张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析
第38卷 第5期2009年10月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.38 N o.5
O ct.2009
收稿日期:2009-02-25修回日期:2009-04-30
基金项目:国家自然科学基金(50538050);国家863
计划(2006A A09A 103,2006A A09A 104)。
作者简介:闫功伟(1982-),男,博士生。研究方向:深水海洋平台的动力响应。E -mail:yango ng wei_hit@qq.co m
DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2009.05.034
张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析
闫功伟1
,欧进萍
1,2
(1.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024)摘 要:结合南海海域条件对传统式张力腿平台进行整体设计,计算平台所受各种环境荷载的大小,并采用拟静力分析法分析此平台的非线性运动响应,考虑平台水平漂移和下沉的非线性关系以及张力腿预张力、横截面面积、就位长度和立柱横截面面积等参数对平台运动响应的影响。
关键词:张力腿平台;整体设计;拟静力分析;非线性运动响应
中图分类号:U 674.38;T E952 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2009)05-0142-04
张力腿平台(tension leg platform,T LP),是一种垂直系泊的顺应式平台,通过数条张力腿与海底相接,具有半固定、半顺应的运动特征。它可以分为三部分:平台本体、张力腿系统和基础部分。平台本体的主要运动形式[1]有横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、首摇。整个结构的频率跨越海浪的一阶频率谱两端,从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振,使平台结构受力合理,动力性能良好。
TLP 的结构形式发展倾向于多元化、小型化,以适应于不同油藏条件及边际油田的开发。按平台本体形式[2]不同可以分为传统式张力腿平台(CT LP)、海星式张力腿平台(seastar TLP)、迷你式张力腿平台(M OSES T LP)和延伸式张力腿平台(ETLP)。T LP 示意见图1、2
。
结合我国南海海域海况条件,开展了CT LP
平台的整体方案设计。
1 T LP 的整体设计
TLP 平台的整体设计[3]
需要做以下几方面的工作:1根据平台的功能要求,确定出比较合理的平台总体尺度;o规划设备位置,均衡平台中心;?进行张力腿的张力估算;?确定出设计能力界限。
平台总体规划流程见图3,中间框内4
项工
图3 TLP 总体设计规划流程
作是一个小循环,需要反复调整以达到设计要求。1.1 TLP 环境荷载的确定
风、浪、流等海洋环境参数选用文献[4]提供数据。考虑两种工况:工况1,1年一遇环境条件;工况2,100年一遇环境条件。
1)平台风荷载计算。作用于平台上体各部分的风力F 应按下式计算:
F 风=C h C s S p (1)
式中:p )))风压,kPa ;
S )))平台在正浮或倾斜状态时受风构件
的正投影面积,m 2;
C h )))受风构件的高度系数,其值可根据
构件高度h(构件形心到设计水面的垂直距离)由规范查表确定;
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张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析)))闫功伟,欧进萍
C s)))受风构件形状系数,其值可根据构件
形状由规范查表确定,也可根据风洞
试验确定。
2)平台流荷载计算
海流对立柱及浮筒的作用力计算公式如下:
F流=0.5C d Q A U2(2)
式中:U)))流速;
Q)))流体密度;
A)))构件朝流体流速方向的投影面积;
C d)))经验和试验得到的阻力系数,直径
大于0.3m的细长圆柱,C d取0.7。
3)平台波浪荷载计算
波浪荷载参考中国船级社5海上移动式平台
入级与建造规范(2005)6,采用设计波[5]的方法计
算。由于D/L<0.2,邱卡数K=U max T/D<5,所
以取阻力系数C d=0,根据莫里森方程积分可以
得出张力腿平台立柱所受波浪荷载的计算公式。
公式推导如下:
波数k=2P/L
质点水平速度u=H(P/T)e kz cos H
质点水平加速度u#=2H(P/T)2e kz sin H
莫里森方程:
d F=C m Q d V u#n(3)
平台立柱所受波浪力可按如下公式计算:
F浪=C m Q P r2Q0-h u#d z=
P2r2Q H L
T2
C m(1-e-kh)sin H(4)
M=C m Q P r2Q0-h(h+z)u#d z=
P2r2Q H L h
T2C m sin H1-
(1-e-kh)
kh(5)
式中:T)))波浪周期;
H)))设计波高;
L)))对应中间水深的设计波长;
r)))立柱半径;
h)))海面到立柱底面的距离;
C m)))惯性力系数。
根据以上各式计算的环境荷载见表1。
表1中平台所受力矩是以立柱底面为基准面计算的结果。从表1中可以看出:平台所受环境荷载主要是波浪载荷,风、流荷载所占比例很小。
表1平台本体所受最不利环境荷载
荷载工况1工况2 F风/N8.7@105 1.8@106
M风/(N#m) 3.6@1077.3@107
F浪/N 2.4@107 3.1@107
荷载工况1工况2
M浪/(N#m) 2.9@108 3.6@108
F流/N 4.7@105 1.9@106
M流/(N#m) 4.3@106 1.7@107
合计
F/N 2.5@107 3.5@107
M/(N#m) 3.3@108 4.5@108 1.2TLP整体设计结果
根据最不利荷载组合计算相应的平台漂移和下沉并校核张力腿平台各部分是否满足强度要求及其他要求,主要校核内容包括甲板、张力腿等部分强度校核,扭转、侧移校核,基础设计及抗拔校核。根据校核结果不断调整平台的各设计参数(主要调整参数为平台张力腿预张力大小、平台本体吃水和浮箱尺寸等)并再次校核以达到设计要求,最终设计出的张力腿平台各参数,见表2。
表2张力腿平台的主要设计参数名称设计参数
平台
上体
船体高度42m,设计吃水22m,上体总重
17355t,总排水量2.94@104t
甲板
直升机甲板22m@22m,上层甲板54m@
52m,下层甲板52m@52m
立柱
外径16m,内径7m,高度35m,数量4个,中心距50m
浮箱高度7m,宽度12m,长度34m,数量4个
张力腿
外径1.2m,内径1.12m,就位长度978m,数量4@2根,总预张力1.02M N
2T LP拟静力响应分析
采用拟静力分析的方法分析平台在水平荷载作用下的运动响应[6],设计TLP本体见图4。
图4设计TLP本体
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第5期船 海 工 程第38卷
拟静力分析的对象选取上文初步设计出的平台,分别考虑不同的张力腿预张力(T )、不同的张力腿横截面积(A )、不同的平台就位水深(L )和不同的立柱横截面面积(S )。在拟静力分析的建模和具体分析中还考虑了预张力引起选用的张力腿原长的改变,平台运动过程中浮力的改变引起的平台漂移和平台下沉之间的几何非线性,平台浮力的改变引起平台水平荷载与平台漂移之间的非线性等。
分析模型的建立主要有以下假定[7-9]:
1)平台张力腿所受浮力与重力相等,即张力腿按/中浮性0原则设计。
2)引入/平行张力腿0假设,即假定张力腿系统的刚度足够大,在平台直线性运动过程中始终保持平行、绷紧状态,这样可建立平台的二维非线性拟静态分析模型,如图5
。
图5 TLP 拟静态分析模型
图中:F h )))平台所受水平作用力;
x )))水平漂移;
z )))垂向下沉;H )))平台偏角。
L 0=E A t I t /(F t +E A t )(6)L ts =(L t -z )/cos H
(7)
式中:L t )))张力腿就位长度;
F t )))张力腿顶端预张力;
A t )))张力腿总横截面面积;L 0)))张力腿原长;
L ts )))张力腿偏移后的长度;对于平台偏移后的平衡位置有方程
F ts cos H =F t +Q S gS c z (F ts -F t )L 0=(L ts -L t )E A t
(8)式中:S c )))立柱总横截面面积;
两式联立求解可得出对于给定的每一个转角H ,有:
z =
(1-co s H )(E A t I t -F t L 0)
Q s gS c L 0+E A t
(9)
进而求得
x =(L t -z )tan H
(10)
F h =(F t +Q S gS c z )tan H
(11)
结合上述推导公式,在给定的水平荷载下,采用MATLAB 软件编程求解,分别得到不同张力腿预张力、横截面积、就位长度以及不同立柱横截面积等工况条件下平台的运动响应,结果如图6~9
。
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张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析)))闫功伟,欧进萍
其中动张力是指在平台运动过程中张力腿张力相对于预张力的增量。
3结论
1)在风、浪、流联合作用下,波浪载荷对T LP 平台的作用占主导地位:操作工况(一年一遇)下风、浪、流占总水平荷载分别大约为 3.4%、94.7%、1.9%,占总力矩分别约为10.9%、87.8%、1.3%;极端自存工况(100年一遇)下风、浪、流占总水平荷载分别大约为5.2%、89.3%、5.5%、占总力矩分别约为16.2%、80.0%、3. 8%。因此,在一定条件下可以将风及流对平台整体运动的影响简化考虑。
2)拟静力分析方法可以分析得到诸如风、浪、流联合作用下平台水平漂移和竖向下沉及其不同张力腿预张力、横截面积、就位长度影响等平台运动的性能,这种方法在平台整体设计及优化过程中不失为一种有效的分析方法。
3)TLP平台垂向下沉与张力腿内张力基本呈线性关系,影响其斜率的主要因素是立柱的横截面面积,即平台上体单位下沉引起浮力大小的变化,所以平台的垂向运动可以简化考虑为一定刚度的弹性振动,刚度大小主要取决于立柱的总横截面面积。
4)考虑张力腿的伸缩和浮力的改变等因素, TLP平台运动会呈现不可忽略的非线性特性。如平台水平荷载分别与水平漂移和下沉间的非线性关系,平台水平漂移和垂向下沉间的非线性关系,等,张力腿的初始预张力及就位长度对平台本体的水平漂移、下沉以及相关的非线性特性有较明显的影响;立柱及浮箱尺寸的变化直接影响平台环境荷载和浮力等,对平台的各个响应特性都有一定的影响。所以结合TLP平台的就位水深,张力腿的初始预张力及就位长度和立柱及浮箱尺寸的确定及优化将是平台整体设计和运动性能优化的主要内容。
参考文献
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General Design and Q uas-i static Analysis of the
T ension Leg Platform
YAN Gong-wei1,OU Jin-ping1,2
(1Scho ol o f Civil Engineering,H ar bin Institute of T echnolog y,H ar bin150090,China;
2School of Civ il and Hy draulic Engineer ing,D alian U niv ersity of T echno lo gy,Dalian L iaoning116024,China) Abstract:T he g ener al desig n of a classic tension leg platfor m(T L P)w as completed in light of the env ir onmental con-dition of South China Sea and interr elated cr iterion.V ario us env ir onmental loads acting upon the T L P wer e calculated and the quas-i stat ic movement response o f the T L P was analy zed considering the nonlinear r elatio ns betw een ho rizo ntal drift and ver tical subsidence.T he inflence of T L P p s t ensio n,cro ss-sections,lengths and co lumn p s cro ss-sectio ns upon the movement response o f T L P w ere studied.
Key words:tensio n leg plat form;g lobal desig n;quas-i static analy sis;nonlinear respo nse
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新型分离式张力腿平台概念设计
第12卷第8期2012年3月1671—1815（2012）08-1724-09 科学技术与工程 Science Technology and Engineering Vol.12No.8Mar．2012 2012Sci.Tech.Engrg. 地球科学 新型分离式张力腿平台概念设计 闫功伟 1 欧进萍 1，2 （哈尔滨工业大学土木工程学院1，哈尔滨150090；大连理工大学建设工程学部2，大连116024） 摘要通过对张力腿平台型式、特点及发展历程的分析，提出张力腿平台型式创新及性能优化应遵循主体集中布置、延伸 式系泊、最小水线面等趋势；进而提出了新型的张力腿平台概念。该新型平台主体在垂向自平衡与系泊系统分离，且具有最小化的水线面和延伸式系泊等特性。最小化的水线面的概念可以最大限度减小平台在水线面处所受环境载荷。主体垂向分离且自平衡的概念可以同时保证平台的静水回复刚度，并解除平台纵、横荡与垂荡的耦合效应，减小张力腿的“疲劳效应”。主体垂向可以在底部附加垂荡板以控制垂荡。延伸式系泊可以增加平台在纵、横摇方向上的刚度。之后又给出了此种平台概念设计的具体流程和要点，并概念设计了一座新型平台。关键词 张力腿平台 分离自平衡 最小水线面 延伸系泊 概念设计 中图法分类号 P751； 文献标志码 A 2011年12月15日收到国家重点基础研究发展计划 （2011CB013702；2011CB013703）资助 第一作者简介：闫功伟（1983—），男，安徽人，博士生，研究方向：深水海洋平台的动力响应， E-mail ：yangongwei@foxmail．com 。随着陆地及近海油气资源的日益枯竭，深海油气钻采技术的需求越来越紧迫。目前张力腿平台以其成熟的技术和优良的工作性能， 广泛应用于世界海上各个知名油气田，已超有24座，新型张力腿平台的设计应用水深已超过2500m （Atlantia 公司的Seastar 在西非和巴西海域的研究项目以及墨西哥海湾的应用项目，设计工作水深分别达到了2743m 和2591m ）。 张力腿平台在水平方向属于一种顺应式深水平台，在垂向通过平行且张紧的张力腿系统垂直系泊在海底，能够使得平台的各方向运动的固有周期均避开海洋波浪的能量集中区域，具有良好稳定的运动性能。 国内外很多学者对不同型式张力腿平台做了研究，Jagannathan ［1］ 在1992年提出了一种悬式张 力腿平台的概念，并进行了深入研究。Kobayashi 等 ［2］ 提出了带有底座的张力腿平台。Wybro 等 ［3］ 提 出了MOSES TLP 。Kibbee ［4］ 提出了SeaStar Minimal TLP 。Copple ［5］提出了用于深水边际油田的浮力腿结构。Bhattacharyya 等 ［6］ 等应用数值模拟的方法对 迷你式Seastar TLP 的耦合动力响应进行了分析。Yang 等［7］进行了位于墨西哥湾的延伸式TLP 平台在极端海况下张力腿断开时瞬态效应的数值模拟。 按形式不同可以将张力腿平台分为：（1）传统式张力腿平台（CTLP ）；（2）海星式张力腿平台（Sea-Star TLP ）；（3）最小化深海水面设备结构张力腿平台（MOSES TLP ）；（4）延伸式张力腿平台（ETLP ）。不同形式TLP 的特点： （1）传统式张力腿平台（CTLP ），一般主体由3根或者4根立柱及连接它们的浮箱组成。针对此种平台， 各国学者进行了广泛且卓有成效的研究，现存最多的张力腿平台型式； （2）Seastar TLP ，是一种按照mini-TLP 概念进行设计的单柱式张力腿平台，在1992年由Atlantia 公司设计研发，已申请了专利，主要应用于较小储量的油气田开发。它的承载效率较传统式的要高，系泊范围较大，能够提高平台运动响应性能，模块化设计，方案灵活，能够适应不同环境的要求，便于建造和安装。 （3）MOSES TLP 最小化深海水面设备结构， Minimum Offshore
机构静力分析基础
第一章机构静力分析基础 1．力的基本概念及其性质 （1）力的定义 物体间相互的机械作用，这种作用使物体的运动状态(力的外效应)、形状或尺寸发生改变(力的内效应)。 （2）力的三要素 力的大小、方向和作用点。 2．静力学定理 （1）二力平衡定理 作用于刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力的大小相等、方向相反，作用在一条直线上。 （2）三力平衡汇交定理 构件在三个互不平行的力作用下处于平衡，这三个力的作用线必共面且汇交于一点。 3．约束和约束力 应掌握四类常用的约束模型：柔性体约束、光滑面约束、铰链约束、固定端约束。了解约束性质，掌握约束力的画法。 4．物体的受力分析及受力图 （1）根据要分析的问题，确定研究对象； （2）解除研究对象的约束画出研究对象的分离体； （3）在分离体上画出全部主动力； （4）在分离体解除约束的地方按约束的类型或性质画出约束力。 5．力的投影和分解 （1）力的投影和正交分解 （2）合力投影定理 合力在某一轴上的投影等于各分力在同轴上投影的代数和。 6．力矩与力偶 （1）力矩 力使物体产生转动效应的量度称为力矩。
（2）合力矩定理 力系合力对某点的力矩等于力系各分力对同点力矩的代数和。 （3）力偶及其性质 使物体产生转动效应的一对大小相等、方向相反、作用线平行的两个力称为力偶。力偶矩的大小、转向和作用平面称为力偶的三要素。 力偶的基本性质： a．力偶无合力，在坐标轴上的投影之和为零。 b．力偶对其作用平面内任一点的力矩，恒等于其力偶矩，而与矩心的位置无关。 7．力的平移定理 作用于刚体上的力F，可平移到刚体上的任一点O，但必须附加一力偶，其附加力偶矩的大小等于原力F对O点的力矩。 8．平面力系的平衡方程 若力系是平衡力系，则该力系向平面任一点简化的主矢和主矩为零。即：平面平衡力系在两坐标轴投影的代数和等于0，对平面上任意点力矩代数和等于0。 S F x＝0 S F y＝0 S M O（F）＝0 9．求解平面一般力系平衡问题的步骤 （1）选择研究对象； （2）受力分析； （3）列平衡方程，求解未知力。 第二章常用机构概述 1．机构的组成和运动副 机构由若干构件联接组合而成，根据运动传递路线和构件的运动状况，构件可分为三类：机架、原动件、从动件。 两个构件直接接触而形成的可动联接称为运动副。 在平面机构中，按构件的接触性质运动副可分为高副和低副两类，它们所约束的自由度数目和内容是不同的。
静力弹塑性分析方法(Pushover方法)与动力弹塑性分析方法的优缺点
静力弹塑性分析方法（Pushover方法）与动力弹塑性分析方 法的优缺点 Pushover分析法 1、Pushover分析法优点： （1）作为一种简化的非线性分析方法，Pushover方法能够从整体上把握结构的抗侧力性能，可以对结构关键机构及单元进行评估，找到结构的薄弱环节，从而为设计改进提供参考。 （2）非线性静力分析可以获得较为稳定的分析结果，减小分析结果的偶然性，同时花费较少的时间和劳力，较之时程分析方法有较强的实际应用价值。 2、Pushover分析法缺点： （1）它假定所有的多自由度体系均可简化为等效单自由度体系，这一理论假定没有十分严密的理论基础。 （2）对建筑物进行Pushover分析时首先要确定一个合理的目标位移和水平加载方式，其分析结果的精确度很大程度上依赖于这两者的选择。（3）只能从整体上考察结构的性能，得到的结果较为粗糙。且在过程中未考虑结构在反复加载过程中损伤的累积及刚度的变化。不能完全真实反应结构在地震作用下性状。 二、弹塑性时程分析法 1、时程分析法优点： （1）采用地震动加速度时程曲线作为输入，进行结构地震反应分析，从而全面考虑了强震三要素，也自然地考虑了地震动丰富的长周期分量
对高层建筑的不利影响。 （2）采用结构弹塑性全过程恢复力特性曲线来表征结构的力学性质，从而比较确切地、具体地和细致地给出结构的弹塑性地震反应。 （3）能给出结构中各构件和杆件出现塑性铰的时刻和顺序，从而可以判明结构的屈服机制。 （4）对于非等强结构，能找出结构的薄弱环节，并能计算出柔弱楼层的塑性变形集中效应。 2、时程分析法缺点： （1）时程分析的最大缺点在于时程分析的结果与所选取的地震动输入有关，地震动时称所含频频成分对结构的模态n向应有选择放大作用，所以不同时称输入结果差异很大。 （2）时程分析法采用逐步积分的方法对动力方程进行直接积分，从而求得结构在地震过程中每一瞬时的位移、速度和加速度反应。所以此法的计算工作十分繁重，必须借助于计算机才能完成。而且对于大型复杂结构对计算机要求更高，耗时耗力。 （3）对工程技术人员素质要求较高，工程应用要求较高。从结构模型建立，材料本构的选取、地震波选取，到参数控制及庞大计算结果的整理及甄别都要求技术人员具有扎实的专业素质以及丰厚的工程经验。
张力腿平台简介
张力腿平台简介 一．第一代张力腿平台总述 第一代张力腿平台，即传统类型的张力腿平台，应用时间长、分布范围广、平台数量多、设计理论成熟，在张力腿平台发展的历史中占有很重要的地位。 从1984年至今，世界上建成投入生产的传统类型张力腿平台共有11座，尚未发生过倾覆、沉没等重大事故，拥有优良的工作记录，由此坚定了业界对TLP这种新兴海洋平台结构的信心。在其发展的20年时间里，世界各国的研究者和工程技术人员积累了丰富的设计应用经验和技术数据，为以后张力腿平台的发展打下了坚实的基础。 在已建成的11座传统类型的张力腿平台中，Shell石油公司在1994—2001年7年间连续建造的5座张力腿平台具有一定的代表性，分别为Auger、Mars、Ram、Ursa和Brutus。 通过第一代张力腿平台的生产实践，进一步证明了张力腿平台在深海域半刚性半柔性的优良运动性能和经济性，但是同时亦发现传统的张力腿平台结构形式仍存在着一定的 不足。 ①在水深超过1200m的极深水水域，随着张力筋腱长度的增加，出现了张力腿自重过大的问题，并且由于张力筋腱在深水中的受力情况发生改变，因此影响了平台的定位性能。
②在降低造价、改善受力情况和运动性能的方面，传统类型张力腿平台的本体结构仍需要进一步改进。 ③差频载荷是一个缓慢变化的力，它将和同样缓慢变化的张力腿平台平面内的运动发生共振。另外，风的激振力也在这个差频范围内，必然会加剧这种慢漂运动。 ④波浪的高频分量和高频水动力会引起张力腿平台平面外的共振，通常称为Springing和Ringing。张力腿平台结构这两个问题随着水深的增加而加剧，对结构的安全性有很大的影响。 ⑤传统的张力腿平台是通过海底基础固定入位的，随着水深的增加，海底基础的设计、施工变得十分复杂。 因此，张力腿平台所具有的经济、安全和良好的动力特性在更深水域中均不能得到充分的发挥，传统类型的张力腿平台结构已经不能很好地适应更深的水域。各国学者对张力腿平台结构形式的不断改进完善非常重视，因此，混合式张力腿平台及悬式张力腿平台等新型的张力腿平台便应运而生二．张力腿平台的工作原理及性能 张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力
静力弹塑性分析
静力弹塑性分析(Pushover分析) ■简介 Pushover分析是考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。Pushover分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能(target performance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。Pushover分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏、中震可修的规范要求，然后再通过pushover分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。 计算等效地震静力荷载一般采用如图2.24所示的方法。该方法是通过反应修正系数(R)将设计荷载降低并使结构能承受该荷载的方法。在这里使用反应修正系数的原因是为了考虑结构进入弹塑性阶段时吸收地震能量的能力，即考虑结构具有的延性使结构超过弹性极限后还可以承受较大的塑性变形，所以设计时的地震作用就可以比对应的弹性结构折减很多，设计将会更经济。目前我国的抗震规范中的反应谱分析方法中的小震影响系数曲线就是反应了这种设计思想。这样的设计方法可以说是基于荷载的设计(force-based design)方法。一般来说结构刚度越大采用的修正系数R越大，一般在1~10之间。 但是这种基于荷载与抗力的比较进行的设计无法预测结构实际
的地震响应，也无法从各构件的抗力推测出整体结构的耐震能力，设计人员在设计完成后对结构的耐震性能的把握也是模糊的。 基于性能的耐震设计中可由开发商或设计人员预先设定目标性能，即在预想的地震作用下事先设定结构的破坏程度或者耗能能力，并使结构设计满足该性能目标。结构的耗能能力与结构的变形能力相关，所以要预测到结构的变形发展情况。所以基于性能的耐震设计经常通过评价结构的变形来实现，所以也可称为基于位移的设计(displacement-based design)。 Capacity (elastic) Displacement V B a s e S h e a r 图 2.24 基于荷载的设计方法中地震作用的计算 Pushover 分析是评价结构的变形性能的方法之一，分析后会得到如图2.25所示的荷载－位移能力谱曲线。另外，根据结构耗能情况会得到弹塑性需求谱曲线。两个曲线的交点就是针对该地震作用结构所能发挥的最大内力以及最大位移点。当该交点在目标性能范围内，则表示该结构设计满足了目标性能要求。
ANSYS静力分析的简单步骤
第一步，启动工作台软件，然后选择与启动DS模块弹出得界面。 第二步，导入三维模型。根据操作步骤进行。首先，单击“几何体”，选择“文件”，然后选择弹出窗口中的3D模型文件，如果当时catia文件格式不符，可以把三维图先转换为“.stp”的格式，即可导入。 第三步，选择零件材料：文件导入软件后，在这个时候，依次选择“几何”下的“零件”，并且在左下角的“Details of ‘Part’”中以调整零件材料属性，本次钟形壳的材料是刚。 第四步，划分网格：选择“Project”树中的“Mesh”，右键选择“Generate Mesh”即可在这一点上，你可以在左下角的“网格”对话框的细节调整网格的大小（体积元）。 第五步，添加类型分析：第一选择顶部工具栏上的“分析”按钮，添加需要的类型分析，因为我们需要做的是在这种情况下的静态分析。所以选择结构静力。 第六步，添加固定约束：首先选择“Project”树中的“Static Structural”按钮，右键点击支持插入固定树。这时候在左下角的“Details of ‘Fixed Support’”对话框中“Geometry”会被选中，会要求输入固定的支撑面。在这种情况下，固定支架的类型是表面支持，确定六凹面（此时也可点击“Edge”来确定“边”）。然后一直的按住“CTRL”键，连续选择其它几个弧面为支撑面，在点击“Apply”进行确认， 第七步，添加载荷：选择“Project”树中的“结构静力”，右键选择“Insert”中的“Force”，然后在选择载荷的作用面，再次点击“Apply”按钮进行确定。 第八步，添加变形：右键点击选择“Project”树中的“Solution”，随后依次选择插入，变形，Total”，添加变形。 第九步，添加等效应变：右键单击“项目”的树，“>插入应变->解决方案->添加等效，等效应变。 第十步，添加等效应力：首先右键点击“Project”树中的“Solution—>Insert —> Stress—>Equivalent”，添加等效应力。 第十一步，求解：右键点击选择“Project”树中的“Solution”，随后选择“Solve”求解
结构静力分析
第一章结构静力分析 1．1 结构分析概述 结构分析的定义：结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身等；同时还包括机械零部件，如活塞，传动轴等等。 在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。 静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。 模态分析---用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析---用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析---是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。 曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS可进行线性（特征值）和非线性曲屈分析。 显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的分析应用： ●断裂力学 ●复合材料 ●疲劳分析 ●p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分析，单元型 从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元。 1．2 结构线性静力分析 静力分析的定义 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。 静力分析中的载荷 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括： ●外部施加的作用力和压力 ●稳态的惯性力（如中力和离心力） ●位移载荷 ●温度载荷 线性静力分析和非线性静力分析 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形，塑性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍。
基于ANSYS的自锚式悬索桥静力特性分析
基于ANSYS的自锚式悬索桥静力特性分析 发表时间：2019-09-17T16:42:46.233Z 来源：《城镇建设》2019年第15期作者：邓余杰[导读] 为研究自锚式悬索桥结构静力特性，以某主跨160m的混凝土自锚式悬索桥为例，采用ANSYS有限元软件建立其空间有限元模型 (西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安 710055) 摘要：为研究自锚式悬索桥结构静力特性，以某主跨160m的混凝土自锚式悬索桥为例，采用ANSYS有限元软件建立其空间有限元模型，对在恒载及活载作用下结构的静力特性进行分析，以明确自锚式悬索桥的合理成桥状态。关键词:混凝土自锚式悬索桥，有限元模型，静力特性 引言 自锚式悬索桥因造型美观、可灵活选取跨径及适应多种建筑场景等优点而得到极大的应用推广。其将主缆直接锚固在加劲梁两端，由加劲梁直接承受主缆的水平分力，不需要修建巨大的锚碇，这给不方便修建锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决办法[1]。占伟华[2]按最不利荷载组合计算了某独塔式自锚式悬索桥的受力及变形；刘春城[3] 介绍了自锚式悬索桥受力特点及其非线性分析理论，并在多种荷载组合下对某自锚式悬索桥进行了非线性力学性能分析；沈锐利[4]等分析了某自锚式悬索桥吊索破断后的静力响应，对自锚式悬索桥吊索破断后的强健性进行了分析；姚登科[5] 对某自锚式悬索桥进行全桥静力分析、钢箱梁锚固结构局部受力分析并对轻型组合桥面结构的受力特点进行了一定研究。上述学者对自锚式悬索桥的静力特性都有一定的研究，这充分说明自锚式悬索桥静力特性对研究自锚式悬索桥的各项特性都有着极为重要的作用。自锚式悬索桥在使用过程中，加劲梁在承受外荷载的情况下处于压、弯状态，而外荷载作用下结构的受力性能分析正是决定桥梁设计的主要依据，因此对自锚式悬索桥在恒载及活载作用下的静力特性分析十分必要[6]。 本文以某主跨160m的混凝土自锚式悬索桥为例，进行该桥在恒载及活载作用下的静力特性分析。该桥全长为15+70+160+70+15=330m，梁宽为41m，布置形式为2.5m人行道+3.5m非机动车道+（2.5+6×3.75+2.5 ）机动车道+3.5m非机动车道+2.5m人行道。车辆设计荷载为城－A级，人行道活载3.5KN/m2，非机动车道活载3.5KN/m2。有限元模型建立 采用ANSYS建立全桥三维有限元模型，加劲梁和索塔采用beam4单元，主缆和吊索采用link10单元。模型中加劲梁采用鱼刺梁的形式模拟，纵向主刺的截面特性按加劲梁的实际截面特性取值，两侧的刚臂起传递力的作用，用来模拟加劲梁和吊索的连接；吊索和主缆的初始应力通过初应变施加；索塔底部采用固结约束。模型见图1。静力特性分析 在正常使用阶段，加劲梁承受的一二期恒载包括混凝土自重、桥面铺装、防撞墙、人行道栏杆以及人行道铺装等荷载，活载按均布荷载35.29kN/m及主跨跨中作用360kN的集中力布置。根据以上建立的模型,计算分析自锚式悬索桥正常使用阶段在一二期恒载及活载作用下的加劲梁、主缆、吊索、桥塔等结构的静力响应。 在一二期恒载及活载作用下，自锚式悬索桥变形较小，最大竖向位移发生在加劲梁主跨跨中，为60.9mm，小于规范中L/300，满足挠度要求。最大纵向位移发生在桥塔顶端，为13.5mm。 图2给出了加劲梁上缘在一二期恒载及活载作用下的应力图。可以看出加劲梁上缘最大拉应力出现在主跨跨中，为20.04MPa，最大压应力出现在桥塔附近，为27.90MPa。加劲梁的应力均在合理范围内。 在一二期恒载及活载作用下,加劲梁的最大弯矩出现在主跨跨中处,约为24040kN·m；加劲梁轴力在锚固点之间分布较均匀，在38600kN～39100kN之间。主塔在上述荷载作用下基本处于中心受压状态,最大压应力为13.54MPa,出现在加劲梁与主塔横梁相交处,主塔最大弯矩出现在桥塔根部,约95214kN·m。
静力弹塑性分析方法
静力弹塑性分析方法（pushover法）的确切含义及特点 结构弹塑性分析方法有动力非线性分析（弹塑性时程分析）和静力非线性分析两大类。动力非线性分析能比较准切而完整的得出结构在罕遇地震下的反应全过程，但计算过程中需要反复迭代，数据量大，分析工作繁琐，且计算结果受到所选用地震波及构件恢复力和屈服模型的影响较大，一般只在设计重要结构或高层建筑结构时采用。 静力弹塑性分析方法，是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种简化方法，从本质上说它是一种静力分析方法。具体地说，就是结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力，单调加载并逐级加大；一旦构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其推出工作），进而修改结构总刚度矩阵，进行下一步计算，依次循环直到结构达到预定的状态（成为机构、位移超限或达到目标位移），从而判断是否满足相应的抗震能力要求。 静力弹塑性分析方法（pushover法）分为两个部分，首先建立结构荷载－位移曲线，然后评估结构的抗震能力，基本工作步骤为： 第一步：准备结构数据：包括建立模型、构件的物理参数和恢复力模型等； 第二步：计算结构在竖向荷载作用下的内力。 第三步：在结构每层质心处，沿高度施加按某种规则分布的水平力（如：倒三角、矩形、第一振型或所谓自适应振型分布等），确定其大小的原则是：施加水平力所产生的结构内力与第一步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批构件开裂或屈服。在加载中随结构动力特征的改变而不断调整的自适应加载模式是比较合理的，比较简单而且实用的加载模式是结构第一振型。 第四步：对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改，同时修改总刚度矩阵后，在增加一级荷载，又使得一个或一批构件开裂或屈服； 不断重复第三、四步，直到结构达到某一目标位移（当多自由度结构体系可以等效为单自由度体系时）或结构发生破坏（采用性能设计方法时，根据结构性能谱与需求谱相交确定结构性能点）。 对于结构振型以第一周期为主、基本周期在2s以内的结构，pushover方法能够很好地估计结构的整体和局部弹塑性变形，同时也能揭示弹性设计中存在的隐患（包括层屈服机制、过大变形以及强度、刚度突变等）。 在实际计算中必须注意一下几个问题： （1）、计算模型必须包括对结构重量、强度、刚度及稳定性有较大影响的所有结构部件。 （2）对结构进行横向力增量加载之前，必须把所有重力荷载（恒载和参加组合的活荷载）施加在相应位置。
结构静力分析边界条件施加方法与技巧—约束条件
在结构的静力分析中载荷与约束的施加方案对计算结果有较大的影响，甚至导致计算结果不可信，笔者在《结构设计CAE主业务流程》的博文中也提到这一点。那么到底如何施加载荷与约束呢？归根到底要遵循一个原则——尽量还原结构在实际中的真实约束和受力情况。本文着重介绍几种约束的施加方法与技巧，并通过具体例子来进一步说明。 1 销轴约束 销轴连接在结构中是很常见的一种形式，其约束根据具体的结构形式有所不同，下面以一个走行装置为例具体介绍一下。 走行装置是连接平动轨道与上部结构的，其约束应是轨道通过车轮对走行装置的约束，但是通常对于车轮只要验证其轮压满足要求即可，因此在模型中往往将车轮简化掉，因此对于走行装置的约束就变为销轴约束。 图1 某走行装置 图1 中1-10是与车轮相连接的轴孔，车轮行驶于轨道上，约束位置在10对轴孔处，如果把整个轴孔都约束则约束刚度太大，结果会导致圆孔周围应力过大，因此应简化为约束轴孔中心点，将中心点与轴孔边缘通过刚性单元连接，简化为点约束。首先y方向（竖直向上）是应该约束的（此处假设车轮及轴为刚体），其次由于轨道与轮缘的相互作用，z方向（侧向）也应该是约束的，然后由于走行装置在向下的压力下会产生沿x方向（运行方向）的位移，因此x方向约束应放开，但是如果10对轴孔中心x方向的约束全放开则会导致约束不全无法计算，因此应在1轴孔或10轴孔中心处施加x方向的约束，这样实现全自由度约束。 2 转动轨道约束 图2是一个翻车机模型，该结构通过电机驱动，托辊支撑，2个端环在轨道上转动来实现翻卸功能。
图2 翻车机 由于翻车机托辊支撑端环，由电机驱动不断地翻转卸车，造成其约束位置方向不断变化，针对一个具体翻转角度，翻车机端环在与托辊接触处（线接触）应约束沿翻车机端环径向，另外，由于翻车机在荷载作用下会产生沿翻车机轴向的位移，所以两端环中要约束一个端环的轴向自由度。 3 对称面约束 图3是某钢水罐模型，该模型关于y-z面对称，下面介绍一下该结构的约束处理。 图3 钢水罐 首先在1处由于受到钢水罐起吊装置的限制，其竖直方向y及水方向z无法变形，应施加z 方向及y方向的约束，而x方向是没有约束的，此时因缺少约束无法计算，应注意到该结构(包
张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析
第38卷 第5期2009年10月 船海工程SH IP &OCEA N ENG IN EERI NG V ol.38 N o.5 O ct.2009 收稿日期:2009-02-25修回日期:2009-04-30 基金项目:国家自然科学基金(50538050);国家863 计划(2006A A09A 103,2006A A09A 104)。 作者简介:闫功伟(1982-),男,博士生。研究方向:深水海洋平台的动力响应。E -mail:yango ng wei_hit@qq.co m DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2009.05.034 张力腿平台的整体设计及拟静力性能分析 闫功伟1 ,欧进萍 1,2 (1.哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024)摘 要:结合南海海域条件对传统式张力腿平台进行整体设计,计算平台所受各种环境荷载的大小,并采用拟静力分析法分析此平台的非线性运动响应,考虑平台水平漂移和下沉的非线性关系以及张力腿预张力、横截面面积、就位长度和立柱横截面面积等参数对平台运动响应的影响。 关键词:张力腿平台;整体设计;拟静力分析;非线性运动响应 中图分类号:U 674.38;T E952 文献标志码:A 文章编号:1671-7953(2009)05-0142-04 张力腿平台(tension leg platform,T LP),是一种垂直系泊的顺应式平台,通过数条张力腿与海底相接,具有半固定、半顺应的运动特征。它可以分为三部分:平台本体、张力腿系统和基础部分。平台本体的主要运动形式[1]有横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、首摇。整个结构的频率跨越海浪的一阶频率谱两端,从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振,使平台结构受力合理,动力性能良好。 TLP 的结构形式发展倾向于多元化、小型化,以适应于不同油藏条件及边际油田的开发。按平台本体形式[2]不同可以分为传统式张力腿平台(CT LP)、海星式张力腿平台(seastar TLP)、迷你式张力腿平台(M OSES T LP)和延伸式张力腿平台(ETLP)。T LP 示意见图1、2 。 结合我国南海海域海况条件,开展了CT LP 平台的整体方案设计。 1 T LP 的整体设计 TLP 平台的整体设计[3] 需要做以下几方面的工作:1根据平台的功能要求,确定出比较合理的平台总体尺度;o规划设备位置,均衡平台中心;?进行张力腿的张力估算;?确定出设计能力界限。 平台总体规划流程见图3,中间框内4 项工 图3 TLP 总体设计规划流程 作是一个小循环,需要反复调整以达到设计要求。1.1 TLP 环境荷载的确定 风、浪、流等海洋环境参数选用文献[4]提供数据。考虑两种工况:工况1,1年一遇环境条件;工况2,100年一遇环境条件。 1)平台风荷载计算。作用于平台上体各部分的风力F 应按下式计算: F 风=C h C s S p (1) 式中:p )))风压,kPa ; S )))平台在正浮或倾斜状态时受风构件 的正投影面积,m 2; C h )))受风构件的高度系数,其值可根据 构件高度h(构件形心到设计水面的垂直距离)由规范查表确定; 142
静力分析的基本概念与方法
第一章静力分析的基本概念与方法 【基本概念】 力的概念，刚体、变形体、平衡的概念，约束的概念。 【基本内容】 力的运动效应与变形效应，加减平衡力系原理及应用，力的可传性及其限制，二力构件与二力平衡条件及其应用，几种典型约束及相应的约束力，取隔离体作受力图，约束力的分析与计算。 重点掌握静力分析的基本方法，以及正确取隔离体作受力图。 【课程精讲】 一、关于力、力的平衡以及约束的概念和定义 力——物体间的相互机械作用。 力的两种效应——是使物体的运动状态或速度发生变化；二是使物体发生变形。前者称为运动效应；后者称为变形效应。对于刚体只产生运动效应；对于变形体则既可能产生运动效应又可能产生变形效应。 力的可传性——只要保持力的大小和方向不变，则力的作用点可以沿着力的作用线移动，而不改变力对物体的运动效应。力的可传性只对运动效应而言，即只有当物体或物体的一部分被抽象为刚体时，才是正确的。当研究力对物体的变形效应时，力的可传性便不再成立。 平衡——物体对于参考系保持静止或作等速直线运动。 二力平衡条件——作用在刚体上的两个力，其平衡条件是：两个力大小相等、方向相反并沿同一直线作用。在两个力作用下处于平衡状态的构件称为“二力构件”。 不平行三力的平衡条件——作用在刚体上同一平面内三个互不平行力平衡的必要与充分条件是：三力作用线汇交于一点，且力三角形封闭。 加减平衡力系原理——在作用于刚体上的任意力系上，加上或减去任何平衡力系，并不改变原力系对刚体的运动效应。加减平衡力系所得到的力系与原力系互为等效力系。等效力系和加减平衡力系原理对于变形效应是不成立的。 约束——对构件运动形成限制的物体称为构件的约束。不同的约束，在构件上产生不同的约束力。 柔性约束——绳索、皮带、链条等构成的约束。柔性约束只产生沿着绳索、皮带、链条方向受拉的约束力。 无摩擦刚性约束——约束物与被约束的构件均为刚性，而且二者接触面的摩擦忽略不计，故又称为光滑面刚性约束。这类约束有以下几种： 光滑平面或曲面约束：约束力沿着两接触面共法线方向。 圆柱铰链约束：这种约束只提供一个方向不确定的约束力，这约束力也可以分解为互相垂直的两个分力。固定铰支座、中间铰都属于这种约束。 辊轴约束——又称辊轴支座。其约束力方向垂直于辊子的支承面。 球铰链约束——又称球铰。提供一个作用线通过球心但方向不定的约束力。这约束力也可分为三个互相垂直的分力。 轴承约束——向心轴承的约束力与圆柱铰链的约束力相似，即约束力通过轴心方向不定，它也可发分解为两个互相垂直的分力。向心推力轴承由于限制了轴的轴线方向运动，因而与向心轴承相比，多了一个轴向约束力。 二、受力分析的基本方法 受力分析的任务——受力分析主要解决下列问题： 确定物体上受有哪些力以及这些力的作用位置，并尽可能确定这些力的作用线和方向。
静力非线性分析概论
2.6 非线性静力分析的主要目的通过静力非线性分析主要可以得到：(1) 得到结构在水平荷载作用时内力和变形的全过程，得到结构的最大承载能力和极限变形能力，即基底最大剪力-顶点最大位移，包括楼层位移、层间位移角和顶点位移等重要指标，可以估计相对与设计荷载而言的结构承载力的安全储备大小。(2) 得到结构首次出现塑性铰位置和各个阶段的塑性铰出现先后顺序和对应的分布状态，可以判断结构是否符合强柱弱梁、强剪弱弯等设计要求，根据塑性铰可以判断结构的薄弱层。(3) 得到结构在不同的受力阶段下楼层侧移和层间位移角沿高度的分布，校核最大层间位移角是否满足相关规范中规定的结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间位移角限值，并结合塑性铰的分布情况可以检查是否存在薄弱层。(4) 得到结构在不同受力阶段时各部分塑性内力重分布的情况，结合塑性铰先后出现的顺序及分布，进而检查设计的多道设防意图是否能够实现。(5) 得到结构在每一层的层剪力-层间位移角曲线，可以作为弹塑性层模型时程分析需要的各层等效层刚度。(6) 得到结构总承载力-顶点位移曲线，它综合表示结构在各个受力阶段的能力和性能。经过转换，把弹塑性分析得到的结构性能曲线称为“能力曲线”。可与“需求曲线”进行比较，地震反应谱曲线可以作为“需求曲线“。如果“需求曲线”和“能力曲线”有交点，则表示结构可以抵抗该地震，交点称为“结构性能表现点”，交点对应的位移就是结构在地震作用下的顶点位移，对该位移处结构的各项性能进行分析，可以得到结构在地震作用下的表现。如果“需求曲线”和“能力曲线”没有交点，则表示该结构抵抗地震的能力不足，结构不合格。 参考文献：西安科技大学（硕士学位论文）==人字形支撑钢框架结构弹塑性受力性能分析。
畸形波作用下张力腿平台的瞬时响应
自从第一座张力腿平台于1984年在美国墨西哥湾水域建成以来,张力腿平台凭借运动性能好、抗恶劣环境能力强、造价低等优势，在20世纪80年代初得到了蓬勃发展，也是未来一段时期深水平台的主要形式之一。 海洋平台所处海洋环境十分复杂、恶劣，破坏性较大的“新年波”（“new wave ”）多年来引起了人们的广泛关注，Tromas [1] 提出的新波理论模型（New Wave Theory ），能够模拟极限波最有可能出现的波面形状。与传统上使用的规则波模拟方法相比，该 模型认为波面是一种随机过程，最可能的形状是同实测波浪资料随机波面的自相关函数成正比，而自相关函数可以通过方向谱的傅氏变换得到。所以，新波浪理论体现了实际波浪的宽谱特征。 本文首先通过频域方法得到张力腿平台的波浪作用力传递函数、附加质量和辐射阻尼，然后通过傅立叶变换求得时域下的波浪脉冲响应函数和延迟函数，时域下的波浪力，通过时域内广义波浪力的脉冲响应函数与利用新波理论模型模拟的波面高度的卷积求得。然后，通过平台运动方 2009年5月 第5期总第427期May 2009 No.5Serial No.427 水运工程 Port &Waterway Engineering 收稿日期：2008-11-04 *基金项目：863课题研究项目（2006AA09A109-3），国家自然科学基金项目（10772040）。作者简介：肖鑫(1983—)，女，硕士研究生，主要从事波浪与结构物相互作用研究。 畸形波作用下张力腿平台的瞬时响应* 肖鑫1.2，滕斌1，勾莹1，宁德志1 （1.大连理工大学土木水利学院海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024; 2.中交水运规划设计院有限公司，北京100007 ）摘要：应用Tromas 等（1991）提出的新波理论的概念，建立了极限入射波浪模型，并把该模型引入到极限波浪与平台互相作用的水动力计算中。研究中应用大连理工大学海岸及近海工程实验室开发的频域波浪力分析程序WAFDUT1.4，得到结构的波浪力传递函数和水动力系数。通过平台运动方程在时域内计算得到运动响应和张力腿受力。最后，进一步研究了张力腿平台的刚度系数和波浪周期的改变对张力腿平台的运动响应和张力腿受力的影响。 关键词：瞬时响应,张力腿平台，畸形波中图分类号：P 75 文献标志码：A 文章编号：1002-4972（2009）05-0009-06 Transient response of TLP under freak waves XIAO Xin 1.2,TENG Bin 1,GOU Ying 1,NING De-zhi 1 (1.State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China; https://www.sodocs.net/doc/a218070506.html,CC Water Transportation Consutants Co.,Ltd.,Beijing 100007,China) Abstract:Applying the New Wave theory put forward by Tromas and others,we established the extreme incident wave model,which was introduced into the calculation of hydrodynamic force.WAFDUT1.4developed by the State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering of Dalian University of Technology is used to calculate the wave force transfer function and the hydrodynamic coefficients.The displacement and the tether tension are obtained by solving the motion equation of TLP in the time domain.Finally,the influence due to the changes of the wave period and the stiffness of TLP tethers are calculated and discussed respectively. Key words:transient response;TLP;extreme waves
迈达斯之——静力弹塑性分析基本原理及方法
迈达斯之——静力弹塑性分析基本原理及方法 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
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8-7 静力弹塑性分析(Pushover分析) 8-7-1 概要 非线性抗震分析方法可分为非线性静力分析方法和非线性动力分析方法。非线性动力分析方法可以认为是比较准确的方法，但是因为分析时间较长并对技术人员理论水准有较高的要求，所以在实际工程上的普及应用受到了限制。相反静力分析方法虽然在反映结构动力特性方面有所不足，但是因为计算效率较高和操作简单、理论概念清晰等原因被广大设计人员所普遍使用。 静力弹塑性分析又被称为Pushover分析，是基于性能的抗震设计（P erformance-Based Seismic Design, PBSD）中最具代表性的分析方法。所谓基于性能的抗震设计是以某种目标性能（target performanc e）为设计控制目标，而不是单纯的满足规范要求的极限承载能力的设计方法。其步骤是先按照规范要求进行抗震分析和构件设计，然后通过Pushover分析获得结构的极限承载能力，最后通过非线性位移结果评价结构是否满足目标性能要求。 2
目前规范中推荐的基底剪力法和反应谱分析方法均为弹性分析方法，其评价标准是地震作用下的抗力不小于地震作用下产生的内力，这些方法也被称为基于荷载的设计方法。而基于性能的设计方法则是使用与结构损伤直接相关的位移来评价结构的变形能力（耗能能力），所以又被称为基于位移的设计（displacement-based design）方法。 通过Pushover分析可得如图所示的荷载-位移关系曲线（能力谱），根据结构耗能情况可得到非线性需求谱。能力谱与需求谱的交点就是结构对于地震作用的性能点（performance point）。性能点意味着结构对于地震作用所拥有的最大的非线性承载力和最大位移，该点在控制目标性能范围内则表示该结构满足了性能要求。通过非线性分析可以了解结构具有的的极限承载能力和安全度。 3
静力弹塑性分析(Pushover分析)两种方法剖析
静力弹塑性分析(Pushover 分析) ■ 简介 Pushover 分析是考虑构件的材料非线性特点，分析构件进入弹塑性状态直至到达极限状态时结构响应的方法。Pushover 分析是最近在地震研究及耐震设计中经常采用的基于性能的耐震设计(Performance-Based Seismic Design, PBSD)方法中最具代表性的分析方法。所谓基于性能的耐震设计就是由用户及设计人员设定结构的目标性能(target performance)，并使结构设计能满足该目标性能的方法。Pus hover 分析前要经过一般设计方法先进行耐震设计使结构满足小震不坏、中震可修的规范要求，然后再通过pushover 分析评价结构在大震作用下是否能满足预先设定的目标性能。 计算等效地震静力荷载一般采用如图2.24所示的方法。该方法是通过反应修正系数(R)将设计荷载降低并使结构能承受该荷载的方法。在这里使用反应修正系数的原因是为了考虑结构进入弹塑性阶段时吸收地震能量的能力，即考虑结构具有的延性使结构超过弹性极限后还可以承受较大的塑性变形，所以设计时的地震作用就可以比对应的弹性结构折减很多，设计将会更经济。目前我国的抗震规范中的反应谱分析方法中的小震影响系数曲线就是反应了这种设计思想。这样的设计方法可以说是基于荷载的设计(force-based design)方法。一般来说结构刚度越大采用的修正系数R 越大，一般在1~10之间。 但是这种基于荷载与抗力的比较进行的设计无法预测结构实际的地震响应，也无法从各构件的抗力推测出整体结构的耐震能力，设计人员在设计完成后对结构的耐震性能的把握也是模糊的。 基于性能的耐震设计中可由开发商或设计人员预先设定目标性能，即在预想的地震作用下事先设定结构的破坏程度或者耗能能力，并使结构设计满足该性能目标。结构的耗能能力与结构的变形能力相关，所以要预测到结构的变形发展情况。所以基于性能的耐震设计经常通过评价结构的变形来实现，所以也可称为基于位移的设计(displacement-based design)。 Capacity (elastic) Displacement V B a s e S h e a r 图 2.24 基于荷载的设计方法中地震作用的计算