组合抗振海洋平台振动控制研究

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固定式海洋平台是常用的一种海上石油勘探开发的承载体。海洋平台体积增大引起的载荷和费用增加、桩腿承载不均以及在恶劣环境载荷作用下的剧烈振动等问题限制了固定式平台向深水发展。传统的增加平台刚度和添加减振系统的振动控制方法由于受到各种条件的限制,表现出严重的局限性,不能满足安全性和可靠性要求。针对这种情况,作者研究设计了一种集抗振、减振、吸振等多种振动控制形式于一体的新型平台结构——组合抗振海洋平台。该平台由巨型框架平台和METMD减振系统组成。巨型框架平台是利用陆地高层建筑上应用日趋成熟的巨型框架体系构造的一种适应深水作业的新型海洋平台;METMD减振系统由多个具有不同控制频率的ETMD子系统构成,每个子系统由平台上的设备、装置或部分平台结构通过弹簧、阻尼器联结在平台上构造,是可以在恶劣环境载荷下进行平台振动有效控制的扩展TMD减振系统。该减振系统可以在不增加平台额外载荷的情况下提高平台的振动控制效果。为充分发挥组合抗振海洋平台的振动控制作用,本文对以下几个方面的内容着重进行了研究。 首先,利用巨型框架构造理论,以传统导管架平台为基础构造巨型框架平台。具体说就是将传统的导管架立柱直径增大形成巨型柱;沿平台均匀分布的横撑和斜撑集中并重新布置,形成沿巨型柱合理布置的巨型梁。巨型柱和巨型梁构成巨型框架平台的主结构,具有很强的抗侧刚度,能有效承担垂直载荷和抵抗水平载荷。其余设备、装置或结构利用弹簧、阻尼器联结在平台上,形成次结构。主次结构协调工作,形成组合抗振体系。 然后,对巨型框架平台的静态性能和动态性能进行了分析,并与功能相似、重量相同的普通导管架平台和直桩导管架平台进行了比较,结果证明该类平台具有优良的动静态性能。相同不均布载荷作用下,巨型框架平台的各个桩腿承载更均匀、应力更小。通过改变巨型梁道数、巨型梁高度、巨型梁刚度和改变巨型柱刚度、巨型柱倾斜角度等方式构造多种巨型框架平台,研究巨型梁和巨型柱的结构参数对平台静态性能和动态性能的影响,得到具有较好性能的优化平台。 第三,为进一步分析平台的减振性能,将组成组合抗振海洋平台的巨型框架平台和ETMD系统简化为二自由度模型,分析ETMD系统与平台剩余质量的质量比、阻尼比等参数对振动控制效果的影响。为扩大平台抵抗外载荷激励频率的范围,在巨型框架平台上设置多个ETMD减振子系统,构成METMD减振系统。利
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