与海洋结构动力学有关的知识（海洋结构物必用）.pptVIP

* 张力腿平台是一种垂直系泊的半顺应半刚度式平台，一般由五大部分组成，分别是平台上体、立柱（含横撑和斜撑）、下体（浮箱）、张力腿系泊系统和锚固基础 * 平台上体位于水面以上，通过4根或3根立柱与下体（圆柱形结构）连接， 立柱一般为圆柱形结构，其主要作用是提供给平台主体必要的结构刚度。 平台的浮力由立柱和位于水面以下的下体浮箱提供。 张力腿一般为四个，每个张力腿由2~4根张力筋腱组成，上端固定在平台本体上，下端与海底基座模板相连。有时增加侧向系缆，增加平台侧向系泊刚度。 * 张力腿平台通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消平台自重外，剩余浮力与张力腿的预张力平衡，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态，显著提高了系索的刚度。张力腿预张力使平台平面外的运动（横摇、纵摇和垂荡）较小，近似于刚性。张力腿平台本体主要是直立浮筒结构，浮筒所受水平方向波浪力较大，因而通过张力腿在平面内的柔性，实现平台水平面内的运动（纵荡、横荡和首摇），即为顺应式，这样，较大的环境载荷能够通过惯性力来平衡，而不需要通过结构内力来平衡。所以张力腿平台为半顺应半刚性结构形式。 * 张力腿平台一般垂荡运动的固有周期为2~4s，纵横荡运动的固有周期为100~200s；横摇、纵摇运动固有周期均低于4s，首摇的运动固有周期则高于40s。整个结构的频率跨越波浪的一阶频率谱两端，可以避免结构和海浪能量集中的频率发生共振。 * 张力腿平台像一个倒置的钟摆，是一个刚性系统和弹性系统两者综合的复杂非线性动力系统。 张力腿平台总体上的动力问题，主要是差频和和频波浪载荷引起的振动，波浪差频载荷是缓慢变化的力，可能和张力腿平台水平面内固有长周期运动的频率接近，诱发水平面内的大幅共振运动，此外紊流风的激振频率也在该频率范围，加剧平台的慢漂运动。波浪的高频分量和高频水动力会引起的平台水平面外平台的弹跳振动（Spring或者Ringing）。高度约1000m的张力腿，承受波流联合作用，发生非线性涡激振动，出现亚谐振动和组合共振响应。考虑来自张力腿的预张力和动态张力，张力腿承受横向波流载荷和轴向激振力，发生参数激励振动，是导致张力腿结构的大幅振动和失稳的重要原因。 * Spar平台，整体组成一般分为6大系统：平台上体、主体外壳、浮力系统、中央井、立管系统、系泊系统。从结构上来讲，则将Spar平台分为3部分：平台上体、平台主体以及系泊系统（包括锚固基础），其中平台上体和平台主体并称为平台本体。Spar平台的本体结构如图1-21所示。 * 图1-21中螺旋侧板用于消除漩涡，减小圆柱型主体外壳的涡激振动，同时增加升沉和摇摆运动的阻尼。 传统的系泊缆索为链-钢缆-链结构，一定预张力作用下形成半张紧状态，在其重力作用下形成悬链线。随着平台作业水深增加，采用张紧聚酯纤维缆系泊，通过施加预张力缆呈拉紧形状，从而可以减轻缆的重量和减小系泊缆覆盖的水域。 * 同其它形式平台的动力响应一样，对Spar平台运动响应的研究主要考虑垂荡运动、纵荡／横荡、纵摇／横摇、首摇和涡激振荡。对于没有回复力的三个运动—— 纵荡、横荡和首摇，由于Spar壳体具有柱形结构，所以通常受到很小的首摇激励力，首摇运动因此可以忽略不计。而Spar的半张紧系泊装置使其水平刚度比较大，因此位置漂移比较小。通常在设计Spar时，对于完整系泊状态，要求漂移小于4%水深；对于有损坏的系泊状态，漂移小于6％水深。 Spar的纵摇／横摇刚度由GM值(重心和稳心的距离)决定。对于纵摇／横摇运动性能的要求通常来自于立管和顶层模块的设计。一般设计要求在百年一遇的风暴中，Spar的最大组合纵摇／横摇角小于10°。 * Spar的垂向刚度主要来自于它的水线面面积。系泊系统的垂向刚度与静水压力引起的刚度相比可以忽略不计。对于经典Spar平台来说。由于Spar平台的圆柱体形状以及恒定的横截面积，它的阻尼和自然周期较小，在长周期涌的条件下，将产生一个线性激励垂荡共振运动，从而使得一阶波浪力比二阶差频波浪力变得更为重要。在共振的情况下，垂荡响应会急剧地增大，并会产生纵摇耦合运动。. 对于桁架式Spar，除了在它的上部壳体外使用侧板外，在下部桁架部分安装垂荡板，通过垂荡板增大Spar的垂荡附加质量和垂荡阻尼 * Spar平台上具有较多的圆柱形构件，在一定的雷诺数范围内，漩涡自主体上周期性地脱落，造成作用在弹性主体上的周期激振力，产生涡激振动。 在漩涡脱落的激振力作用下，如果柱体的自振频率和激振频率接近，就会产生共振，产生大幅度的变形和运动。试验发现，当来流的无量纲速度处于一定的范围内时，漩涡脱落的频率不再随来流速度而增加，而是和柱体的自振频率保持一致，从而产生锁定(Lock-in)效应。锁定效应扩大了共振范围，引起结构的大幅度振动，同时由于波浪