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，無論對于固定式平臺如GBS，還是浮式半潛平臺、TLP平臺、Spar平臺，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的歷史，但對于如何高效而精確地計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)鍵問題。對于實際海上作業(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氣隙響應(yīng)的變化、波浪砰擊等都是平臺設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵問題。本文以立柱型式的海洋結(jié)構(gòu)物為研究對象，主要對結(jié)構(gòu)受到的波浪載荷、波流載荷以及平臺立柱周圍氣隙響應(yīng)進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括一下幾個方面：
　?。?）通過對圓柱遭受的波浪力理論研究和試驗研究這一主題深入了解，為了對其受到的高頻波浪諧載荷成分進(jìn)行研究，設(shè)計水槽試驗，分別對單根立柱和設(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、解流對波浪載荷的影響，同時實驗中設(shè)置了波流同時作用時波浪載荷的研究。同時對試驗中出現(xiàn)的陡波中立柱上波浪爬升和砰擊現(xiàn)象作出解釋。
　?。?）對立柱周圍的繞射波浪域進(jìn)行了研究。針對某半潛平臺設(shè)計的立柱尺寸對單立柱、雙立柱和實際半潛平臺采用的四根立柱周圍的繞射波浪進(jìn)行了對比分析，得到繞射波浪近場干涉效應(yīng)。
　　（3）采用基于繞射和輻射的勢流理論，建立了波浪與半潛平臺相互作用的數(shù)值模型。選取平臺甲板上若干點作為研究氣隙的測點，分析了

4、不同入射波浪下繞射波面的變化情況。
　?。?）采用基于勢流理論的數(shù)值計算，求解了半潛平臺頻域和時域的一階水動力信息和運(yùn)動響應(yīng)。重點對平臺的氣隙響應(yīng)進(jìn)行了深入研究。結(jié)果顯示，垂蕩運(yùn)動對平臺氣隙響應(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)時歷中未出現(xiàn)負(fù)值，說明設(shè)計的氣隙在這種海況下已經(jīng)足夠。而在自存海況下，計算的氣隙出現(xiàn)負(fù)值，說明此時波浪會砰擊到下甲板上。另外，由于風(fēng)載荷對平臺氣隙影響較大，分析了風(fēng)速對平臺氣隙相應(yīng)地影響。