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自升式海洋平臺(tái)主要由平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)、樁腿、升降結(jié)構(gòu)、鉆井機(jī)構(gòu)等組成。拖航狀態(tài)時(shí)，整個(gè)樁腿收回，平臺(tái)重心較高，樁腿的搖擺和風(fēng)傾力矩較大，拖航穩(wěn)性較差；樁腿的動(dòng)彎矩和自身慣性載荷對(duì)升樁機(jī)構(gòu)室附近的樁腿自身結(jié)構(gòu)和升樁機(jī)構(gòu)的上導(dǎo)向板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。本文希望通過(guò)對(duì)自升式平臺(tái)拖航狀態(tài)的樁腿結(jié)構(gòu)有限元分析流程研究，為自升式平臺(tái)前期設(shè)計(jì)方面諸如樁腿結(jié)構(gòu)和升樁結(jié)構(gòu)室等提供依據(jù)。
文中借助N系列軟件包(GENIE、PATRANPRE、HYDROD、WADAM、SESAM MANAGER等)，首先以頻率響應(yīng)分析的方法對(duì)自升式海洋平臺(tái)拖航狀態(tài)時(shí)的橫搖和縱搖固有周期進(jìn)行了計(jì)算；其次，以頻響分析中各相應(yīng)固有周期的RAO值和規(guī)范規(guī)定的。單幅橫搖或縱搖值，確定了拖航的計(jì)算波高；最后進(jìn)行拖航狀態(tài)時(shí)的準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，依據(jù)API-AISC-WSD軟件進(jìn)行樁腿自身結(jié)構(gòu)的屈服和屈曲強(qiáng)度校核。
文中的計(jì)算模型基于某平臺(tái)處于油田拖航的裝載為計(jì)算工況，樁腿結(jié)構(gòu)分析應(yīng)考慮平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其慣性力，油田拖航狀態(tài)下僅考慮平臺(tái)在橫搖或縱搖固有周期下的。單幅運(yùn)動(dòng)載荷及1.2倍的自身重力載荷，該平臺(tái)的拖航分析模型和平臺(tái)的樁腿結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)，本文并沒(méi)有對(duì)海上結(jié)構(gòu)物拖航作業(yè)中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)計(jì)算、波浪載荷計(jì)算及準(zhǔn)靜態(tài)分析等所涉及的理論和原理進(jìn)行詳細(xì)的闡述(這些均可參見(jiàn)相關(guān)的理論書(shū)籍、船級(jí)社規(guī)范和DNV系列軟件用戶(hù)手冊(cè)等)，只是針對(duì)平臺(tái)拖航狀態(tài)嘗試和探索使用DNV系列軟件包進(jìn)行拖航運(yùn)動(dòng)固有周期計(jì)算、波浪載荷計(jì)算及傳遞、拖航準(zhǔn)靜態(tài)分析以及API-AISC-WSD方法的屈服和屈曲強(qiáng)度校核。
平臺(tái)拖航運(yùn)動(dòng)固有周期的計(jì)算借助頻率響應(yīng)分析的方法完成。頻率響應(yīng)計(jì)算的濕表面模型見(jiàn)圖，質(zhì)量分布及結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖，掃描周期為2s，25s、浪向00~345。的所有單位波，由WADAM進(jìn)行運(yùn)動(dòng)響應(yīng)直接計(jì)算，計(jì)算中的臨界阻尼取為0.07；借助后處理程序POSTRESP得到平臺(tái)拖航的橫搖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)和縱搖頻率響應(yīng)曲線(xiàn)見(jiàn)圖。鑒于自升式平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)為特殊的三角形型式，在平臺(tái)縱搖響應(yīng)曲線(xiàn)中可看到隨不同浪向角的變化，平臺(tái)自身縱搖固有周期會(huì)改變；本文在此并不進(jìn)行展開(kāi)，只是根據(jù)圖確定常規(guī)橫搖運(yùn)動(dòng)和縱搖運(yùn)動(dòng)的環(huán)境載荷參數(shù)，見(jiàn)表。表中的浪向定義：由尾部指向平臺(tái)首部為浪向00，其余浪向依次逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
確定平臺(tái)拖航的固有周期和RAO后即可確定規(guī)范中。單幅運(yùn)動(dòng)固有周期對(duì)應(yīng)的波高、橫搖和縱搖固有周期下。單幅運(yùn)動(dòng)的波高分別為1.7 m和3.8 m，樁靴和主船體及升樁機(jī)構(gòu)室均做簡(jiǎn)化處理，有限元分析的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布模型見(jiàn)圖。為避免剛體位移，有限元模型選取三個(gè)不共線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)，施加不同的線(xiàn)位移約束，如圖所示。波浪載荷計(jì)算和傳遞依舊通過(guò)HRDROD，WADAM進(jìn)行。在拖航運(yùn)動(dòng)載荷中，風(fēng)、浪、流綜合作用的結(jié)果是使平臺(tái)產(chǎn)生固有周期下的單幅運(yùn)動(dòng)，所以拖航計(jì)算載荷中只考慮運(yùn)動(dòng)載荷和1.2倍的自身重力載荷，由MANAGER調(diào)用波浪載荷計(jì)算的結(jié)果直接施加于結(jié)構(gòu)分析模型，再調(diào)用后處理程序SESTRA進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析，分析結(jié)果通過(guò)FRAMEWORK進(jìn)行API-AISC-WSD方法屈服強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度校核。
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