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海洋平台-摇摆柱结构体系抗冰设计方法研究
| 论文题名： | 海洋平台-摇摆柱结构体系抗冰设计方法研究 |
| 关键词： | 海洋平台;摇摆柱结构;冰激振动;抗冰设计;有限元分析 |
| 摘要： | 渤海湾所处海洋气候恶劣，冬季结冰严重，况且抗冰海洋平台结构自身较柔，容易造成海洋平台结构振动问题突出。平台振动不仅影响结构安全，还会造成设 备破坏、影响工作人员正常生活及健康等问题。为减小结构振动，满足结构安全及正常使用要求，本文对新型高防灾结构体系“海洋平台-摇摆柱结构体系”进行冰荷载作用下的动力计算，探究和分析其抗冰激性能，提出一套适用于导管架海洋平台的摇摆柱结构体系抗冰设计方法，并对此设计方法进行正确性验证。主要研究工作如下： 1.以JZ20-2北高点海洋平台为例，提出一种新型海洋平台-摇摆柱结构体系，通过对比分析原海洋平台 JZ20-2和新型摇摆柱海洋平台结构体系在百年一遇冰荷载作用下的动力响应发现，新型海洋平台-摇摆柱结构体系的位移和加速度均明显减小。利用有限元软件 ANSYS分析连接杆的刚度比以及摇摆柱的刚度比对原平台结构的影响，可知连接杆及摇摆柱刚度在一定范围内时，减振效果较好。综合抗冰效应、经济实用以及便于施工的原则，最终确定连接杆和摇摆柱与原平台的刚度比，提出一套适用于渤海湾导管架海洋平台的抗冰设计方法。 2.在上述抗冰设计方法基础上，以 JZ20-2海洋平台为基础，改变海洋平台原始刚度，按比例调整摇摆柱刚度和冰力大小，计算分析不同刚度海洋平台在冰力作用下结构动力响应，结果表明海洋平台刚度过小或过大，都将导致布置摇摆柱的结构体系减振效果不明显，甚至会增大动力响应。 3.以同处渤海湾的JZ20-2MUQ导管架海洋平台为例来验证上述抗冰设计方法的正确性，即以上述设计方法设计适用于 JZ20-2MUQ平台的摇摆柱和连接杆刚度，并进行冰力荷载下的动力响应计算，分析其减振效果，证明设计方法的正确性；分别对两个不同平台的新型摇摆柱结构体系进行地震波荷载下的动力计算，分析其抗震性能，证明此抗冰设计方法同样适用于地震荷载，更充分证明上述抗冰设计方法的正确性。 4.综合海洋环境等外在因素，对海洋平台-摇摆柱新型结构体系进行具体优化：由于上述分析只考虑了主方向冰力，为减小侧向冰力的影响，对摇摆柱与基础连接的铰接点进行优化研究，使得摇摆柱既能发生有限转动，还可以抵抗侧向冰力；考虑到海水腐蚀，在摇摆柱上施加浮箱可有效减小摇摆柱重量，对浮箱连接进行优化分析，以保证浮箱连接可靠、海中施工方便；摇摆柱会同样受到冰力影响，从而会严重影响结构安全，故将集肤效应电加热技术应用到摇摆柱融冰方法中，以实现实时控制摇摆柱与海水接触面的钢管温度，保证摇摆柱不结冰或及时融冰，减小结构振动，保证结构安全。 |
| 作者： | 陶雪 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张纪刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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