自升式平臺(tái)船舶碰撞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估

自升式平臺(tái)船舶碰撞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估

目前，世界上約有364個(gè)自動(dòng)組件平臺(tái)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他類型的移動(dòng)平臺(tái)，利用率約為75%。然而，在海上采礦和勘探工作中，存在很大的可能性，并且可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的事故。hse根據(jù)woad數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算移動(dòng)平臺(tái)上顯示的嚴(yán)重事故的發(fā)生頻率，并確定更新平臺(tái)的年平均事件率為0.1413，其中超過(guò)1.3造成中或嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞。因此，有必要在設(shè)計(jì)階段考慮到組件頂板面臨的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全。碰撞是一種復(fù)雜的非線性瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)程,碰撞區(qū)構(gòu)件迅速超越彈性階段而進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài),并可能出現(xiàn)撕裂、屈曲等各種形式的破壞或失效.與其他海洋結(jié)構(gòu)物相比,自升式平臺(tái)柔性更大,但結(jié)構(gòu)冗余度更低,遭遇碰撞沖擊后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和吸收沖擊能量的能力也有明顯區(qū)別,對(duì)于嚴(yán)重的沖擊損傷只能提供有限的抵抗力.Pedersen、Zhang采用解析法對(duì)海洋平臺(tái)遭遇船舶碰撞進(jìn)行了分析.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,一些學(xué)者采用簡(jiǎn)化的數(shù)值方法開(kāi)展了此類問(wèn)題的研究.但上述研究中對(duì)碰撞問(wèn)題作了相應(yīng)簡(jiǎn)化,假設(shè)結(jié)構(gòu)局部變形獨(dú)立于整體變形,認(rèn)為彈性變形的貢獻(xiàn)可以忽略.然而該處理方法忽略了動(dòng)態(tài)效應(yīng)等關(guān)鍵因素,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)能量吸收與真實(shí)情況存在一定的偏差.同時(shí),目前的研究沒(méi)有全面地考慮自升式平臺(tái)的初始狀態(tài),即海洋平臺(tái)在碰撞發(fā)生時(shí)由于風(fēng)、浪、流等海洋環(huán)境載荷作用,結(jié)構(gòu)存在一定的應(yīng)力與變形(類似結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力).此外,目前關(guān)于自升式平臺(tái)/船舶碰撞的研究主要集中在結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析的研究,沒(méi)有考慮碰撞發(fā)生后平臺(tái)整體傾覆的可能,忽略了對(duì)平臺(tái)碰撞后剩余強(qiáng)度的研究,這是不全面的.本文基于非線性有限元方法,考慮自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)以及碰撞結(jié)束后的剩余強(qiáng)度,提出了一種自升式平臺(tái)/船舶碰撞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估方法.采用該方法,以某300英尺工作水深的自升式平臺(tái)為例,考慮其初始狀態(tài),對(duì)其碰撞動(dòng)力響應(yīng)與剩余強(qiáng)度進(jìn)行了分析.在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考察了各撞擊參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷和動(dòng)力響應(yīng)的影響.1計(jì)算平臺(tái)沖突的原則1.1fnint及3fnps的計(jì)算碰撞過(guò)程的平衡方程為Μan=Fnext-Fnint=Fnres.(1)Man=Fnext?Fnint=Fnres.(1)式中:M為質(zhì)量矩陣,an為加速度向量,Fnext為外載荷矢量,Fnint為內(nèi)載荷矢量,Fnres為剩余力矢量.其中:Fnint=Cvn+Κdn.(2)Fnint=Cvn+Kdn.(2)式中:C為阻尼矩陣,vn為速度向量,K為剛度矩陣,dn為位移向量.由式(1)可知加速度向量an為an=Μ-1Fnres.(3)an=M?1Fnres.(3)采用中心差分法,可得速度和位移:vn+12=vn-12+an(Δtn+12+Δtn-12)/2,(4)dn+1=dn+vn+12?Δtn+12.(5)vn+12=vn?12+an(Δtn+12+Δtn?12)/2,(4)dn+1=dn+vn+12?Δtn+12.(5)1.2平臺(tái)材料等級(jí)對(duì)樁自升式平臺(tái)/船舶碰撞主要發(fā)生在水線面附近的樁腿處,碰撞導(dǎo)致樁腿搖擺引起的附連水質(zhì)量不可忽略.此外,平臺(tái)材料用鋼等級(jí)較高,其力學(xué)特性與碰撞響應(yīng)及最終的結(jié)構(gòu)狀態(tài)息息相關(guān).1.2.1加海生物質(zhì)量撞擊船縱蕩的附連水質(zhì)量處理方法目前比較統(tǒng)一,常認(rèn)為是撞擊船質(zhì)量的10%.而碰撞過(guò)程,平臺(tái)的有效質(zhì)量通常包括附連水質(zhì)量、附連土質(zhì)量以及樁腿上附加海生物質(zhì)量.自升式平臺(tái)在樁腿入土不深的情況下,附連土質(zhì)量可以忽略,附連水質(zhì)量系數(shù)按式(6)～(7)計(jì)算,本文取0.711.CΜei=[1+(sin2βi+cos2βisin2αi)(CΜi-1)]AiliAes,(6)CAc=∑CAi=∑CΜei-1.(7)式中:CMi為單獨(dú)構(gòu)件的慣性力系數(shù),CAi為單獨(dú)構(gòu)件的附連水質(zhì)量系數(shù),CAc為樁腿單位高度的附連水質(zhì)量系數(shù),Ae為樁腿單位高度的等效面積,Ai為單獨(dú)構(gòu)件的等效面積.1.2.2應(yīng)變率敏感性分析平臺(tái)碰撞是一個(gè)動(dòng)力過(guò)程,其材料模型中應(yīng)當(dāng)引入應(yīng)變率敏感性的影響,本文選取目前常用的Cowper-Symonds本構(gòu)方程,其雙線性強(qiáng)化彈塑性模型為σ0?σ0=1+(˙εD)1q.(8)式中:σ0是在塑性應(yīng)變率˙ε時(shí)的動(dòng)屈服應(yīng)力,σ0是相應(yīng)的靜屈服應(yīng)力,D和q是應(yīng)變率敏感性參數(shù),由材料試驗(yàn)得到.材料的失效準(zhǔn)則是平臺(tái)碰撞分析關(guān)心的核心問(wèn)題,它的取值直接關(guān)系到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性.碰撞區(qū)域結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生塑性大變形,當(dāng)變形到達(dá)一定值時(shí),結(jié)構(gòu)將會(huì)完全破壞從而不再具有碰撞抗力,目前一般用結(jié)構(gòu)最大塑性應(yīng)變?chǔ)舝來(lái)表征其失效準(zhǔn)則.由于平臺(tái)樁腿各構(gòu)件用鋼存在不同,本文參照文獻(xiàn)進(jìn)行選取εr,詳見(jiàn)表1.2平臺(tái)碰撞值模擬方法2.1動(dòng)力分析軟件介紹采用數(shù)值仿真方法處理平臺(tái)碰撞問(wèn)題時(shí),需要考慮其碰撞前在環(huán)境載荷作用下的初始狀態(tài)、碰撞過(guò)程中的能量吸收、碰撞結(jié)束后的剩余強(qiáng)度等一系列復(fù)雜問(wèn)題.本文基于非線性瞬態(tài)動(dòng)力分析軟件MSC/DYTRAN,采用顯式積分法,提出了一種評(píng)估此類問(wèn)題的結(jié)構(gòu)分析方法,其基本步驟如下:1)初始狀態(tài)分析:根據(jù)碰撞時(shí)海洋環(huán)境參數(shù)的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力分析;2)自由振動(dòng)分析:由于需要考慮碰撞沖擊造成的動(dòng)態(tài)效應(yīng),因此對(duì)平臺(tái)進(jìn)行模態(tài)分析;3)碰撞過(guò)程非線性瞬態(tài)分析:主要考察碰撞過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形損傷、能量吸收、整體位移等關(guān)心的問(wèn)題;4)剩余強(qiáng)度分析:若平臺(tái)未在碰撞過(guò)程中直接損毀或倒塌,需要按照當(dāng)?shù)睾Ｓ蛞荒暌挥龅沫h(huán)境條件對(duì)其進(jìn)行剩余強(qiáng)度的校核.2.2平臺(tái)模型設(shè)計(jì)文獻(xiàn)指出,自升式平臺(tái)在其壽命期內(nèi)主要有3種狀態(tài):站立狀態(tài)、油田內(nèi)拖航狀態(tài)、遠(yuǎn)洋拖航狀態(tài).其中,站立狀態(tài)的碰撞事故占到事故總數(shù)的75%,而補(bǔ)給船碰撞占碰撞事故總數(shù)的63.4%,因此研究自升式平臺(tái)站立狀態(tài)與補(bǔ)給船碰撞是合理的.同時(shí)研究這些事故數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),事故船的排水量集中在1200～11500t,平均排水量約為3300t,95%的船舶排水量在5000t以下.因此本文選取一艘排水量為5000t的補(bǔ)給船作為碰撞研究中的撞擊船,這與DNV船級(jí)社推薦5000t排水量是一致的.自升式平臺(tái)/船舶碰撞事故中,由于自升式平臺(tái)的樁腿相對(duì)撞擊船結(jié)構(gòu)而言柔性較大,因此可以認(rèn)為平臺(tái)吸收了所有的沖擊能量,撞擊船可簡(jiǎn)化處理為剛性體.同時(shí),平臺(tái)的損傷具有典型的局部性特征,即碰撞區(qū)域外的結(jié)構(gòu)往往不發(fā)生塑性變形,因此為了降低運(yùn)算量,計(jì)算平臺(tái)模型采用“板殼—梁元”嵌入式模型,僅在碰撞區(qū)域采用板殼模型(圖1).為了合理的表征碰撞區(qū)域結(jié)構(gòu)的塑性大變形,碰撞區(qū)域的結(jié)構(gòu)單元應(yīng)適當(dāng)細(xì)化,端部約束參考文獻(xiàn)在泥面下10英尺處鉸支約束.試算表明,上述模型化手段是可行的.計(jì)算選用的自升式鉆井平臺(tái)采用三樁腿桁架式結(jié)構(gòu),樁腿為K型連接,最大工作水深300英尺,最大鉆井深度30000英尺,入ABS級(jí),見(jiàn)圖2.2.3碰撞分析參數(shù)2.3.1主要碰撞型式.船舶在撞擊弦桿時(shí)存在艏碰、艉碰、側(cè)碰3種情況;撞擊撐桿時(shí)存在艏碰和艉碰2種情況.文獻(xiàn)指出,對(duì)于補(bǔ)給船,艉碰的可能性占到70%,側(cè)碰占到20%.因此,選擇艉碰作為主要的碰撞型式.碰撞點(diǎn)是否穿過(guò)平臺(tái)重心發(fā)生對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞也會(huì)造成巨大的后果差異.由于平臺(tái)的幾何結(jié)構(gòu)特點(diǎn),非對(duì)心碰撞時(shí)很有可能發(fā)生的,這種情況下大多數(shù)碰撞能量會(huì)轉(zhuǎn)化成平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)能量.因此,對(duì)心碰撞是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所要考慮的最危險(xiǎn)工況,本文選擇的碰撞方向如圖3所示.2.3.2船舶撞擊速度ws根據(jù)對(duì)北海平臺(tái)事故的統(tǒng)計(jì)資料和HSE的指導(dǎo)文件,74%的平臺(tái)碰撞事故發(fā)生時(shí)海浪有義波高在1～4m之間,其中有義波高為4m的情況發(fā)生最多.因此,典型的船舶失去動(dòng)力在波浪誘導(dǎo)下撞擊自升式平臺(tái)的速度可以按式(9)計(jì)算得到vs=0.5×Ηs.(9)式中:Hs為有義波高,vs為船舶撞擊速度.由歷史統(tǒng)計(jì)資料和式(9)可知,典型的船舶碰撞速度為2m/s,這也與DNV船級(jí)社和HSE推薦的碰撞速度相一致.2.3.3垂向典型撞擊位置本文選取300英尺水深作為平臺(tái)的碰撞場(chǎng)景,補(bǔ)給船的吃水選擇為結(jié)構(gòu)吃水.垂向的典型撞擊位置一般選取平臺(tái)的弦桿和撐桿.弦桿相較撐桿具有較大的強(qiáng)度,起到樁腿的支撐作用,發(fā)生明顯的損壞是不允許的.基于其重要性,本文選取弦桿作為典型撞擊位置.3計(jì)算與分析3.1事故撞擊方向自升式平臺(tái)在碰撞前受到環(huán)境載荷作用,結(jié)構(gòu)存在初始位移和初始應(yīng)力,這會(huì)對(duì)碰撞結(jié)果造成一定的影響,因此在碰撞分析前進(jìn)行預(yù)應(yīng)力分析顯得很有必要.由上文可知,74%的平臺(tái)碰撞事故發(fā)生時(shí)海浪有義波高為1～4m之間,其中以4m最為典型;95%的平臺(tái)事故發(fā)生時(shí)風(fēng)速為20m/s.為了考慮最為危險(xiǎn)的工況,浪向和風(fēng)向均與補(bǔ)給船撞擊方向相一致,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4:撞擊區(qū)域的初應(yīng)力約為30MPa,相較于其鋼材屈服極限僅是一個(gè)小值;平臺(tái)主體由于結(jié)構(gòu)剛度較大,初應(yīng)力值僅為40MPa,因此本文在碰撞分析中將其處理為剛性梁不會(huì)對(duì)計(jì)算精度造成影響.3.2平臺(tái)模態(tài)分析對(duì)于典型的自升式平臺(tái)碰撞,碰撞力作為一個(gè)外界激振力,將導(dǎo)致平臺(tái)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)效應(yīng),無(wú)論是在碰撞分析中還是對(duì)平臺(tái)進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)估時(shí),這種動(dòng)態(tài)效應(yīng)都不可忽略.一般根據(jù)碰撞時(shí)間t和平臺(tái)自振周期T的比值t/T來(lái)選取動(dòng)力放大因子DAF,將其處理成慣性載荷從而考慮動(dòng)態(tài)效應(yīng)的影響.本文首先對(duì)平臺(tái)進(jìn)行模態(tài)分析,得到平臺(tái)計(jì)及附連水質(zhì)量的濕模態(tài)結(jié)果如圖5.在計(jì)算時(shí)考慮前三階模態(tài),使用簡(jiǎn)化的梁系模型.根據(jù)一階模態(tài)的計(jì)算結(jié)果,目標(biāo)平臺(tái)自振周期為8.77s.3.3碰撞過(guò)程分析將環(huán)境載荷作用下平臺(tái)初始狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入碰撞模型,進(jìn)行平臺(tái)碰撞分析.3.3.1弦桿和撐桿之間的運(yùn)動(dòng)自升式平臺(tái)遭遇船舶碰撞后的整體變形和局部變形見(jiàn)圖6.平臺(tái)整體在碰撞過(guò)程中發(fā)生了明顯的搖擺運(yùn)動(dòng),將部分沖擊能量轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)能量.由于弦桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大,碰撞區(qū)域未出現(xiàn)大變形,碰撞能量因而傳遞到弦桿和撐桿的連接處,導(dǎo)致出現(xiàn)了一定的塑性變形,這也從側(cè)面反映了管節(jié)點(diǎn)連接處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度重要性.3.3.2撞擊系統(tǒng)的能量自升式平臺(tái)遭遇船舶碰撞時(shí),主要通過(guò)以下方面吸收能量:管壁的局部塑性變形(撞凹);構(gòu)件的彈性/塑性彎曲和延伸;平臺(tái)的整體變形(即搖擺);船舶變形或轉(zhuǎn)動(dòng).對(duì)于本文的算例來(lái)說(shuō),船舶假定為剛體,在碰撞中不發(fā)生變形.整個(gè)碰撞體系的能量轉(zhuǎn)換見(jiàn)圖7,撞擊船的動(dòng)能主要轉(zhuǎn)化為主船體的動(dòng)能,樁腿的動(dòng)能和變形能(整體變形和局部變形).圖8顯示碰撞過(guò)程中樁腿結(jié)構(gòu)的變形能,由于弦桿的結(jié)構(gòu)較強(qiáng),在碰撞中共吸收2MJ的能量,占撞擊船初始動(dòng)能的18%;撐桿結(jié)構(gòu)相對(duì)較弱,碰撞能量傳遞到撐桿上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形,其變形能量約為弦桿的3倍.3.3.3平臺(tái)與樁的二次碰撞現(xiàn)象局部碰撞力大小是反映撞擊船與自升式平臺(tái)碰撞劇烈程度的重要指標(biāo),本文樁腿的最大碰撞力約為24.5MN.圖9顯示撞擊船與平臺(tái)發(fā)生了二次碰撞現(xiàn)象,這是由于平臺(tái)遭遇碰撞后回彈,與仍在繼續(xù)前進(jìn)的撞擊船發(fā)生了二次沖擊造成的,這也是自升式平臺(tái)碰撞的特有現(xiàn)象.3.3.4碰撞情況對(duì)平臺(tái)的影響由于自升式平臺(tái)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將與撞擊船發(fā)生二次碰撞現(xiàn)象.第一次碰撞時(shí)間t為0.86s,與平臺(tái)自振周期比值約為0.098,因而不考慮碰撞結(jié)束后動(dòng)力效應(yīng)的影響.圖10和圖11分別表示平臺(tái)遭遇碰撞后的位移和加速度.平臺(tái)主體的最大位移約為0.88m,與平臺(tái)作業(yè)高度的比值,不會(huì)導(dǎo)致整體的傾覆破壞.平臺(tái)主體的最大加速度約為1.6m/s2,不會(huì)造成平臺(tái)工作人員的不舒適、設(shè)備及其底部支撐結(jié)構(gòu)的破壞.3.4剩余強(qiáng)度分析有些碰撞事故中,船舶碰撞可能僅造成一個(gè)樁腿的局部損傷,但后續(xù)倒塌和傾覆的可能性仍然存在,尤其是碰撞結(jié)束后由于環(huán)境載荷的作用,受損的樁腿可能無(wú)法繼續(xù)承載導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)破壞.因此,有必要對(duì)碰撞后平臺(tái)的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析.本文采用準(zhǔn)靜態(tài)方法對(duì)受損平臺(tái)的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析,結(jié)果如圖12所示.分析中,將碰撞產(chǎn)生的樁腿局部損傷作為計(jì)算的初始條件,以確保計(jì)算結(jié)果的合理性.計(jì)算載荷采用目標(biāo)平臺(tái)工作海域一年一遇的環(huán)境載荷(考慮到受損平臺(tái)維修或拖回,遭遇海況有限),載荷方向取與碰撞方向相一致.由于目標(biāo)平臺(tái)工作海域一年一遇的環(huán)境載荷較小,因此盡管弦桿和撐桿連接處出現(xiàn)了一定的結(jié)構(gòu)損傷,導(dǎo)致此處應(yīng)力值偏高,但整體應(yīng)力水平仍在可接受的范圍之內(nèi),具有相當(dāng)?shù)氖Ｓ喑休d能力.4單個(gè)撞擊參數(shù)估計(jì)撞擊參數(shù)根據(jù)對(duì)象的不同可以分為撞擊船舶的撞擊參數(shù)和自升式平臺(tái)的撞擊參數(shù).撞擊船是指碰撞發(fā)生時(shí)撞擊船的撞擊速度、撞擊型式、艏部形狀等,自升式平臺(tái)主要指其工作水深、撞擊位置、地基剛度等.實(shí)際碰撞中這些參數(shù)存在多種組合,具有不確定性,綜合考察較為困難.本文主要考察單個(gè)撞擊參數(shù)變化時(shí)對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)碰撞性能的影響.4.1有關(guān)tea窒息的描述4.1.1事故撞擊工況自升式平臺(tái)工作海域較為復(fù)雜,撞擊船的速度在浪流作用下具有多種可能性.目前業(yè)界研究較為常用的典型撞擊速度有3種:1)作業(yè)碰撞0.5m/s;2)事故碰撞2m/s;3)過(guò)路船碰撞6m/s.本文就這3種典型情況開(kāi)展研究.圖13表示撞擊速度對(duì)平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)的影響.隨著撞擊速度的增加,碰撞過(guò)程越來(lái)越劇烈,過(guò)路船碰撞工況下最大碰撞力可達(dá)30MN,為作業(yè)碰撞的2.5倍;撞擊速度的增加也意味著更大的碰撞能量,導(dǎo)致更多的平臺(tái)結(jié)構(gòu)參與變形,作業(yè)碰撞僅僅造成0.3MJ的能量吸收,且碰撞過(guò)程很快結(jié)束,過(guò)路船碰撞不僅參與變形的結(jié)構(gòu)大大增加,碰撞時(shí)間也相應(yīng)變長(zhǎng).4.1.2撞擊撐桿幾何誤差歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,船舶撞擊自升式平臺(tái)時(shí)并沒(méi)有占主導(dǎo)地位的方向.考慮到波浪、潮位、風(fēng)向的影響,碰撞有可能發(fā)生在任意方向.船舶在撞擊弦桿時(shí)存在艏碰、艉碰、側(cè)碰3種情況;撞擊撐桿時(shí)存在艏碰和艉碰2種情況.根據(jù)經(jīng)驗(yàn),側(cè)碰會(huì)導(dǎo)致最大的整體變形,但艏碰和艉碰會(huì)造成最大的局部變形,對(duì)于補(bǔ)給船艉碰具有最大的可能性;對(duì)于過(guò)路船,則幾乎都是艏碰.因此,本文通過(guò)計(jì)算考慮這3種撞擊型式的不同.圖14顯示,側(cè)碰對(duì)結(jié)構(gòu)造成了最大的損傷,艉碰次之,艏碰最小.這是因?yàn)閭?cè)碰時(shí)帶動(dòng)了較多的附連水參與碰撞,導(dǎo)致了最大的碰撞能量;而艉碰相對(duì)于艏碰而言,由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同,導(dǎo)致了更大的碰撞區(qū)域和結(jié)構(gòu)損傷;艏碰盡管結(jié)構(gòu)損傷程度略大于艉碰,但碰撞區(qū)域較小,因此總的能量吸收也較小.4.1.3穿透齒輪的特征對(duì)于自升式鉆井平臺(tái)而言,在其工作海域,穿梭油輪的出現(xiàn)頻率是僅次于補(bǔ)給船的,同樣具有很大的碰撞可能性.穿梭油輪的艏部特征與補(bǔ)給船相比有較大不同,對(duì)平臺(tái)的碰撞損傷也會(huì)有所不同,本文同樣對(duì)此展開(kāi)研究.由于平臺(tái)樁腿弦桿尺寸和結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)撞擊船艏而言較小,因此與船艏的接觸面積是基本一致的.補(bǔ)給船的船艏與穿梭油輪相比更為尖銳,造成樁腿結(jié)構(gòu)損傷更為劇烈,在相同的撞深下造成更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞,這一點(diǎn)在圖15中得以反映.4.2平臺(tái)碰撞參數(shù)4.2.1平臺(tái)工作深水發(fā)展趨向由于自升式平臺(tái)具有自行抬升鉆井的特點(diǎn),其工作水深具有很大的靈活性.一般根據(jù)船東要求,需要在幾個(gè)典型的工作水深具有良好的工作能力.本文的自升式鉆井平臺(tái)要求在250、275和300英尺水深具有技術(shù)規(guī)格書中要求的鉆井能力,因此對(duì)這幾種工作水深可能遭遇的碰撞情況作初步探討.圖16顯示,平臺(tái)工作水深的增加,意味著撞擊點(diǎn)遠(yuǎn)離樁靴的位置,同樣的撞擊力會(huì)造成更大的樁腿彎矩,從而促使樁腿結(jié)構(gòu)更早地變形破壞,導(dǎo)致更大的結(jié)構(gòu)變形能.4.2.2抗事故剛度分析自升式平臺(tái)的碰撞大多發(fā)生在水線面樁腿結(jié)構(gòu)處.本文根據(jù)樁腿結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),給出了7種典型的碰撞位置(圖17),對(duì)其能量吸收進(jìn)行仿真分析,從而考察樁腿可能碰撞區(qū)域的抗撞剛度.相同的撞深下結(jié)構(gòu)吸能能力越強(qiáng),預(yù)示著其結(jié)構(gòu)剛度越大,越能抵御碰撞撞擊帶來(lái)的破壞.圖18顯示,結(jié)構(gòu)抗撞剛度順序如下:LC2>LC1>LC5>LC4>LC3A>LC3B>LC3C.其中,弦桿的結(jié)構(gòu)剛度大于撐桿;LC1方向的結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)大于LC4方向;由于LC2處位于結(jié)構(gòu)交接處,結(jié)構(gòu)剛度也大于LC1;撐桿交接處的剛度也大于水平撐和斜撐中心處.4.2.3樁腰底端約束下的碰撞自升式平臺(tái)工作狀態(tài)時(shí)站立于海底上,其地基剛度受到土壤約束,位于鉸支和剛固之間,文獻(xiàn)給出了其推薦的最