[发明专利]一种可模拟自升式平台桩基础和桩腿刚度弱化的方法

说明书

一种可模拟自升式平台桩基础和桩腿刚度弱化的方法。主要目的在于提供一种可模拟自升式平台桩基础和桩腿刚度弱化的方法，为平台结构健康监测损伤识别提供实验依据和技术支撑。其特征在于：所述方法包括：根据自升式海洋平台模型的比例，按相似比准则将特定海域的实际海洋环境载荷的参数转换为实验环境数据参数；计算作用在自升式海洋平台上的最大环境载荷；根据自升式海洋平台模型的比例，将计算得到的桩基础的弹簧刚度转化为等效模型弹簧刚度；准备4组不同弹簧刚度和4组不同壁厚的桩腿通过不同组合方式来模拟自升式平台桩基础和桩腿刚度弱化；将得到的实验环境数据参数输入到计算机系统内，经过振动敲击试验后得到不同组合方式下的整体平台的模态参数，进过比较得到结构弱化对平台模态参数的影响。

技术领域：

本发明涉及一种应用于海洋工程结构监测技术领域中的方法。

背景技术：

海洋工程结构长期服役在恶劣的海洋环境中，并受到各种载荷的交互作用，如风载荷、海流、波浪等，有时还受到地震、台风、海啸、船舶碰撞等意外灾害，结构本身还要遭受环境腐蚀、海洋生物附着、海底冲刷等影响的作用。在这些恶劣载荷环境长期作用下，容易产生各种损伤，降低结构的承载能力，除此之外，随着海洋石油工业的迅猛发展，越来越多的海洋平台投入使用，同时也有许多现役平台已经接近甚至超过设计寿命，为了确保结构的完整性及安全性，保证人员的生命安全及海上石油的顺利开发生产，保护巨额投资以及防止海洋环境污染，必须对结构进行再评估。但是，目前平台监测不但费用高，易受气候、海况等因素的影响，而且监测结果无法与平台损伤位置和程度形成映射关系。如果能事先在一个与自升式平台具有相似特性的模型上进行测试，对设定的某种结构损伤，通过测试装置可得到相应的响应数据，于是可建立不同损伤与响应的对应关系。最后通过相似比可以将得到的映射关系应用于平台原型的损伤分析中。但现有技术中还没有这样的模拟和测试装置以及模拟方法。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种可模拟自升式平台桩基础和桩腿刚度弱化的方法，利用该方法，可以对升式平台桩基础和桩腿刚度弱化进行模拟，从而为实际测试分析提供理论依据。

本发明的技术方案是：该种可模拟自升式平台桩基础和桩腿刚度弱化的方法，该方法包括以下步骤：

第一步，按照自升式平台模型的相似比准则，按线性比例尺λ＝80，依据公式(1)-(5)将特定海域的实际环境参数转化为实验环境数据参数；

d＝D/λ (1)

式中，d为实验环境水深，D为实际环境水深；

h＝H/λ (2)

式中，h为实验环境波高，H为实际环境波高；

t＝T/λ^1/2 (3)

式中，t为实验环境周期，T为实际环境周期；

u_t＝U_t/λ^1/2 (4)

式中，u_t为实验环境极端工况下的设计风速，U_t为实际环境极端工况下的设计风速；

A＝A_S/λ² (5)

式中，A为实验环境承风面积，A_S为实际环境承风面积；

第二步，根据第一步中得到的实验环境极端工况下的设计风速u_t和实验环境承风面积A，利用公式(6)-(7)求解作用在自升式平台模型上的最大风载荷以及实验环境水深d、实验环境波高h、t为实验环境周期t、海水密度ρ；利用Stokes五阶波理论和修正的Morison方程求取作用在自升式平台模型上的最大水平波浪力；