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科技信息。高校讲坛ｏＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡｌ＇ＩＯＮ２００８年第１２期
随机波浪力作用下导管架海洋平台动力响应分析
赵鑫磊
（中国海洋大学工程学院山东青岛２６６１００）
摘【要】本文以实际的导管架海洋平台为研究对象，应用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ对平台进行了有限元建模，建模过程中采用ＡＰＤＬ命令
和ＧＵＩ菜单相结合的方式．进而通过模态分析得到海洋平台结构的固有频率和振型，在此基础上考虑随机波浪作用，分析得到海洋石油平台
的结构动力响应．所得结论对于导管架平台安全性和可靠性的评价有一定指导意义。
【关键词】导管架海洋平台；有限元；随机波浪力；谱分析
１．前言Ｍｏｒｉｓｏｎ公式（１）计算作用在导管架主导管单位长度的总水平力。
海洋平台结构是海洋油气资源开发的基础性设施，是海上生产作ｒｘ（，＝，）＝胁，＝，ｔ）＋ＦｏＸ（，＝，ｔ）
业和生活的基地。我国自上世纪６０年代在渤海勘探和开发海上石油＝ｐ矿）＋ＩｃＤｐＤＶ））Ｉ（１）
以来．目前已建成海洋平台１００多座。我国海洋平台结构的主要形式
式中为惯性力系数，为阻力系数，Ｐ为流体密度，Ｄ为圆柱
是固定式结构。
固定式结构海洋平台可分为导管架型、塔型和重力型等各种结构体的直径，为流体质点沿Ｘ方向的速度分量，为流体质点沿Ｘ方
形式，本文以导管架海洋平台为研究对象，由于海洋平台工作环境是向的加速度分量。
在近海海面上，受到风浪等载荷作用，很多海上事故的发生是由于平由于波浪是随机变化的，在此采用ＡＮＳＹＳ谱分析中的功率谱密
台柱桩在波浪载荷作用下产生疲劳损坏所致，因此为获得更高的投资度（ＰＳＤ）分析方法，计算结构响应，根据《埕岛油田勘探开发海洋环
效益，保障平台工作人员的安全，需要对随机波浪力作用下的海洋平境》对海洋平台的设计要求，本文取ＪＯＮＳＷＡＰ波浪谱形式，它是一种
台进行分析，探索出新的设计方法。有限风距谱，定义的波浪力谱曲线如图１所示
２．导管架海洋平台有限元模型的建立
本文研究的导管架海洋平台结构为直立式桩腿导管架结构，由上
层平台结构和下部导管架结构组成。
在此采用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对导管架海洋平台进行建模，
模型选用了三种单元类型：ＰＩＰＥ１６单元、ＳＨＥＬＬ６３单元、ＢＥＡＭ４单
元，其中水平甲板采用单元库中的ＳＨＥＬＬ６３单元，单元参数包括节点
处的厚度；甲板平面的框架梁采用ＢＥＡＭ４单元，截面形式选用矩形，＿
单元参数包括截面的高度、宽度、面积和截面惯性矩：下部导管架和上
部甲板框架的主要竖向支撑构件采用ＰＩＰＥ１６单元，单元截面由外径．
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和厚度确定。整个导管架结构采用同一种钢材．在此设定材料的弹性
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