许宁[1]2011年在《锥体海洋结构的冰荷载研究》文中进行了进一步梳理冰荷载是寒区海洋结构的控制荷载。由于海冰的破坏和断裂理论尚未成熟,使得冰荷载研究发展缓慢,迄今未能建立合理的理论和计算模型。对于传统的直立形式抗冰结构,海冰发生挤压破坏,产生最危险的冰荷载,其中极值和交变荷载的机理尚未研究清楚。本文提出在直立结构上安装破冰锥体的概念以降低冰力,其原理是将结构水面位置改造成锥体形式,将海冰的挤压破坏模式转化为弯曲破坏,从而达到降低冰力和冰激振动的目的。自上世纪70年代开始,人们主要针对锥体结构极值静冰力进行研究,而动冰力的研究开展较少。针对动力问题显着的渤海冰区锥体导管架结构,大连理工大学曾开展了完备的海冰现场监测,基于实测数据建立了冰力模型,并已广泛应用于同海域结构的冰振响应预测。但上述结论对于其它海域和结构的应用存在着一定的局限性。海冰对结构作用的破坏过程非常复杂,无法采用经典力学理论或数值方法进行分析与模拟,实验方法成为研究冰荷载的主要手段。本文通过对直接测量冰力和海冰破坏行为的分析,对锥体结构冰荷载进行理论分析并建立了计算表达式：通过开展不同尺寸的原型结构和室内模型的实验研究,揭示了海冰荷载的周期、大小和时程变化的形成机理,建立了动冰力计算模型；提出了交变冰力的发生判据和宽、窄锥体结构的定义,并论证了结论的适用范围。通过冰荷载和实测结构响应的对比分析,论证了安装破冰锥体降低平台冰振的效果。本文的主要研究工作如下：1.针对渤海冰区两座原型结构的现场测量和德国汉堡船模实验室(HSVA)模型实验研究。原型结构现场测量能够为冰荷载研究提供最真实的信息,主要包括冰力和海冰破坏行为：利用JZ20-2MUQ平台上的压力盒冰力测量系统能够直接获取冰力时程曲线,通过同步测量的海冰-结构作用过程说明动冰力形成的物理过程；为避免特定结构测量信息和结论的局限性,针对同海域最大锥体导管架结构进行了冰力测量,即通过结构水下光纤应变测量整体冰力。通过现场测量得到了海冰破坏的基本规律和冰荷载的基本结论。为进一步分析结构形式(尺寸)对海冰破坏和冰荷载的影响,开展了锥体模型的室内实验。通过模型实验更加详细地分析了与锥体作用时的海冰破坏行为(包括正、倒锥体),进而对现场监测的研究结论进行验证。2.基于直接测量的海冰破坏模式分析,统计分析了海冰对锥体结构作用力的周期和幅值,确定了动冰力的形成机制,并建立了相应的计算模型。海冰交变冰力形成的物理机制是冰在锥体前的持续断裂过程：冰力周期的实质在于相邻海冰断裂的时间间隔,取决于海冰断裂长度和运动速度；冰力幅值的本质在于裂纹形成和扩展时的能量释放。二者均受到海冰破坏模式的控制。结合海冰断裂的形成机理分析,即海冰内部裂纹的形成和扩展机制,确定了原型和室内实验中两种主要的海冰破坏模式：楔梁型和板型弯曲破坏。根据实验研究中的参数范围,提出海冰破坏模式的控制要素,其中对锥体结构尺寸的影响进行了重点讨论,为研究结论的适用性奠定基础。基于海冰破坏行为的分析,利用实测冰力数据建立了冰力周期和幅值的计算模型。3.根据海冰与结构作用的物理过程确定了交变冰力的基本形式和发生判据,并给出了宽、窄锥体结构的定义。海冰与结构作用的物理过程是海冰荷载时程变化的机理解释。根据压力盒直接测量的冰力时程和同步获取的冰-锥作用过程,提出了交变冰力的基本形式：叁角脉冲(加载、卸载)和完全卸载组成的周期性荷载。完全卸载对应破碎冰在结构前的完全清除,能够保证未破碎冰直接作用于锥体,也是海冰持续弯曲破坏和交变冰力的发生条件和判据。若破碎冰能够完全清除,则定义该结构为窄锥体,此时发生交变冰力；若破碎冰不能及时清除而发生冰堆积,完整冰板不能直接作用于锥体,此时定义该结构为宽锥体。在此基础上确定了交变冰力的基本形式及其适用范围,并建立了窄锥结构的动冰力计算模型。该模型通过了多座原型结构实测响应的验证,可用于锥体海洋结构的冰振预测、评价和结构设计。4.基于原型结构的现场测量,对安装锥体降低冰振危害的效果进行了分析和评价。在直立海洋结构上安装锥体的主要目的是降低冰力和冰振。通过对冰力和结构振动响应的对比分析,说明了加锥减振的可行性和优势。安装锥体后可以从根本上消除直立结构由于海冰挤压破坏而可能引发的频率锁定冰力和恒幅稳态振动现象；通过原型结构的直接冰力测量,证明了锥体结构对冰力具有显着的降低作用,并对加锥降低冰振的效果进行了量化分析,结果表明安装破冰锥体达到了预期的效果。本文系统地开展了锥体结构动冰力形成机理、冰荷载计算模型以及安装锥体抗冰效果评价等方面的研究,从理论上研究了海冰与锥体结构相互作用时的破坏机理及冰力模型,对冰区锥体海洋结构的优化设计和安全评估具有很好的应用价值。
于佰杰[2]2007年在《海冰与锥体抗冰平台相互作用的数值分析》文中提出随着能源需求量的日益增加，海洋采油平台的设计尤为重要，其中海冰对海洋平台的威胁成为科研人员关注的课题。为避免冰激振动，以显示动力分析软件LS-DYNA为工具，模拟了海冰和海洋平台锥体抗冰结构相互作用的破碎过程。通过断裂过程的模拟得到了海冰弯曲断裂过程，模拟结果和现场观测一致。海冰的破碎长度符合实测结果。同时模拟结果给出了冰荷载时程曲线，呈现与实测结果一致的叁角形脉冲形式。模拟得到了平台上部结构振动的位移和加速度响应信息。通过数值模拟对海冰断裂过程和冰荷载的影响因素进行分析。首先分析了冰锥接触宽度对破坏模式和断裂长度的影响，结果显示冰锥接触宽度不是破坏模式转变的主要因素，对断裂长度的影响不大。同时分析了锥体角度、海冰厚度、弹性模量和海冰速度对海冰断裂行为的影响程度。针对科研人员关心的冰锥交界处的破碎情况进行了分析，结果表明在冰锥交界处没有发生像海冰与直立结构相互作用一样的挤压破碎情况，海冰仍然表现为弯曲断裂，但冰荷载峰值略高。文章最后一部分对海冰和渤海JZ20-2海域的MUQ中北和NW北高两个现役海洋平台的相互作用过程进行模拟。结果显示出与实测相近的海冰断裂情况、海冰的断裂长度、冰荷载以及平台振动信息，为海洋平台抗冰结构设计提供参考。
屈衍[3]2006年在《基于现场实验的海洋结构随机冰荷载分析》文中指出本文基于对冰荷载测量现场实验数据的分析,对作用在冰区海洋结构上的随机冰荷载进行了研究。 为了研究作用在海洋结构上的冰荷载以及冰激结构振动问题,在渤海JZ9-3海域的GCP平台,MDP系缆桩以及JZ20-2海域的叁座加锥海洋平台,建立了完备的原型结构冰荷载测量系统,进行了长期的现场冰荷载测量实验。同时在合作开展的欧盟LOLEIF和STRICE项目中,在瑞典的Norstromsgrund灯塔(直立结构)进行了系统的冰荷载现场测量工作。在实验中利用压力盒对直立结构,锥体结构上的冰荷载进行了直接测量;利用加速度传感器对冰激结构振动响应进行了测量;利用摄像头对冰速,冰厚及冰与结构作用过程等相关信息进行了视频记录。实验中,得到了大量高质量的冰荷载数据。 通过对直立结构上现场试验数据的分析,发现直立结构常见振动为较强的随机振动,此时冰快速运动并发生连续挤压破碎;而冰慢速运动时结构发生的自激振动振幅最大。通过对压力盒冰荷载数据及冰挤压破碎过程的分析,基于连续挤压破碎冰力分形特征,利用Weierstrass函数对挤压破碎冰力时程进行了模拟,建立了冰力模型;通过对连续挤压破碎冰力数据进行谱分析,引入风荷载谱分析理论,在频域上建立了冰力谱模型。同时发现,挤压破碎最大冰力具有明显的尺寸效应。基于这一发现给出了挤压破碎最大冰力的计算方法。该方法与利用断裂力学理论分析挤压破碎过程得到的最大冰力计算公式符合良好。 通过对锥体结构振动响应数据及冰荷载数据的分析,发现作用在窄锥结构上的冰力具有一定周期性,可以引起柔性海洋结构的冰激振动。压力盒冰力数据显示作用在窄锥上的冰力可以简化为具有一定周期幅值的叁角形冰力脉冲。通过对冰力周期,幅值样本的统计分析,确定了冰力周期、幅值的随机分布及确定方法,建立了随机冰力函数。通过对冰力数据的谱分析,得到了窄锥结构上的冰力谱形式。发现冰力谱介于窄带宽带之间,可以用Neumann谱进行模拟。通过对谱参数与冰力参数关系的分析,建立了窄锥结构上的冰力谱模型。同时对冰与锥体作用的相关问题进行了讨论,分析了加锥对结构抗冰的影响。 以冰激结构振动响应预警,冰激结构振动疲劳分析以及冰激振动下海洋平台动力优化设计为例,对本文得到的冰荷载模型的应用进行了举例与验证。
刘圆[4]2006年在《抗冰海洋平台动力分析与结构选型研究》文中研究表明目前抗冰平台的设计仍处于静力设计阶段。但是近几年在渤海辽东湾多座平台的现场监测表明，渤海导管架平台存在比较剧烈的冰激振动现象，并直接威胁着平台的安全。本文基于渤海抗冰平台的现场监测数据以及冰荷载研究的最新成果，对渤海抗冰海洋平台在动冰力作用的结构特性、疲劳分析方法以及结构选型等内容进行了系统的分析和研究。首先，本文对渤海现场原型试验和基于现场原型试验取得的冰荷载研究成果进行了归纳与总结。研究结果表明，圆柱桩腿平台存在冰致稳态振动，安装破冰锥体后，结构也会发生冰激共振现象。基于直接冰力与结构响应的同步测量数据已经建立了比较实用的冰力模型，这为开展抗冰结构的动力分析创造了条件。本文的研究内容是在消化了冰荷载研究成果的基础上开展的。对开展现场监测的四座平台建立了有限元模型。基于实测的自由振动衰减曲线，利用对数缩减法确定了渤海抗冰导管架结构的综合阻尼比，为提高抗冰平台动力分析的精度提供了基础。同时分析了结构的模态特征，并利用实测数据进行了对比，验证了模型的合理性，通过对四座平台的动力响应分析，阐述了渤海抗冰导管架平台的动力特性，指出渤海的抗冰导管架结构为静刚度比较大的柔性结构。在动力特性方面，无论是直立结构还是锥体结构，其基频都与冰荷载的频率接近或一致，抗冰平台呈现明显的动力放大柔性特征。在静力特性方面，渤海抗冰平台的静刚度较大，在极值静冰力作用下，结构的位移响应较小，结构具有较大的静力安全储备。这个特点对开展结构动力优化与结构振动控制有指导意义。对渤海抗冰导管架平台的疲劳问题进行了比较全面的分析，并对冰振作用下管结点疲劳寿命的详细计算方法进行了研究。基于实测冰力时程和冰激振动响应数据，论述了渤海抗冰导管架平台存在冰激疲劳失效问题。通过安全寿命分析，给出了冰激疲劳分析的流程，进一步完善了柔性抗冰导管架平台冰激疲劳寿命的分析方法，指出估计冰激疲劳寿命的关键问题是冰荷载与冰疲劳环境参数。同时根据多年的现场冰情监测与海冰数值模拟成果，建立了渤海JZ20-2海域的海冰疲劳环境模型，为进行详细冰激疲劳寿命估计提供了基础。利用谱分析方法，分别对新建的JZ20-2NW平台和现役的JZ20-2MSW平台进行了详细的冰激疲劳寿命估计。另外，还分析了冰激甲板振动对工作人员和上部管线系统的影响，指出甲板加速度引起的上部管线和作业人员的疲劳也是平台设计需要考虑的问题，设计过程需要对平台的甲板加速度进行分析。利用谱分析方法计算了渤海四座典型抗冰导管架平台在不同冰况下最大振动加速度响应幅值，并利用实测冰激振动响应验证了计算结果的合理性，同时论述了数值结果在实际工程中的应用。最后，论述了抗冰海洋平台的结构特点和类型，目前已经应用的抗冰海洋平台主要有人工岛和导管架平台两类，总结了这两类抗冰海洋平台的发展历史和结构特点，分析了四腿、叁腿与单腿抗冰导管架结构的抗冰性能。结果表明，针对渤海冰区边际油田的开发，独腿导管架平台加抗冰锥体用作卫星平台是可行的，四腿导管架结构加抗冰锥体适合用作中心平台，并进一步论述了简易抗冰平台在渤海应用的可行性以及需要解决的关键问题。
王胜永[5]2013年在《抗冰平台结构的性能设计分析与验证研究》文中认为寒区抗冰平台结构的设计一直存在诸多具有挑战性的课题。特别是近年来,随着海洋油气资源开发的日益追求经济性效益,抗冰平台结构的设计越来越趋于经济性设计。然而这些抗冰平台结构在运行中普遍存在冰激振动问题,致使平台结构存在多种失效模式,甚至严重冰激振动下会导致平台结构的性能丧失。因而,如何满足各种性能需求的抗冰平台结构设计是值得深入研究的课题。寒区抗冰平台结构的性能是由多种性能需求共同构成的。抗冰平台结构的设计过程包含概念设计、初步设计和详细设计叁个阶段,其中概念设计和初步设计是决定抗冰平台结构性能的设计阶段,很有必要开展深入的研究分析工作。因而本文在平台结构现场测量数据分析及相关研究成果的基础上,开展了抗冰平台结构性能设计理论、隔振锥体减冰振策略以及简易混凝土平台结构抗冰振性能设计等方面的研究分析工作。寒区平台结构现场测量数据是抗冰平台结构性能设计研究的基础,其中渤海冰区已经开展了数年的现场测量工作,并取得了很多有价值的测量数据。本文介绍了渤海海冰信息及平台结构冰激振动响应的现场测量体系,以及测量方法、原理及技术等最新研究进展。在海冰荷载形成机理、冰力计算模型以及平台结构冰振失效机理等最新研究成果的基础上,给出了抗冰平台结构的性能评估指标。根据平台结构现场测量数据及性能评估指标,对JZ20-2海域的叁座抗冰平台结构进行了性能评估比较分析。油气资源特点、开发模式和平台结构静、动力性能需求是抗冰平台结构性能设计的主要影响因素。阐述了抗冰平台结构性能设计是满足安全性能、适用性能及经济性能要求的结构设计方法。讨论了抗冰平台结构性能设计应该满足的设计控制限值,包括安全性能的强度设计限值、适用性能的冰振失效限值以及构件截面几何尺寸设计限值等。通过平台结构冰振失效和减冰振策略分析,给出了抗冰平台结构基于性能的动力设计流程。以JZ20-2油气田为例,进行了适合该油气田开发的抗冰平台结构概念设计、平台结构选型等分析。抗冰平台应用隔振锥体减冰振是利用了海冰物理力学特性和隔振原理。即海冰弯曲破碎强度低于压缩强度以降低冰力,同时,动冰荷载作用下隔振锥体发生主要的冰激振动响应,以减少传递给平台结构的冰激振动能量。计算分析了弹簧刚度和阻尼对隔振锥体设计的影响。结果表明弹簧刚度是影响隔振锥体设计的主要因素,同时适当的阻尼能够吸收冰激振动能量,有利于降低平台结构的冰激振动响应。以JZ20-2MUQ平台结构为例,应用数值仿真分析方法验证了隔振锥体的减冰振效果。以JZ20-2油气田为例,应用实例推理方法进行了基于性能的抗冰平台结构初步设计分析。包括平台结构主桩腿及支撑杆件布置方案选择,隔振锥体设计参数计算以及各性能设计限值控制条件下的平台构件截面几何尺寸参数设计。对基于性能的抗冰平台与JZ20-2MUQ原型平台的结构设计参数及结构性能参数的进行了对比分析表明,基于性能的抗冰平台结构初步设计达到了性能设计要求,从而也验证了抗冰平台结构性能设计理论及动力设计流程的正确性和可行性。最后,混凝土平台与钢质平台进行经济性比较分析表明,混凝土平台结构在建造成本、安装就位及维护费用等方面比钢质平台更具经济性。本文分析了适用于寒区浅海边际油气田开发的抗冰平台结构应具有简易经济性、可移动性以及抗冰振等性能,并提出了满足这些性能要求的单立柱桶型基础混凝土平台型式。以JZ9-3WHPB单立柱桶型基础钢质平台结构为例,进行了将其钢质中央立柱设计为混凝土中央立柱的初步设计分析。计算分析表明,在同等冰况下,该单立柱桶型基础混凝土平台与JZ9-3WHPB单立柱桶型基础钢质平台相比,具有更好的抗冰振性能。同时,为寒区边际油气田开发提供了一种可以选择的平台结构型式。
张大勇[6]2007年在《基于性能的抗冰导管架结构风险设计研究》文中研究指明基于性能的结构设计是使设计出的结构在未来的灾害荷载下能够维持所要求的性能水平,它要求在结构设计中从以往只注重结构的安全,向全面注重结构的性能、安全、经济等诸多方面发展。针对我国渤海边际油田抗冰导管架平台设计中出现的问题—基于极端静冰荷载,没有考虑冰激振动带来的巨大风险。本文结合“863”国家高技术研究发展计划“新型平台抗冰振技术”(编号2001AA602015)项目,对边际油田抗冰导管架结构进行基于性能的风险设计,建立了柔性抗冰结构的失效模式,即设计准则,并提出了相关判据;基于投资—效益准则进行海洋平台抗冰振设计,将此转化为以结构整个寿命周期内总费用最小为目标函数的结构最优设计问题。本文研究内容包括如下几个方面:第一章介绍了本研究的背景、意义,回顾了边际油田抗冰结构设计思想的发展概况,概括了抗冰结构动力分析与优化设计的研究状况以及本文的研究工作。第二章从投资-效益准则、结构寿命周期内总费用评估、初始造价评估、结构失效损失值估计等方面,对基于性能的抗冰导管架结构设计理论中的有关问题进行了讨论,认为抗冰结构的动力分析及失效模式,即设计准则是基于性能设计的瓶颈。第叁章基于现场原型试验,对取得的冰荷载研究成果进行了归纳,并且通过对渤海辽东湾抗冰结构及上部设施的实时测量,进一步明确冰激振动对边际油田抗冰导管架结构的影响。本章研究为抗冰结构性能设计的失效模式及结构动力分析提供可靠的理论基础。第四章基于多年现场冰与结构作用观测以及冰荷载的研究成果,明确了冰激振动对抗冰导管架直立结构和锥体结构的影响,即冰致抗冰结构动力放大明显。通过对失效构件的力学分析、春季检修法兰松动统计、法兰松动失效机理解释及室内试验,进一步论证了渤海石油柔性抗冰结构的动力失效模式,并确定了各种失效模式的失效判据。分析结果表明,渤海特殊的环境条件及石油分布决定了渤海导管架平台为典型的柔性抗冰结构;冰振不仅可以引起显着的管结点疲劳应力;还可以引起较大的甲板加速度响应,危害平台上部管线的安全,降低作业人员的工作效率。第五章基于前一章节对抗冰结构失效模式的分析,建立了冰激振动下结构的动力失效量化分析方法。包括基于监测的抗冰结构疲劳寿命估算、冰激振动对作业人员的风险评估、以及冰激抗冰平台上部管线系统的振动分析。本章研究弥补了抗冰结构设计和安全评估中忽略冰激振动的不足,很大程度上促进了现役抗冰平台在冰激振动下的安全评估,为形成更好的平台失效标准创造良好的理论基础。第六章针对抗冰海洋平台不同类型的失效模式,提出了相应的可靠度计算方法。首先,利用Monte-Carlo随机抽样,通过对大量样本统计分析,得到了冰区导管架海洋平台结构整体抗力及极值冰力响应的概率统计,在此基础上提出了冰区海洋平台整体可靠度分析的高效近似算法。其次,采用首次超越破坏机制来研究海洋平台冰振动力可靠性问题;最后,结合现有的冰疲劳环境荷载及冰力谱函数,提出了相对冰速、冰厚随机冰载的等效应力幅值的近似计算方法,进行疲劳寿命及可靠性分析。本章的研究是基于性能的抗冰结构风险设计中的基本工作。第七章基于投资—效益准则进行海洋平台抗冰振设计,将此转化为以结构整个寿命周期内总费用最小为目标函数的结构最优设计问题。确定了冰区海洋平台全寿命总费用的评估模型;考虑了抗冰平台结构多种类型的性能要求(结构、设备、人员),建立极端冰荷载和动冰荷载下各种失效模式的损失值评估方法。基于先前建立的抗冰结构各种失效模式的失效概率计算,以渤海某抗冰平台为例,实现了全寿命总费用最小的抗冰海洋平台优化设计。结果表明,基于投资-效益准则的风险设计模型对冰区海洋平台最优设计是可行的,并且与基于规范的静力设计和考虑动力的最优设计相比更加合理。最后,对全文工作进行总结,并提出了需要进一步研究的内容。
李德权[7]2010年在《抗冰平台冰激振动抑制策略研究》文中研究说明柔性抗冰导管架平台冰激振动问题严重,已经威胁到平台的安全生产和工作人员的身心健康,必须采取合理有效的控制手段加以抑制。在土木工程领域,振动控制策略在理论和应用等方面都已经发展的很成熟,对海洋结构的冰激振动抑制有很好的借鉴意义。作者基于明确的海洋平台冰激振动特点,以及大量的现场原型实测数据,结合经典的隔振、吸振理论,论述了破冰锥体、隔振锥体、端部隔振、调谐质量阻尼器(TMD: Tuned Mass Damper)四种控制策略在导管架抗冰平台冰激振动抑制领域的有效性及各自的适用性。现场监测数据显示,渤海导管架平台结构偏柔性,其基频与海冰破碎频率相接近,故在海冰作用下平台冰激振动的大部分能量通常集中在平台结构的一阶固有频率上,并且模态分析显示平台的冰激振动通常以一阶平动为主,因此,为了更加清晰地表述振动控制原理,导管架海洋平台可以简化为单自由度模型,在此基础上,平台与不同类型的振动抑制设备结合后可以相应简化为单自由度或者两自由度模型系统。据此原理,本文首先介绍了上述几种控制策略相应的力学模型及动力学方程,并详细阐述了不同模型的力学原理及物理意义,其中重点对TMD的原理进行了相位解释,然后选取NP1-29、JZ9-3WHPB、JZ20-2MUQ叁座不同类型且具有代表性的导管架平台,应用数值方法对各平台进行了稳态冰荷载及随机冰荷载作用下各控制策略的减振效果分析,通过对加控前后数值计算结果的对比,首先确定了各种减振策略的有效性及对不同类型平台的效果,然后结合各自减振原理及平台结构特点对每种策略的优缺点及适用性进行了分析,并最终确定了各控制策略的适用范围。
于晓[8]2001年在《渤海海冰锥体冰荷载研究》文中指出在结冰海域，海冰往往是海洋工程结构的控制环境荷载。大多数导管架结构的抗冰部分都是直立的圆柱结构。早在上世纪七十年代，就有人提出在结构的抗冰部位安装锥体可以降低冰力的假定，随后的二十多年里，寒区各国针对锥体结构的冰荷载进行了大量的室内实验与理论研究。但是，基于原型结构的锥体冰荷载研究则很少，另外，关于锥体结构的动冰力研究也很少见。因此，人们还不能正确的评价安装锥体的实际效果。 本文在综述了以往关于锥体结构冰荷载研究成果的基础上，连续叁年参加了现场原型结构锥体冰荷载实验研究，在对大量的实验数据处理过程中，对锥体冰荷载从破坏模式、静冰力幅值、冰力周期、冰与结构作用时间等进行了计算与统计，为理论分析提供了依据，并构造具体的函数形式。具体说来可以概括为以下几方面。（1）回顾与总结了前人所做的锥体结构冰荷载的研究工作，发现 国内外还仅限于理论与室内实验的静冰力确定和探讨，并没 有关于动力的研究，在冰力函数形式与参数的确认上没有形 成统一的体系。对此，在将静冰力的研究成果进行了总结、 筛选的基础上，结合实验数据得到锥体结构的冰力幅值计算 公式；（2）参与渤海原型结构锥体冰荷载实验的具体进行，并独立承担 其中的锥体结构数据分析工作，通过实施压力盒冰力直接测 量与统计分析、平台结构振动位移响应的测量与统计分析以 大连理工大学硕士论文 及现场观录像观测数据的统计分析，观察冰与结构作用的破 坏模式，获得了大量珍贵的第一手数据资料。分析中具体研 究了结构振动中的动力放大现象，并得到冰与锥体作用周 期、作用时间以及冰厚、冰速等各参数的分布形式； 门）根据大量的现场原型观测数据和经验，提出自己的观点，首 次构造了锥体的动冰力函数，以此计算冰激结构振动，进而 为科学的设计平台结构提供服务。 以上的工作仅是冰荷载研究的一部分，如压力盒数据与结构 振动响应数据的分析主要都集中在时域方面，巨大的信息量虽然 保证了处理结果的科学完备，但工程应用总是希望会有更方便简 洁的途径，因此频率领域的研究工作也逐步展开，压力盒的频谱 分析，响应的频谱分析等等，都要在今后的工作中得以开展。同 时，对于不同的结构形式和冰区环境，平台在加装了锥体之后虽 然降低了冰力，但却并没有都能起到理想的减振效果，这说明了 在冰力函数的构造中，结构与海冰的其他参量，如结构刚度、锥 角、锥径、冰速等对于冰荷载的影响都不可忽略。因此，在今后 的工作中还需要进行进一步的研究与分析。
王延林[9]2011年在《抗冰结构的原型测量与分析评价技术研究》文中研究表明海洋平台是海上石油开采的主要装备。尽管经过了半个多世纪的发展,海洋平台的结构设计理论与技术已经日趋成熟,但是仍不能很好地满足海洋石油的安全与经济性的开发需求,特别是对于极端海洋环境下的特殊海洋工程结构设计,如寒区与深水的海洋平台设计理论仍不成熟。对于复杂海洋工程结构,采用常规的数值模拟与模型实验等方法也无法满足设计分析的需要。利用已经建造的平台进行原型结构测量,可以获得真实的荷载及结构响应信息,为结构的设计与分析研究提供了新的途径。原型结构测量的方法在目前海洋工程结构设计分析中也得到越来越广泛的重视,其不仅可以为结构设计与评价提供信息,也可以指导现役平台的安全保障与风险预警等工作。然而,利用现役海洋平台进行原型结构测量并开展结构设计分析,也存在一些理论与技术问题需要解决。比如,如何在实际的平台上安装测量传感器,即进行原型结构测量设计,如何在现场获取连续与完备的数据,如何对实测数据进行分析与评价等。因此开展基于现场原型结构的测量分析,一方面需要综合的的结构分析方法,例如理论分析、数值分析及室内模型实验等辅助方法,才能设计出有针对性的原型测量方案,进而获取有效的测量数据；另一方面,需要借助当今先进的电子、通信与计算机技术,采用先进的监测手段,通过长期不间断的现场原型监测,才能在现场原型结构上获取连续与完备的测量数据；此外对于测量数据进行分析评价,回归到结构设计等问题上,又需要借助数据统计分析、结构数值分析等综合技术。因此,现代结构分析技术与结构监测技术的发展,为基于原型测量方法的特殊结构设计分析方法的发展提供了很大的帮助。实际上,不仅是海洋平台结构,其它工程结构的原型测量方法与技术也是目前研究的热点问题。本文重点针对抗冰平台结构设计与运行中所关心的问题：确定冰荷载问题、确定结构冰激振动引起的失效模式、风险预报与预警问题以及新概念抗冰结构的设计性能评价问题,开展了原型结构测量与分析评价的研究。利用渤海辽东湾的多座抗冰平台建立了比较完善的抗冰结构设计与分析评价的研究基地。本文的研究虽然是基于渤海抗冰导管架平台的研究,但同时对其它工程结构的原型测量研究也具有参考价值。本文主要研究内容如下：1.抗冰结构原型测量技术研究自上世纪九十年代初,我国在渤海建立了十几座导管架式抗冰平台,大连理工大学对其中多个平台进行了冬季抗冰结构的原型测量研究。本人在论文期间,参加了五个冬季的现场监测工作,并对抗冰结构现场监测系统进行了改进与完善；根据抗冰结构所关心的问题,包括冰荷载问题,冰振平台失效风险和安全预警问题以及结构设计评价问题,设计了共享的现场监测系统。所监测的信息包括冰力信息,冰荷载参数信息(冰厚、冰速),结构响应(应变,加速度)信息等,并对测量中的这些关键技术进行了深入的分析和研究,为进一步的面向渤海抗冰结构的原型测量研究的开展奠定了基础。2.冰荷载的原型测量研究冰荷载是冰区海洋平台结构的控制荷载,也是制约抗冰结构设计的主要不确定因素。由于冰荷载是冰与结构相互作用的破坏过程形成的,目前还缺少成熟的理论进行数值模拟,同样采用模型实验也缺少相似理论为依据。因此利用真实结构的原型测量方法确定冰荷载是目前冰荷载研究的主要手段,得到国际上的广泛重视。本文通过对渤海真实的直立结构和锥体结构的冰荷载的直接测量以及同步的结构响应和海冰参数的原型测量,获得了较为完备的建立动冰力模型的数据；通过冰荷载间接测量方法,获得了较为准确的极值冰力数据。该工作为动冰荷载及极值冰荷载问题的研究奠定了基础。3.面向抗冰结构冰振风险的原型测量、分析与预警由于冰荷载,特别动冰荷载研究的不成熟,导致了在较长的一段时期内,抗冰结构设计存在诸多的不确定性,包括结构冰振失效模式的不确定,从而导致冰区海洋平台存在较大的风险隐患。本文基于渤海辽东湾的多座抗冰平台,面向抗冰结构的冰振风险问题,进行了原型测量、分析与预警方法的研究。其中设计并建立了的面向冰振失效风险问题的现场原型监测系统；基于监测数据建立了平台冰振响应的预测模型,对渤海在役抗冰平台的风险预警标准及流程进行了探讨,为类似抗冰结构冰振风险分析与预警等相关工作提供了借鉴和参考。4.面向新型抗冰平台抗冰设计性能的原型测量、分析与评估抗冰结构设计是渤海边际油田开发的研究热点,近些年提出了多种抗冰振平台的设计理念,包括破冰锥改变冰荷载技术,整体隔振技术等。如何检验和评价这些抗冰技术成为一个比较关键的问题。本文基于上述目的,提出了面向抗冰设计性能的原型测量与分析评价的方法,该方法可以很好地弥补数值分析与室内模型试验方法中存在的缺陷和不足,对于抗冰结构设计研究具有很高的参考价值。本文对两种新型的抗冰平台的抗冰性能进行了原型测量、分析与评估的研究,包括：①对简易桶基抗冰平台的加锥减振设计进行了原型监测,剖析了加锥减振设计对冰荷载及冰振响应的影响,对减振设计进行了评估；②针对新型的独腿抗冰平台的抗冰性能进行了原型监测系统的设计与现场实施,基于实测数据对该平台的抗冰设计性能进行了分析与评估,对抗冰设计中存在的优缺点进行了探讨。最后对全文进行了总结与展望。
刘翔[10]2008年在《面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究》文中研究说明考虑到我国渤海冬季结冰的环境条件和边际油田的油藏特性,渤海海洋平台多采用比较经济的钢质导管架固定式平台,并通过安装破冰锥体的措施来抗冰。多年的现场监测发现平台存在冰激振动现象,然而,现行平台设计规范没有明确冰激振动的处理方式,所以经济型抗冰振导管架平台的动力设计成为渤海海洋平台的关键问题。本文基于多年的冰激振动现场监测和冰荷载研究的成果,结合“十五”863项目“新型平台抗冰振的关键技术”(2001AA602015-1),开展适用于渤海的面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究。将基于性能的设计思想和优化概念引入新型平台抗冰振设计研究中,重点研究抗冰导管架平台的动力优化设计,深入讨论了抗冰导管架平台的性能定义、抗冰振设计动冰力的确定、冰激振动的分析和抗冰振优化模型的建立等关键问题,为渤海边际油田的经济型抗冰导管架平台设计提供相关的理论、方法与技术支持。本文主要研究内容如下:1.在基于性能的设计框架下,明确抗冰导管架平台的性能定义,提出在设计优化中把极值静力性能要求和动力性能要求加以区分处理的解决方案,对抗冰导管架平台明确提出了面向动力性能的优化问题的两种列式。2.强烈的冰激振动会导致显着的管节点动应力,这会引发节点的冰激疲劳。为了解决复杂管节点疲劳分析时精度和效率之间的矛盾,在可兼顾整体和局部结构特征的有限元模型的基础上结合虚拟激励法的特点,提出了一个复杂节点冰激疲劳分析的高效谱分析方法。3.针对有一类关注减重并需要考虑冰激疲劳的平台,如无人井口平台,从不同的角度入手将冰激疲劳和优化结合,分别提出了考虑节点疲劳寿命和考虑节点疲劳可靠性的两种抗冰导管架平台结构优化问题。4.提出了短期动冰力的概念和冰激加速度的条件超越概率的计算方法,在此基础上同时考虑海冰环境的不确定性和结构特性的差异,提出了确定面向抗冰导管架平台动力分析的短期动冰力的两种方法:基于失效概率的方法和基于损失期望的方法。5.针对有一类对冰激振动加速度要求高且需限制材料用量的平台,如有人居住的生活动力平台,提出了目标函数为冰激甲板加速度均方根值的抗冰导管架平台结构优化问题,在优化中整合了所建议的确定短期动冰力的方法,旨在解决在优化中需要考虑海冰环境不确定性和结构特性变化的问题。6.建立了抗冰导管架平台的概念模型,推导抗冰导管架平台的概念参数和整体性能之间的关系,给出了一个参数优化问题的表述,分析了参数对性能的影响,讨论了刚性和柔性抗冰设计的特点,指出适合渤海的经济型抗冰导管架平台设计应采用柔性抗冰设计,而面向动力性能的抗冰导管架平台优化是实现它的重要手段之一。
参考文献：
[1]. 锥体海洋结构的冰荷载研究[D]. 许宁. 大连理工大学. 2011
[2]. 海冰与锥体抗冰平台相互作用的数值分析[D]. 于佰杰. 大连理工大学. 2007
[3]. 基于现场实验的海洋结构随机冰荷载分析[D]. 屈衍. 大连理工大学. 2006
[4]. 抗冰海洋平台动力分析与结构选型研究[D]. 刘圆. 大连理工大学. 2006
[5]. 抗冰平台结构的性能设计分析与验证研究[D]. 王胜永. 大连理工大学. 2013
[6]. 基于性能的抗冰导管架结构风险设计研究[D]. 张大勇. 大连理工大学. 2007
[7]. 抗冰平台冰激振动抑制策略研究[D]. 李德权. 大连理工大学. 2010
[8]. 渤海海冰锥体冰荷载研究[D]. 于晓. 大连理工大学. 2001
[9]. 抗冰结构的原型测量与分析评价技术研究[D]. 王延林. 大连理工大学. 2011
[10]. 面向动力性能的抗冰导管架平台优化设计研究[D]. 刘翔. 大连理工大学. 2008