海洋平台稳性( 二 ) _生活百科

h为负值) 。理论上,当初稳心高度的最小值h小于零时浮体为不稳定，当h大于零时浮体是稳定的。但因海上自然条件十分複杂，同时理论计算中必然有很多不确定因素无法準确决定。所以设计时往往要求浮体的最小初稳心高度大于某一数值。如半潜式平台h应大于0.15米,欧洲北海油田的混凝土重力式平台要求h大于0.1米。虽然稳心高度愈高则复原力矩愈大,因而平台的初稳性愈大,但也不宜太高,否则遇到风浪时浮体将剧烈摇摆。如果h小于规定的数值则认为该浮体的初稳性不够，必须採取措施，如在浮体上载入以降低其重心或採用辅助浮筒等临时措施以加大水线面处的惯性矩等。大倾角的稳性计算浮体在外海拖运或工作时，由于受风、浪等自然环境外力的作用。倾斜角可能大于10°～15°(图3) 。此时仅用小倾角计算将出现较大的误差，必须进行大倾角的稳性计算。计算时一般仅按其静稳性考虑。即假定外力是逐渐加到浮体上，浮体缓慢倾斜，其角速度为零，并通过平台在各种荷载情况下倾角与复原力矩和风侧力矩的关係──平台静稳性曲线来研究。其绘製方法：从平台的正浮位置(θ=0°)开始，到平台完全倾覆(θ=90°)为止，等分成若干个倾角位置,如每隔10°为一个位置分别计算出各倾斜位置的倾覆力矩和复原力矩,将各点用线连线,即构成平台的静稳性曲线(图4) 。其复原力矩Mh=D【rcosθ+(z-zC)sinθ-δsinθ】，式中 z和r 分别是平台倾斜后浮心的竖坐标和横坐标，。平台的倾覆力矩对于不同种类的平台所考虑的因素是不同的。对于混凝土重力式平台，其倾覆力矩主要考虑在拖航时由风力作用产生的风侧力矩。对于半潜式平台，在整个使用期间都是作为浮体漂浮在水面上，因此计算倾覆力矩时除了考虑风力外还要考虑到直升机升降时对平台本体引起的倾覆力矩。绘製静稳性曲线时，应考虑自由液面的影响加以修正。验算时，要求平台在浸水点或第二交点之内的复原力矩曲线下的面积比倾覆力矩曲线下相应的面积大30～40%，即面积A+B≥(1.3～1.4)(B+C)，且复原力矩消失角(复原力矩等于零时的倾斜角值)大于 36° 。半潜式平台除了进行静稳性计算外,还要考虑动稳性,其动稳性往往由风洞试验的结果来确定。破仓稳性平台在一仓或数仓进水后保持不沉不翻的能力。其计算方法有两种：①增加重量法，把进入破仓内的水看成是增加的荷载；②损失浮力法，破仓后的进水区域的浮力已经损失，损失的浮力借增加吃水来补偿。其复原力矩、横倾及纵倾角度都可以根据初稳心公式得到。以上两种计算方法的结果是相同的。坐底稳性平台坐落到地基上以后的稳性。对于混凝土重力式平台它包括抗滑移稳性和抗倾覆稳性，对于桩基平台主要是桩的抗拔力。抗滑移稳性当地基的剪下应力超过土壤的抗剪强度时，平台可能沿地基土壤的某一个面发生滑移破坏。平台抵抗这种滑移破坏的能力称为抗滑移稳性。目前通常按照美国石油协会(API)的规範和挪威船级社(DNV)的规範计算混凝土重力式平台的抗滑移稳性。抗倾覆稳性作用于平台上的水平力产生倾覆力矩，而基底以上的竖向合力则产生抗倾覆力矩。当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，结构便发生倾覆而倒塌。在一般情况下，结构的抗倾覆力矩很大，基础承载力或滑移的破坏往往在倾覆之前先发生，故倾覆破坏通常不是控制性的。但对于水平力很大而竖向力和基底尺寸比较小的结构，则必须验算其抗倾覆稳性。一般要求抗倾覆安全係数（抗倾覆力矩与倾覆力矩之比值）不小于2 。抗拔力桩基平台在受到外荷载作用时，某些桩中可能出现较大的拔力。为了保证桩基平台的稳性，拔力应小于桩的容许抗拔力。确定桩的容许抗拔力的可靠办法是在工程现场进行拔桩试验。当进行拔桩试验有困难时，可採用经验公式进行估算，即容许抗拔力等于桩身周围总的摩擦力除以安全係数。