下完成预定功能的能力，用概率只进行表示；如果结构在规定的条件下不能完成相应的功能则为失效，相应的概率为失效概率易，结构可靠与失效是互不相容的互斥事件。在工程中习惯使用结构的失效概率表示结构的可靠度，由概率统计关系可知只＋弓＝１，也即： 只＝１一只（２－１２）ｔ，ｉ＝』ｋ…以（置，Ｘ２ ９＂?＂Ｓ。协。ｄｘ：…ｄｒ。（２－１３）相应的结构可靠度就可以用可靠性指标∥进行表示，与弓可以作为衡量结构可靠性的指标。弓＝①（＿∥）也即：（２－１４）只＝①∽）（２－１５）∥可以看作是失效概率或者有效概率的度量，与Ｂ和只是一一对应的关系，因此可以用来表示结构的可靠度，在结构设计中，对不同的结构物，采用不可同的可靠性指 标。表２－４港口工程结构可靠指标【２２】Ｔａｂｌｅ２―４ Ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ安全等级 结构 一级 一般港口工程结构４．０二级３．５三级３．０注：本表不包括土坡及地基稳定和防波堤结构。当采用功能函数表示时，有两个相互独立的随机变量尺（结构的承载能力）和Ｓ（结１４式的状态方程的建立是可靠性分析的基础，而后者是可靠性分析的目的。一般有简化或 近似计算方法、数值模拟法和直接积分法来计算失效概率，简化或近似计算方法包括二次矩法、哈一林法（Ｈａｓｏｆｃｒ－ｌｉｎｄ）、雷菲法（Ｒａｃｋｗｒｉｔｚ．Ｆｉｅｓｓｌｅｒ）、吴氏法和响应面法；数值模拟法是利用计算机技术产生随机数来计算失效概率如蒙特卡诺法（Ｍｏｎｔｅ 要性样本法和改进样本法；直接积分法是对Ｐ，进行积分求得失效概率。 因为尺和Ｓ为两个正态变量，所以有极限状态方程Ｚ＝Ｒ―Ｓ，其可靠性指标∥为Ｃａｒｌｏ）、∥２考２丽Ｒ－面Ｓ协…若结构的随机变量构成随机向量的相应概率密度函数为ｆ（ｘ），则功能函数Ｚ＝ｇ（ｘ）可以用随机变量表示，可靠概率只与失效概率弓可以由概率密度函数积分求得：只＝纠弘叫凼Ｂ＝１一只＝陬Ｇ晓Ｇ炳＝ｍ―Ｆｓ（ｒ）］ＦＲ（ｒ涉（２．１８）（２．１９）因为在工程中随机变量多达几百个，若再考虑结构等的非线性，如果统一采用上述 积分方法进行计算，将不能应用于工程实际，因此在工程中一般采用近似失效概率的计 算方法。 目前解决复杂问题的可靠性问题的方法一般有蒙特卡罗法和响应面法等【２３１。蒙特卡 法是采用数值模拟来求解与随机变量有关的实际工程，又称为统计实验法，在ＡＮＳＹＳ 中主要有直接法、拉丁超力法及自定义法，其中第二种避免了重复抽样而效率最高，其 适用面广，在机型一定模拟次数的计算结果均为可信。响应面法是近几年开始发展起来， 其通过系列确定性实验拟合一个响应面来模拟极限状态，是统计学综合实验技术，用于１５在结构优化设计过程中，既要达到一定的可靠度概率，又要能节约材料及成本，因此应对所有结构构件进行可靠度约束，使得只，＞陋】，也即是ＦｉｎｄＸ＝（ｘｌ，石２，…ｘ。，）ＴＭｉｎ／（ｘ）ｓ．ｔ．屈！ｘ）≥屈棚洲，ｆ＝１，２，…，埘Ｘｊ ｓＸ｜ｓｘｙ，ｊ：１，２，．．．，ｌ上标Ｕ和Ｌ分别表示设计变量的上下界，屈甜１０ｗ表示许可的可靠性指标。结构在优化过 程中，若对每一次的界面变化进行可靠度分析，将是不现实的，因此应编制相应的程序 进行，本文采用大型有限元通用软件ＡＮＳＹＳ进行优化过程中的优化分析，主要进行包含概率问题的失效概率问题。１６中国石油大学（华东）硕上学位论文第三章海洋平台环境荷载与作用分析海洋平台荷载通常按照其建造、安装和使用的性质分为使用荷载、施工荷载和环境 荷载。环境荷载与作用系指平台所处环境直接或间接引起的应力或变形，诸如风荷载、 波浪荷载、冰荷载、海流荷载和地震作用等，都是随机变量或随机过程。３．１海洋风荷载设计风速的确定 风速具有随机性，其一点的风速Ｖ阢＂ｚ，ｆ）一般可以看作平均风速矿似只互ｆ夕与脉动３．１．１风速＇，（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）Ｚ，叠３ｎｔ２４１。风对结构的作用会产生以下结果：由于过大的动态作用，使 建筑物的居住者产生不舒适感；结构体受到过大的风力作用而失稳；结构产生过大的挠 度变形；气动弹性的不稳定是结构物在风运动中产生加剧的气动力；反复的风振作用会 导致结构的疲劳破坏【２５１。 风的强度一般用风速范围表达，英国人蒲福（Ｆ．Ｂｅａｕｆｏｒｔ）根据风对海面物体影响程 度将风分为１３个等级，称作蒲氏风级１２４１，后经不断修改，划分为１８个等级。风力常根 据地方的海面状况、海岸渔船征象、陆地地面物征象、距地面十米高度处等条件判断。 我国《海洋平台入级与建造规范》规定风速标准值为：平均海平面以上１０ ｍ处，重 现期为５０年，时距小于１分钟的平均风速和时距大于或等于１０分钟的平均风速【２６】。风 荷载的大小与构筑物的自振周期、风压、体型和受风面积有关。 不同高度的设计风速与标准风速换算关系为：≯黝ｈ加’ ７（３．１）圪式中圪――高度为ｙ处的风速，ｍ／ｓ； 办――风速标准高度，ｌＯｍ； 圪――标准风速，ｍ／ｓ，取海平面以上ｌＯｒｅ处风速： 门――系数，对于阵风ｎ＝１３，持续风刀＝８。挪威船级社（ＤｎＶ）规定海平面高度ｚ处时程为，的平均风速为‰（ｚ）。ｋ叩?Ｖｗｉ（１ Ｏ）（Ｉｈｒ）（孟）卢（３－２）％（ｚ）＝三１∥２（ｚ）?ｃ。?么尸式中ＣＤ――曳力系数；（３―３）互１∥２（ｚ）――风速压（驻点压力）：４――受风物体面积在风向垂直面上的投影； ｐ――空气密度；Ｖ（ｚ）――风速。若各物理量的分别取国际标准单位，，则上式中的系数三ｐ大约为１／１６００。对于结构中的水平构件，因为构件的上下的流速差形成对构件的上升力五，可用 下式计算：Ｒ＝三心ＬＶ２埘（ｚ）Ｃ￡一升力系数，其与结构的形状有关。根据我国《浅海固定平台入级与建造规范》规定，风荷载的计算为： Ｆ＝后?ｔ?易?Ａ（３―４）（３―５）式中后――风荷载体型系数，见表３．２；Ｔａｂｌｅ３－１ Ｓｈａｐｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ构件形状梁与建筑物侧壁平台总投影面圆柱体侧壁独立结构钢索井架七１．５１．００．５１．５１．２１．２５表３－２海上风压高度变化系数七：Ｔａｂｌｅ３―２ Ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｈｅｉｇｈｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ海平面以上高度（ｍ）≤２５ｌＯ１５２０３０４０海上风压高度变化系数ｋ：海平面以上高度（ｍ） 海上风压高度变化系数ｋ．０．６４Ｏ．８４１．００１．１０１．１８１．２９１．３７５０６０７０８０９０１００１５０１．４３１．４９１．５４１．５８１．６２１．６４１．７９基本风压异为：ｅｏ＝ａｖ，２（Ｎ／ｍ２）（３―６）式中口――风压系数，口＝０．６１３Ｎ．ｓ２／ｍ?； Ｋ――时距为，分钟的设计风速，ｍ／ｓ。矿为平均海平面以上１０ｍ处，重现期为５０年，时距为ｌ ｍｉｎ的平均最大风速（用 于计算局部构件）或时距为１０ｍｉｎ的平均最大风速（用于总体计算）。 如果作用在水面以上的结构杆件风荷载，风向垂直于杆件，其均布风荷载为： ｑ。＝Ｏ．００６１３ｋ杉Ｄ （３―７）式中七――形状系数； ｇ。――单位长度的分布和在，ｋＮ／ｍ； 形――海面以上１０ｍ处正常风速，ｍ／ｓ； Ｄ――杆件直径，ｍ。１９处于海洋之中，直接受到波浪力的作用，其波浪荷载是一项重要的环境荷载，作用平台 上的波浪力与波高、波周期、水深、平台的尺寸和形状有关。波浪的尺度用波高和周期 表示，一般的采用上跨（下跨）零点法进行确定，其特征波在西方国家一般采用大波的 平均值，而苏联采用超值累积率法，我国通常采用一段连续波作为一个标准段进行统计 分析。３．２．１波浪要素 我国规范（ＣＣＳ，２００４）规定设计波浪重现期采用１００年，设计波高日ｄ应取最大波高日一的可能值∥。。与破碎临界波高Ｈ。的较小值，∥一可由该波列的平均波高日、波数Ⅳ和水深ｈ等参数求得，具体详见有关书籍。设计波高确定以后，其相应波浪周期Ｔ应在√６．５月ｄ≤Ｔ≤２０ｓ内，通过对几个不同周期进行应力估算，取相应结构反应应力最大值。３．２．２波浪理论常用的波浪理论有：线性二维艾利（Ａｉｒｙ）波理论（又称微幅波理论）１２８】、斯托克斯（Ｓｔｏｋｅｓ）波理论【２９１、椭圆余弦波理论和孤立波理论；其适用范围应根据设计波高日、 周期丁和水深ｄ选用适当的波浪理论。 二维艾利（Ａｉｒｙ）波理论采用正弦波形，只满足平均水平面的自由表面的边界条件 即０＞Ｙ＞一ｄ，计算较为简单。孤立波理论用来计算近岸极浅水域的波浪现象，当周期 趋于无穷大和水深趋于无穷小的椭圆余弦波，在浅海平台设计中较为常用。斯托克斯 （Ｓｔｏｋｅｓ）波是非线性波动的一种波动解，采用坦谷波形，现在已经发展到五阶；其特 别适用于小直径管件构成的结构的波浪里计算【１１。由于在近海岸浅水中，．当 ０．０１≤Ｈ／ｄ≤Ｄ．７８时，采用椭圆余弦理论描述周期波比Ｓｔｏｋｅｓ波浪理论描述更精确，但 计算较为复杂，需要编制相应的计算机程序方可用于工程实际。各波浪理论的使用范围 见图３．１，本文采用斯托克斯（Ｓｔｏｋｅｓ）波理论。中国石油大学（华东）硕士学位论文…Ｕ．ＵｑＯ．０１Ｈ／ｇＴ２０．００１０．０００１１＿，ｒ１ｒ １ｒＤ．００００３ ０．０００３ ０．００ｌ ０．０１ ０．１ ０．２ｄ／ｇＴ２图３－１波浪理论的适用范围Ｆｉ９３－ＩＴｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｖｅ ｔｈｅｏｒｉｅｓ斯托克斯（Ｓｔｏｋｅｓ）波理论采用摄动法来表示势函数①，即： 西＝ｓ西，＋８２咖２＋ｓ３哆＋…ｓ”或（３―８）式中①：为线性波理论的势函数；ｇ为摄动函数。再用拉普拉斯方程根据边界条件求得高阶解，其适用范围为旱＞１０。＾设参数五为式３－９的联立超越方程的根，解之可得到参数五和波长三。 ¨ 以，，。¨Ａ 谗 ＂ ，ＪＩ＼民芋生厶３．２．３三上一一日ｄ彳ｄ■￡ｖ砌拟 ＋ ｑ一 Ｚ 玩以 以 ｝１，波浪力高斯波浪过程是一系列具有均匀分布相位角、相互问独立的规则波的线性组合。根 据结构物的尺寸与波长的比值可以分为小尺度（Ｄ／Ｌ＜０．２）波浪力计算和大尺度 （Ｄ／Ｌ＞０．２）波浪力计算，其中Ｄ为圆形构件直径，三为设计波长，波浪诱导荷载可以 分为拖曳力、惯性力和绕射力。一般桩径与波长相比较小，可以认为桩的存在不影响波 动场，桩在海水中受到作用在结构物上的惯性力Ｐ和流场受到结构物的干扰而在结构物 附近加速引起的绕射力。７。――海水的密度，姆／ｍ３； Ｕ――圆柱轴线处水质点相对于构件轴线的速度分量，ｍ／ｓ；＿ｄｕ――圆柱轴线处水质点的水平方向加速度，研／ｓ２；讲Ｄ――圆柱的直径，ｍ； ＣＤ――阻力系数，见表３?４。 ＣＭ――惯性力系数，见表３―４。阻力系数ＣＤ和惯性力系数ＣＭ系数的选取与分析时采用的波浪理论、波浪要素、平 台结构的工作水深、结构物的形状以及构件表面粗糙程度有关。ＣＤ和ＣＭ为经验系数，其不但与雷诺数Ｒ。（Ｒ。＝Ｄｕｌｙ）和构件表面的粗糙程度有关，还和库尔根一卡培数Ｋｃ（Ｋｃ＝ｕＴ／Ｄ）有关。我国一般根据经验取值见表３－４。表３－４ 阻力系数ＣＤ和惯性力系数ＣＭＴａｂｌｅ３．４ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｎｅｒｔｉａＩ ｆｏｒｃｅ物体形状 阻力系数ＣＤ圆柱１．０正方柱２．Ｏ平板２．Ｏ球体Ｏ．５惯性力系数ＣＭ２．Ｏ２．１９２．Ｏ１．５海洋生物的附着，在使结构表面粗糙度增加的同时还使构件直径增大，其增加的程 度与温度、水质等有关关系，其较大的影响着波浪力。为此，在海生物附着范围内，莫中国石油大学（华东）硕七学位论文里森公式中惯性力项中桩径Ｄ应按照实际情况确定，并将波浪曳力乘以相应的系数刀，其值按海生物的附着程度确定详见表３－５ｔ３１】’１３２１。 表３－５海生物增大系数／，／Ｔａｂｌｅ３―５ Ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ附着程度 一般程度附着 中等程度附着 严重程度附着相对粗糙率占／Ｄ￡｜Ｄ ＳＯ．０２ ０．０４＜占／Ｄ＜Ｏ．０４ ￡ｌ Ｄ ２０。０４刀１．１５１．２５１．４０注：占为附着海生物的平均厚度，ｍ；Ｄ为构件直径，ｍ。 表３－６其他国家规范对阻力系数ＣＤ和惯性力系数ＣＭ的建议取值Ｔａｂｌｅ３．６ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｆｏｒｃｅ ｉｎ Ｏｔｈｅｒ ｎａｔｉｏｎａｌ规范名称 采用的波浪理论 阻力系数ＣｏＡＰｌ（１９８０）ＤＮＶ（１９７４） Ｓｔｏｋｅｓ五阶波Ｏ．５．１．２美国ＴＤＩ 采用与水深相应的波浪理论 采用试验结果Ｓｔｏｋｅｓ五阶波或流函数Ｏ．６．１．０惯性力系数ＣＭ１．５．２．Ｏ２．０采用实验结果３．３海流荷载海流是指海水因为热辐射、蒸发、降水等原因形成密度不同和风力、引潮力等作用而引起海水相对稳定的流动，可以是海水相对于静止结构的运动或者是结构相对静止海 水的运动，一般分为风海流和密度流。３．３．１流速海流圪包括风海流‰和潮流圪，后者主要是因为风在海面受阻而引起，两个均随着水的深度而变化，一般假设二者的方向是一致的，即简单的将‰，和圪简单的叠加。圪＝‰（ｚ）＋圪（ｚ）（３―１１ ａ）‰Ｍ―ｏ－哦畔７（百ｚ＋ｄｏ］ｄ＜ｚ＜Ｏ（３―１ｌｂ）圪（ｚ）－－Ｖ。，ｏ睁］ｌ，７ｄ＜ｚ＜Ｏ（３―１ｌｃ）时，作用在圆 形杆件上的海流荷载均布海流均布荷载为：厶＝丢ｃ。∥“。２对其进行积分得海流力：（３―１２）％＝ｒ去ｃ。∥啦式中厶――单位长度海流力，ｋＮ／ｍ； 甜。――设计海流速度，ｍ／ｓ，取平台间可能出现的最大流速； ｐ――海水密度，堙／ｍ３； ＣＤ――拖曳系数； 彳――单位长度杆件垂直于海流方向的投影面积，ｍ２／ｍ。（３―１３）当与波浪共同考虑时，应将海流与波浪作用下的水质点速度和加速度进行矢量叠 加，以考虑二者的共同作用。３．４冰荷载渤海湾区域处于北温带，每年都有不同程度的结冰现象。冰荷载对平台的主要作用有：自由漂流的冰对海洋平台的冲击力：大面积冰原整体移动对平台的挤压力；整体冰 盖层由于温度巨变引起的膨胀，对平台产生挤压力；流冰期冰块对平台的磨耗作用力； 平台周围的海冰因气温下降而结成一体，由于水面涨落引起的作用力。一般冰荷载以前 两种为主【２７】’【３２】。 通过物体运动原理可以知道，在冰体运动速度较小时冰荷载作用力为最大，故在计 算冰荷载时忽略冰体的运动速度，但需要考虑冰荷载的振荡性，以免平台发生共振，抑 制带来较大的危害。结冰海域内，大面积冰原挤压孤立垂直桩柱所产生的冰荷载尸为： 尸＝ｍＫ】Ｋ２疋ｂｈ（ｋＮ）（３―１４）Ｒ。――冰块式样的极限抗压强度（ｋＮ／ｍ２）； Ｈ――冰层计算厚度（ｍ），以国家主管部门提供的实测资料为准。表３?７桩柱和冰层的接触系数Ｋ２Ｔａｂｌｅ３－７ Ｃｏｎｔａｃｔ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｉｃｅ ａｎｄ ｐｉｌｅｓ冰、柱状态完全接触１．Ｏ加载速率较低０．５～Ｏ．６加载速率较高 ０．２～０．３静力分析０．６Ｋ２当计算群桩上的冰荷载时，应考虑群桩产生的遮蔽作用，即由于第一排桩的阻挡作 用，使得第二排桩所受的冰荷载有所减小的现象，应予以折减，根据渤海石油公司经验 做法为一般第二排桩所受冰荷载取折减系数为０．０７。 在渤海，我国采用中国船检局规定的冰荷载计算公式：Ｐ＝ＫｌｍＤＨｏ。（３―１６）式中ｍ――形状系数，对圆柱取０．９； ，――嵌入系数，取２．５； 日――单层冰厚度； Ｋ――接触系数，取Ｏ．４５； ∥．――冰的单轴压缩强度。堵塞冰时按下式计算冰堵塞荷载： 尸ｃ＝ＣＷｈａ。１ （３―１７）式中Ｃ――堵塞系数； ｈ――冰厚度； ∥――结构宽度；第三章海洋平台环境荷载与作用盯。――冰堵塞时的挤压强度。３．５地震作用地震是指地壳在内、外力作用下，集聚的构造应力突然释放，产生震动弹性波，从震源向四周传播引起的地面颤动。地震是危及人民生命财产的突发式自然灾害，地震不 但直接影响交通运输，其诱发的次生灾害如核泄漏、毒气泄漏、水资源污染等更加剧灾 害的严重性。我国处于环太平洋地震带与欧亚地震带，地震区域分布广阔、分散、频繁 而强烈，因此对平台的地震响应进行相应的分析至关重要。地震动的特性可以用峰值（最 大振幅）、频谱和持续时间三要素来描述。地震作用的特点为：不确定、不可预知的作 用；短暂时间的动力作用；有选择破坏的动力作用‘３３１。３．５．１地震作用上世纪初日本教授大森房吉在结构物为绝对刚性的假设下，在忽略建筑物的动力特 性下提出静力计算理论，并认为建筑物的运动与地面运动一致，其建筑物所受最大地震 荷载为：２ Ｆ＝ａｍ１―３（【ｊ一６Ｊ ８） 。。。该方法的简便性，且用此方法设计的房屋经历了一般地震的考验，至今仍旧被许多国家 规范所采用，但由于不考虑结构的本身动力特性，故本方法只适用于低矮的、刚性较大 的建筑物。 上世纪四十年代美国学者在综合考虑地震的运动特性和建筑物自身的动力特性下 提出动力法即地震力反应谱理论，基于单质点体系的实际地震作用的反应来分析结构的 反应。单自由度结构在地面运动Ｘ。作用下结构发生振动，产生相对地面的位移Ｘ、速度 量和加速度ｊ｝，取出质点ｍ则有：ｍＪｉ＋ｃｆｃ＋ｋｘ＝一碱ｇ也即是： 戈＋２ｗ乒＋Ｗ２ｘ＝－２９（３―１９ａ）（３―１９ｂ）式中ｗ一圆频辄后；由ｍ２＋西＋舡２一ｍＹｇ口Ｊ以与作：，＝七Ｈ。。， １２－３（ Ｉｌｍ“、）将单自Ｆｈ度体系的地震最大绝对加速度反应与其自振周期Ｔ的关系定义为地震加速度反应谱既仃）。其进行简化得到‘３４１：＆口）＝瞰）＋膏（，）ｌ。戤￣１ｗＩｊｆｇＧ∥－ｒ）ｓｉｎ础一ｆ叫一＝盼胁牟（ｆ－”ｓｉｎ争枷Ｌ ～啉馏牛－硭删陆孵，Ｇ式中Ｇ――体系的重量；ｐ２２，ｐ２３，足――地震系数，地震动峰值加速度与重力加速度之比，七：丝ｋ；∥仃）――动力系数，体系最大加速度与地面最大加速度之比，ｆｌ（Ｔ）：害掣；ＰｇＩ一口仃）――水平地震影响系数，动力系数与地震系数之积，口仃）＝∥仃№。Ｔａｂｌｅ３．８ Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ地震影响 多遇地震 罕遇地震６度０．０４７度０．０８（０．１２）８度Ｏ．１６（０．２４）９度０．３２０．２８０．５０（０．７２）０．９０（１．２０）１．４０注：括号中数值分别用于设计基本地震加速度为０．１５９和０．３０９的地区。而对于多自由度体系，通过有限元离散，得到动力平衡方程‘３６１：【Ｍ№）＋【Ｃ舫）＋【Ｋ№）＝扫）（３－２４）２７场地类别 设计地震分组Ｉｏ Ｉｌ Ｉｌ ＩＩＩ ＩＶ第一组 第二组 第三组 ３．５．２Ｏ．２００．２５０．３５０．４５０．６５０．２５０．３００．４０Ｏ．５５Ｏ．７５０．３０Ｏ．３５０．４５０．６５０．９０地震反应诸 结构可以简化为多自由度体系，在地震作用下多自由度体系可以用振型组合由多个单自由度体系反应求得，由单自由度体系的最大反应的反应谱确定。设计用的反应谱曲 线是在统计大量实际地震加速度反应谱的基础上得到【３７】’１３８］’【３９１，影响地震反应谱的因 素主要有体系阻尼比和地震动，同样与建筑场地类别、地震波和震中距等有关。 地震作用下单自由度体系的最大位移反应＆、最大速度反应Ｓ，和最大绝对加速度 反应疋为；驰）斗（，）Ｉ懈≈朗砒＞－ｅ，（ｔ－，）ｓｉｎ嘶二枷Ｌ－。（３－２５ａ）Ｓｖ仃）＝Ｍ。。≈ｌＩｊｆｇＯ＞母ｏ＿ｆ’ｓｉｎｗ（ｔ―ｆ圳（３－２５ｂ）１１１１１Ⅸｓ。仃）＝鼬）＋舅（，）ｌ。瓤≈Ｗ托（『∥Ｈ’ｓｉｎ嘶一ｆ圳．（３－２５ｃ）ｌⅡ瞰３．５．３地震作用 地震作用引起的地震惯性力和动水压力对平台产生动态效应，根据对平台质量分布的简化可以按单质点体系或多质点体系计算惯性力。 当按单质点体系进行计算时，平台甲板出水平向总地震惯性力乓为［３２】：乓＝似日ｆｌｍｇ（３―２６）图３－２地震响应谱曲线Ｆｉ９３―２ Ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ表３．１０场地土分类Ｔａｂｌｅ３．１０ Ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ类别 性质Ｉ类 微风化和中等 风化的基岩Ｉｌ类 Ｉ、ｌＩＩ类场地土以外 的一般稳定土ＩＩＩ类 为饱和松散的砂类土，软塑和极软 状态的黏性土、淤泥等当平台按照多质点体系进行有限元计算平台质点ｉ、阵型＿，时，第／阵型水平方向的地震惯性力为弓：Ｐｌｊ＝ＣＫＨｙｌ母。ｐｌｍｉｇｔ ｋＮ）（３―２７）厂，＝∑吮聊，／（∑力聊，）式中九――．，振型在结构计算时的参与系数；（３―２８）第三章海洋平台环境荷载与作用丸――质点ｆ在第／振型下的相对水平位移； 屈――自振周期为ｔ（ｓ）时在－，振型下的动力放大系数； 刀――计算结构简化的质点数目； ｍ，――简化与质点ｆ处的结构质量（姆）。表３．１１水平向地震系数Ｔａｂｌｅ３－１０ Ｔｈｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ地震烈度ＫＨ７度Ｏ．１８度Ｏ．２９度０．４地震时，任意方向细长构件的水Ｆ部分所受动水压力Ｐ＝ＣＫ，，膨。Ｖｒｓｉｎ２缈（ｆ，，）（１（Ｎ）式中Ｃ。――构件附连水的质量系数； Ｖ――构件水下体积，ｍ３； ｙ――海水的容重，姆砌３； 够（ｆ，／）――地震振型方向与构件之间的夹角（ｒａｄ）。（３―２９）求出水平方向地震荷载，应分别考虑每个方向上的地震作用力只和只，取其最不 利作用。当结构构件布置为不规则类型时，应计及双向水平地震作用下的扭转藕联作用 效应，鉴于只和尸ｖ不会在同一时刻发生，可采用平方开平方的方式估计双向地震作用， 根据强震记录分析可以取下面较大值【３５】：Ｂ＝归可两耵（３－３０ａ）ＰＥ：最厕（３－３０ｂ）式中最――双向水平地震作用扭转效应； 只、￡――分别为ｘ向、Ｙ向单向水平地震作用的扭转效应。ＡＮＳＹＳ软件的主要功能有：结构分析（诸如结构静力分析、结构动力分析、结构 非线性分析）、声学分析、多耦合场分析、热分析、电磁场分析、压电分析、流体动力 学分析、优化设计及用户编程扩展功能等一系列功能【２５１。其中结构分析是其最常用的一 个应用领域，通过分析得到基本未知量如节点位移及其应力、应变等量值。 ＡＮＳＹＳ有限元典型分析大致可以分为三个步骤：建立有限元模型（Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）； 加载与求解（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）：结构后处理（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｏｓｔｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）和结果查看、ＴｉｍｅｈｉｓｔＰｏｓｔｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）。图４―１ＡＮＳＹＳ求解过程Ｆｉ９４―１ Ｓｏｌｖｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＡＮＳＹＳＡＮＳＹＳ作为一个在工程的广泛使用与认可的有限元分析软件可以解决几何非线性 影响，诸如材料非线性等；强大的二次开发功能，可以用宏、参数语言开发出适合用户 的应用程序。ＡＮＳＹＳ提供的ＰＩＰＥ５９单元可以模拟水中圆管形构件的在浮力、流力、波 浪力等静载荷与动载荷作用下的相应，可以解决其动力问题。４．２导管架平台建模４．２．１导管架平台工程概况第四章导管架海洋平台有限元分析本平台为采用四腿桩基导管架结构的固定式储油平台，位于渤海湾浅海海域，包括 导管架、上部模块和桩基三部分。平台甲板出水面１６ｍ，导管架整体高３４．２ｍ；四根 导管，导管架设两道水平横撑；上部模块包括甲板、立柱和平台斜撑。平台结构面积为 ２４×２２ｍ２，上甲板厚Ｏ．０３ｍ，下甲板厚Ｏ．０２ｍ，在模型中依据平台梁划划分为四节点 壳单元。桩基桩入泥深度为３０ｍ，泥面处标高．１１ ｍ，桩与导管架之间的环形空间灌注 细石混凝土以保证其密封性。本平台计算模型为空间板、梁组合模型；基桩约束为边界 条件为将其简化为固定约束，即不考虑桩土相互作用，取淤泥面以下七倍桩径处为刚性 节点即勘固点。储油罐质量为１０００ｔ，甲板上部设备质量取为２ｔ／ｍ２。整个平台采用同 一种钢材，为各向同性材料，材料特性常数见表４．１，各构件尺寸见表４．２。表４－１材料属性Ｔａｂｌｅ４－１ Ｔａｂｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ弹性模量删Ｎ／ｍ２剪切模量Ｇ Ｎ／ｍ２材料密度ｐ ｋＮ／ｍ３容许正应力×１０６ Ｎ／ｍ２容许剪应力×１０６ Ｎ／ｍ２２．０×１０１１７．６×１０１０７８５０ｂ】＝１９２ｐ】＝１２６表４－２导管架平台构件尺寸Ｔａｂｌｅ４―２ Ｓｉｚｅｏｆｊａｃｋｅｔｐｌａｔｆｏｒｍ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ导管腿外径ｄ／ｍｍ 壁厚，／ｍｍ 主梁尺寸／ｍｍ 次梁尺寸／ｍ所 封口梁尺寸／朋聊１３２６平台板斜撑４５０水平支撑６１０导管腿斜撑６１０桩１２００２５１５１５１５４０Ｈ８００×２５０Ｘ８Ｘ １２Ｈ６００×２００×８×１０Ｉ ３０ａ４．２．２有限元模型单元的选取 结构有限元模型的选取对于确定结构的固有特性及结构在各种荷载和作用下的响 应至关重要，也是结构优化设计及可靠度计算的依据和基础。在结构有限元分析时主要 从以下方面考虑：（１）合理简化有限元模型，对结构进行应力的定量分析，本平台采用 空间梁系模型，忽略平台的附属构件如立管、扶梯等，只计入其质量作为外力进行输入； （２）处理结构所承受的荷载及其作用，选取适当的荷载与作用的计算理论，对其做出３２中国石油大学（华东）硕上学位论文适当的合理的分析，寻求最不利状态以满足结构可靠度计算的准确性；（３）合理假定结 构的边界条件，如本处对导管腿假定泥面以下七倍桩径深度处固结，通过计算及工程实 际符合工程要求。平台上全部重量及其荷载均作为集中质量块作用于相应节点。 平台梁采用ＢＥＡＭｌ８８ ３Ｄ线性有限应变梁单元，是基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋ梁理论和具有扭 切变形效果，此单元可以很好的应用于线性分析、大偏转及大应力的非线性分析，而且 还包含应力刚度。上部储油罐简化成四个结构质点作用于导管腿甲板处，其他辅助结构 构件与结构设备等荷载简化成多个质点分布于平台梁交点，采用带有质量的ＭＡＳＳ２１质 点单元进行模拟，具有六个自由度的点元素。平台甲板采用ＳＨＥＬＬ６３单元，ｆｌＰｅｌａｓｔｉｃ ｓｈｅｌｌ，具有弯曲能力和膜力，可以承受面内荷载和法向荷载，可以考虑刚化和大变形， 需要定义四个节点、四个厚度、一个弹性刚度和正交各向异性材料。 导管腿、水平横撑及斜支撑等均采用ＰＩＰＥ管单元类型，泥下导管采用弹性直管单元 ＰＩＰＥｌ６，其是一种单轴单元，具有拉压、扭转、和弯曲性能。ＰＩＰＥ５９浸没单元是一种可 承受拉、压、弯等作用的空间梁单轴单元，扩充了水浮力及波浪与海流荷载等海洋环境 荷载的计算功能。ＰＩＰＥ５９单元支持大变形和大位移分析，可以进行结构非线性静力和 动力分析。在考虑弯曲效应时，除了与轴向位移自由度有关的单元质量系数项应乘以系数（Ｍ。肋，）【４ｌ】以外，与三维梁单元的质量矩阵相同：Ｍｔ＝《ｍ，＋ｍ嘲＋ｍ惦＋ｍ口ｄｄ）Ｌ Ｍｆ＝《ｍｗ七ｍ嘶ｔ七ｍｍｓ）Ｌｍｗ件山 的Ｈ川协２（１‘￡ｈ）ｐ４：Ｄ２０，Ｄｊ）件“ ０ 降Ｍ Ｄ 件 ｋ吩ｍ嘛２《ｌ。￡ｍ）ｐｌ之（Ｄ：?Ｄ；） ‰钏‰）ＣＪ ｐｗ之Ｄ：式中￡折――初应变； ｐ――圆管壁的密度，ｋＮ／ｍ３； ｐ，――管壁外附着物密度，ｋＮ／ｍ３； 户。――圆管壁外流体密度，ｋＮ／ｍ３； 所肼――圆管内部流体与附件的单位长度质量：第四章导管架海洋平台有限元分析Ｃ，――外部流体的附加质量系数。管单元质量包括附连水质量，单元载荷包括流体动力效应和浮力效应；单元载荷向量包括由流体静载荷水浮分布力｛刚￡ｋ及内压引起的轴向力｛Ｒ）和由波浪及海流引起的分布力｛肌ｂ。泥面以上水面以下的管构件均采用ＰＩＰＥ ５９单元模拟。通过有限元软件ＡＮＳＹＳ前处理模块建立海洋平台关键点、线、面模型，并对相应 构件设置单元属性及进行适当的网格划分，本文所采用的海洋平台关键点见图４．２，有 限元模型见图４．３。图４－２导管架平台关键点示意图Ｆｉ９４－２ Ｔｈｅ ｋｅｙｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｊａｃｋｅｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ４．３环境荷载及作用计算海洋平台环境条件复杂，相对于陆地建筑物增加了海风、海浪潮汐、还有的长期作 用与海冰撞击等偶然作用，本文采用将部分动力荷载简化成静力荷载进行拟静力分析， 如风荷载作用；并考虑在波浪、海流、冰撞击及地震等作用下的动力响应，其荷载与作 用的计算按照《固定式海洋平台设计与建造规范》要求进行选取。中国石油大学（华东）硕士学位论文图４．３导管架平台有限元模型Ｆｉ９４―３ Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｏｆｊａｃｋｅｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ４．３．１设计依据 本平台工作水深１１ ｍ（平潮），海水密度１０２８ｋｇ／ｍ３，抗震设防烈度为七度，设计 使用年限为２５年，其他环境条件如表４．３。表４－３环境荷载要素Ｔａｂｌｅ４－３ Ｔｈｅ ｌｏａｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｎ ｓｏｍｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ项目参数及取值 作业条件：ｌｍｉｎ内作业状态（一年一遇）为３０．６ｍ／ｓ，风速极限条件：风暴自存状态（百年一遇）为４６．３１ｍ／ｓ 设计冰厚３２ｃｍ；极限抗压强度１７５０肼切；海冰 流冰尺寸５ｍＸ５ｍ×０．７ｍ；流冰速度１．０３ｍ／ｓ作业条件：最大波高１．４ｍ；波浪周期５ｓ波浪极限条件：最大波高８．０ ｍ；波浪周期９．６ｓ 作业条件：最大流速为１．０３ ｍ／ｓ；海流极限条件：最大流速为１．６７ ｍ／ｓ；气温，、，、月平均最低气温．６．３ ０３．温水低最；ＬＯＬ。与结构计算有关的环境荷载工况选取见表４．４。第四章导管架海洋平台有限冗分析表４－４平台的工作环境数据（重现期为５０年）装环境参数＼水深／ｍ 波高／ｍ 波周期／ｓ 流速／（ｍ／ｓ） 风速／（ｍ／ｓ） 海冰 地震Ｔａｂｌｅ４―４ Ｄａｔａ ｏｆ ｏｆｆｓｈｏｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｅｒｖｉｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ｒｅｔｕｒｎ 极端海冰ｐｅｒｉｏｄ ｉｓ５０ｙｅａｒｓ） 地震正常工作极端波浪极端海风１１ｌｌ１１１１１１１．４８．Ｏ８．Ｏ５９．５９．６１．０３１．６７１．０３１．６７３０．６３０．６４６．３１表４．３ ７度注：本表中地震为５０年超越概率为１０％，重现期为４７５年。４．３．２环境荷载与作用取值 导管架平台结构在计算中考虑极端环境荷载与正常工作状况荷载进行组合。作用于 平台上的荷载可以划分为恒荷载、活荷载和其他作用。桩腿部分主要受到自重、水浮力、 波浪力、海流力、地震作用及建立计算模型被简化的构件诸如牺牲阳极块、肘板等其他 重量施加于相应节点处；上部结构荷载由平台自重与未建立模型的荷载、储油重量、操 作设备及其环境荷载。另外随着平台的服役，海洋生物的附着会产生较大的影响，在分 析中应考虑，海洋生物的附着引起构件粗糙程度的增加及构件截面的增大，使得海流力 及波浪潮汐力会随之增加，本文仅采用加大桩腿截面尺寸进行计算其所受荷载，即在原 有直径基础上增加５０ｍｍ。 按规范有关原则，计算环境载荷选取的基本原则为： （１）固定荷载与正常工作环境条件下的活荷载作为平台正常作业状态进行计算； （２）固定荷载与极端工作环境条件下的活荷载作为平台极端作业状态进行计算； （３）固定荷载与地震作用下的平台承载力极限状态进行计算。 其中本文所指固定荷载即自重包括油罐重量、油罐内油品重量、平台上部构件重量、 工作荷载重量等。按照以上荷载组合原则，前两种在分别考虑正常工况、极端波浪工况、 极端海冰工况的荷载组合条件，根据《浅海固定平台建造与检验规范》规定风、浪、流、 冰荷载的方向均应考虑其来自各个可能方向，在静力分析时尚应考虑在各潮位下可能出 现的最不利组合，取入射方向为与Ｘ轴方向的夹角，为了简化计算，取风、海流、波浪因为波浪荷载为动力周期作用，其波形（波浪表面形函数）、入射角及频率等因素 对平台结构的动力响应均有影响，其由于ＰＩＰＥ５９单元可以根据给出的波浪基本要素与 有限元模型自动计算波浪荷载，波流的联合作用通过材料特性中的波流参数表根据所填 入的参数值由程序自动施加。进行动力分析时波流参数表需要填写的信息同静力分析时 基本相同，见表４．５及４．６。表４．５波流参数Ｔａｂｌｅ４．５ ＰａｒａｍｅｔｅｒｓＷａｖｅ 水深Ｉｍａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ波浪理 参数 论选项波流相互作用选项海水密度入射角｜ｋｇ／ｍ３角度数值２２１１１０２８０。＂－＇９００表４－６波浪理论选项【４２】Ｔａｂｌｅ４―６ Ｏｐｔｉｏｎｓ ｏｆＷａｖｅＴｈｅｏｒｙ波浪理论选项Ｏ ｌ相应的波浪理论深度衰减经验修正的微幅波理论 Ａｉｒｙ波理论【４３】Ｓｔｏｋｅｓ五阶波理论 流函数波浪理论脚】２３对于ＫＷＡＶ取０和１的情况，是波浪自由表面取多达２０个具有不同波高、周期 及入射角的余弦波叠加，即：３７根据牛顿内摩擦定律【４５１，海流流速在淤泥出与海面之间按直线规律变化，取水底面 处波浪速度为０ ｍ／ｓ，海面处按照设计依据取值，其余进行内插法取值。表４．７海流参数Ｔａｂｌｅ４－７ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｌｉｓｔ深度／ｒａｍ 流速ｍ／ｓＯ．２＿４．６―８．１０．１１正常 极端 角度１．０３０．８４３０．６５５０．４６８０．２８１０．０９４Ｏ１．６７１．３６６１．０６３０．７５９０．４５５Ｏ．１５２０００＂－９００流荷载同波浪荷载一样可以通过ＡＮＳＹＳ软件自动施加到构件上，在此不用计算出 具体数值，根据我国工程经验，阻力系数ＣＤ和惯性力系数ＣＭ在本文分别取１．０和２．０。 ３）风荷载计算 对于导管架风荷载的计算，采用计算相应的受风面积施加于相应节点。因本工程高 度较低，平台以下导管架不考虑高度变化按照十米高度处的风速进行计算，两甲板之间 采用其中点高度计算风荷载计算公式采用式３．５。 则水面至甲板导管架每个导管的风荷载为： 正常风况作用下：Ｆ＝Ｉ １９６Ｎ／ｍ， 极端风况作用下：Ｆ＝２７３９Ｎ／ｍ。 则两甲板之间导管架每个节点的风荷载为： 正常风况作用下：Ｆ＝３６１６ Ｎ／ｍ， 极端风况作用下：Ｆ＝８２８２ Ｎ／ｍ。中国石油大学（华东）硕士学位论文风荷载作用位置为相应导管处，即简化至３米、４．５米、６米、１１米、１６米等高度处导管腿节点。４）冰荷载计算 在渤海湾区域冰荷载是海洋平台的一种重要荷载形式，浮冰撞击平台一般在短时间 内完成，应考虑动力效应。本文采用如图４．５简化的冰荷载曲线。本文按照中国船检局 规定的冰荷载计算公式对冰荷载进行计算，第一排每个导管腿承受冰荷载作用力采用式 ３．１４，其值为８３５ｋＮ；考虑第一排导管腿的破冰作用，第二排每个导管腿所受冰荷载作 用力为第一排相应冰荷载的Ｏ．０７倍，即为５８．４５ｋＮ。冰荷载作用于水平面处，考虑冰水 密度差，本文冰荷载的作用点取水面以上０．０２５ｍ处。Ｆ（ｋＮｈ图４－５冰荷载简化模型Ｆｉ９４－５ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｃｅ ｌｏａｄ５）地震作用计算 因为地震为小概率事件，本区域为七度抗震设防，其５０年产生七度地震概率仅为 １０％【３４】。根据《浅海固定平台建造与检验规范》规定地震荷载应作为单独的环境条件作 用于平台上，所以其不再与其他环境荷载参与组合，仅与恒荷载共同考虑。本文首先进 行模态分析，然后采用谱分析将其余一个已知的谱进行联系来计算模型在地震作用下的 动力反应，再通过瞬态动力学分析来对结构在承受地震作用下随时间变化的动力作用下 的动力响应。鉴于平台位于渤海湾海域，本文地震波采用“中国天津波（１９７６）地震竖 向记录”，将实际地震动记录的峰值折算成７度所需的数值，即乘以０．８１１４后采用，地 震记录为５ｓ时长，时间间隔为０．０１ｓ，本文每隔Ｏ．１ｓ取一个值，共取５０个，分别计算 本平台的最大位移及最大应力响应。 ６）荷载工况组合 在荷载组合中，要考虑各个荷载组合的可能性与合理性。可能性是指在荷载组合过３９第四章导管架海洋平台有限元分析程中，各个荷载能够可能同时出现，如最大冰荷载与波浪荷载的组合则是一般不会同时 出现，而最大波浪荷载的出现一般伴随着最大风荷载与海流荷载的出现；组合的合理性 是指本某一荷载组合工况对结构最为不利，而在另一状态下则不是最为不利的情况，如 最大垂直荷载与最大水平荷载的组合和最小垂直荷载与最大水平荷载的组合可能对于 不同的目标分别为最不利状态。本文在考虑了荷载组合的可能性与合理性，拟作出四个 荷载工况组合，各工况组合如表４―８所示。表４－８荷载工况组合Ｔａｂｌｅ４．８ Ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏａｄ ａｎｄ ｗｏｒｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ序号ｌ组合名称 工作工况荷载组合 工作波浪＋工作海流＋工作风＋自重＋设计水位 极端波浪＋极端海流＋极端风＋自重＋设计水位２极端波浪工况极端冰工况 地震工况３海流＋冰＋工作风＋自重＋设计水位地震作用＋自重＋设计水位４４．４导管架模型模态及谐响应分析自振特性分析包括确定结构的固有频率和振型特性的分析，分析的基本手段是将时 间因素与结构位置因素分离，利用特征方程求其非零解，自振特性是结构物固有的振动 特性【４６１。模态分析用于确定结构平台的自振特性，是系统辨别方法在工程振动领域中的 应用，也是动力学分析的基础，尤其是在地震作用下结构的动力响应问题，可以用以防 止共振现象的发生。模态分析是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模 态坐标，将独立方程采用模态坐标及模态参数描述，来求解系统的模态参数‘４７１。通过谐 响应分析，可以看出结构在正弦规律变化的荷载作用下的稳态反应，可以得出结构相应 随频率变化的曲线。 对于胛个自由度的结构，考虑三维振动具有３刀个振型样式，即振型，可以用运动 方程表示为：一瞰】匈｝＋隧】函；＝１０）（４．３）通过模态分析，可以得出结构在各个频率段的主要特性并得出受动力影响的不利范围， 与结构所受动力荷载与作用的频率相比较，以免使动力效应扩大甚至发生共振。ＡＮＳＹＳ 共提供了子空间迭代法（Ｓｕｂｓｐａｃｅ）、分块法（ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ）、ＰｏｗｅｒＤｙｎａｍｉｃ法、缩减法（Ｒｅｄｕｃｅｄ）、非对称矩阵法（Ｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）和阻尼法等六种模态提取方法【４８１。本中国石油大学（华东）硕士学位论文文采用分块法的系数矩阵方程求解。根据模态分析的结果，与海域波浪周期进行比较， 判断平台结构发生共振的可能性。 模态分析结果详见表４．９，本文提取前十阶振型，阵型大小为相对量值，反应结构 固有频率及振动的传递状况。由结构物的振动特性可知，本平台结构的第一Ｘ向平动、 第一Ｙ向平动及第一扭转振动为结构的前三个阵型，而其周期分别为０．６５５１７ｓ、 ０．６５５７６ｓ和０．７０１１７ｓ，均与波浪的周期相差较多，不会因为波浪而引起共振现象，而 且前两个周期均为平动，故平台抗扭刚度满足设计的需要，在地震中能吸收较多的能量， 具有较好的延性。表４．９平台结构自振频率Ｔａｂｌｅ４－９ Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ振型 周期／ｓ 模态 周期／Ｓ１２３４５０．６５５１７０．６５５７６０．７０１１７４．４８８９４．５３４ｌ６７８９１０４．９０９８６．５２６４６。８８９５６．９２５０７．３８３３嚣阿孓莎ｉ。ｉ＾Ｎ｜Ｍ／Ｖ、 薹暑啊疋删黔…ｉＪ：――――?。＿。。－＿一 。、雌它玉ｆ匿！／７／ｊ／图４－６一阶振型Ｆｉ９４－６ Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ Ｆｉ９４―７图４．７二阶振型Ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ图４．８三阶振型Ｆｉ９４－８ Ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ图４－９四阶振型Ｆｉ９４―９ Ｔｈｅ ｆｏｒｔｈ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ第１，ｑ章导管架海洋平台有限冗分析图４．１０五阶振型Ｆｉ９４－１０ Ｔｈｅ ｆｉｆｔｈ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ图４―１ｌ六阶振型Ｆｉ９４－１１ Ｔｈｅ ｓｉｘｔｈ ｍｏｄｅｌ ｓｈａｐｅ图４?１２ ＵＸ、ＵＺ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ变化曲线Ｆｉ９４－１２ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＵＸ、ＵＺ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ图４－１３Ｆｉ９４－１３ＵＹ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ变化曲线Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＵＹ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ从图１２、１３谐响应分析图中可以看出，当所施加的荷载频率与本海上平台的自振 频率相近时，结构的响应位移相应为最大，在设计中主要避免结构的第一阶的三个阵型， 验证了结构的共振效应的危害，在设计中应予以避免。４．５环境荷载作用下的平台响应分析通过分析发现，风荷载与冰荷载、地震荷载等其他作用相比处于次要地位，故风荷 载可以考虑按照静力作用于结构，采用静力分析。使用ＡＮＳＹＳ软件对本海洋平台进行 上述工况相应荷载作用下的结构分析，计算出在各个工况荷载作用下的平台的最大应力 及位移反应，与相应规范进行对比并为后续的可靠度计算及优化设计做前提【４９】。本文 采用ＡＮＳＹＳ提供的瞬态分析进行荷载动态分析计算，根据所对应的荷载选取相应的荷 载步及子步，提取每一子步的等效应力最大值，选择产生最大应力时的子步，观察本子 步海洋平台的应力及位移的分布状态，并为后面做准备。根据后面ＡＮＳＹＳ计算分析得 到，波浪入射角为９０度的情况下，相位角为１０度时，平台的响应为最大，故采用此作 为后续分析，在波浪作用下采用Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ法分析，计算波浪荷载的动力作用。４２图４．１５等效应力图Ｆｉ９４－１５ Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ图４．１６总位移图Ｆｉ９４－１６ Ｓｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ（２）极端波浪状态下的动力分析１ Ｏ Ｏ９ Ｏ８０罡芒Ｒ趟７ Ｏ６ Ｏ０１Ｏ２ Ｏ３ ０４ ０时间／ｔ图４．１７最大等效应力响应Ｆｉ９４―１７ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ４３（３）极端冰工况下的动力分析２ ０ ０１ Ｂ Ｏ１ ６ ０芒１ ４ ０星Ｒ 毯１ ２ ０１ ０ Ｏ８ ００２４６８时间／ｔ图４．２０最大等效应力响应Ｆｉ９４－２０ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ图４－２１等效应力图Ｆｉ９４―２１ Ｖｏｎ ｒａｉｓｅｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ图４．２２总位移图Ｆｉ９４－２２ Ｓｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｔ图４．２３最大等效应力响应Ｆｉ９４?２３ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ图４－２４等效应力图Ｆｉ９４?２４ Ｖｏｎ ｍｉｓｅｓ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓ图４．２５总位移图Ｆｉ９４－２５ Ｓｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ表４．１０等效应力最大值Ｔａｈｉｅ４―１０ Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｏｆＶｏｎ ｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｖａｌｅ工况 正常工况 极端波浪工况 极端冰工况 地震工况匝力值ＭＰｎ１０３．４位置． 导管拐角处 导管拐角处 导管底部 导管底部１２７．１１８６．４】４９．９从海洋平台各种工况下的动力分析中可以发现，在正常工况及极端