立柱型式海洋結(jié)構(gòu)物遭受的波浪載荷與氣隙響應(yīng)研究.pdf

1、立柱結(jié)構(gòu)型式是海洋工程結(jié)構(gòu)物廣泛采用的一種型式，無(wú)論對(duì)于固定式平臺(tái)如GBS，還是浮式半潛平臺(tái)、TLP平臺(tái)、Spar平臺(tái)，均采用大尺寸立柱作為提供浮力和支撐上部結(jié)構(gòu)的有效結(jié)構(gòu)型式。因此對(duì)于立柱結(jié)構(gòu)上遭受的波浪載荷、波浪爬升等現(xiàn)象的研究也成為海洋工程研究的關(guān)鍵點(diǎn)之一。圓柱結(jié)構(gòu)遭受的波浪載荷這一研究主題已有很長(zhǎng)的歷史，但對(duì)于如何高效而精確地計(jì)算除一階波浪力以外的在非線性較強(qiáng)的波浪中受到的高頻波浪載荷仍是目前研究的關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)于實(shí)際海上作業(yè)的海

2、洋結(jié)構(gòu)物，波浪在其立柱周圍的繞射和爬升引起的平臺(tái)氣隙響應(yīng)的變化、波浪砰擊等都是平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以立柱型式的海洋結(jié)構(gòu)物為研究對(duì)象，主要對(duì)結(jié)構(gòu)受到的波浪載荷、波流載荷以及平臺(tái)立柱周圍氣隙響應(yīng)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括一下幾個(gè)方面：
　?。?）通過(guò)對(duì)圓柱遭受的波浪力理論研究和試驗(yàn)研究這一主題深入了解，為了對(duì)其受到的高頻波浪諧載荷成分進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)水槽試驗(yàn)，分別對(duì)單根立柱和設(shè)置不同間距的雙根立柱進(jìn)行波浪載荷研究。另外為了了

3、解流對(duì)波浪載荷的影響，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了波流同時(shí)作用時(shí)波浪載荷的研究。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的陡波中立柱上波浪爬升和砰擊現(xiàn)象作出解釋。
　?。?）對(duì)立柱周圍的繞射波浪域進(jìn)行了研究。針對(duì)某半潛平臺(tái)設(shè)計(jì)的立柱尺寸對(duì)單立柱、雙立柱和實(shí)際半潛平臺(tái)采用的四根立柱周圍的繞射波浪進(jìn)行了對(duì)比分析，得到繞射波浪近場(chǎng)干涉效應(yīng)。
　?。?）采用基于繞射和輻射的勢(shì)流理論，建立了波浪與半潛平臺(tái)相互作用的數(shù)值模型。選取平臺(tái)甲板上若干點(diǎn)作為研究氣隙的測(cè)點(diǎn)，分析了

4、不同入射波浪下繞射波面的變化情況。
　?。?）采用基于勢(shì)流理論的數(shù)值計(jì)算，求解了半潛平臺(tái)頻域和時(shí)域的一階水動(dòng)力信息和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。重點(diǎn)對(duì)平臺(tái)的氣隙響應(yīng)進(jìn)行了深入研究。結(jié)果顯示，垂蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)平臺(tái)氣隙響應(yīng)的影響要大于橫搖和縱搖的影響。在操作工況下，氣隙響應(yīng)時(shí)歷中未出現(xiàn)負(fù)值，說(shuō)明設(shè)計(jì)的氣隙在這種海況下已經(jīng)足夠。而在自存海況下，計(jì)算的氣隙出現(xiàn)負(fù)值，說(shuō)明此時(shí)波浪會(huì)砰擊到下甲板上。另外，由于風(fēng)載荷對(duì)平臺(tái)氣隙影響較大，分析了風(fēng)速對(duì)平臺(tái)氣隙相應(yīng)地影響。