逄建涛，宋鲁峰，尹宝瑞，刘广辉，杜子荣
(海洋石油工程(青岛)有限公司)
海上石油开采在早期主要是面向近海海域，随着全球能源需求量的不断增大，技术的变革和创新使得深海海域的开发生产可能性越来越大。因为导管架平台和重力式平台自身重量和工程造价随水的深度大幅的增加，因此不再适应深水海域油气的开发。顺应式平台的概念在上个世纪被提出，并在之后多年的平台设计中得到非常广泛的应用。其中，张力腿平台属于顺应式平台当中的典型实例。
1.1
很好的运动响应特性。张力腿平台跟顺应式结构物类似。平台在海、浪、流等海洋环境载荷等外力的作用下发生运动时会产生一种惯性力，这种惯性力能够抵消一部分的环境载荷外力，从而使作用在平台结构上的净载荷变小。
1.2
由于平台的结构形式为半顺应半固定式，在水平方向是顺应式结构，在竖直方向是固定式结构。由于这一结构形式特点，张力腿平台保留了传统固定式平台的很多作业优势，与传统固定式平台相比其生产与维护作业方式几乎相似，其操作方式与固定式平台几乎没有任何差别。并且对深海油田而言，因为张力腿平台的结构造价不会随着水的深度的增加而大幅的提高，从开发费用角度来看，张力腿平台比固定式平台要低许多。
2.1
设计工况即综合考虑各种载荷的组合，这些载荷包含项目阶段、系统工况和环境条件。设计者应该关注一些建议性的情况以确保所有相关的设计工况都被考虑在内。
2.2
对于每种设计工况而言，平台的设计应该考虑多种对结构产生最严重影响的载荷工况。除地震载荷外，所有的环境载荷应该与同期可能出现的情况协调组合到一起。对于钻井和生产平台，来自同期钻井与生产操作所引起的载荷应该加以考虑。为确定平台杆件的最大设计应力，消耗品的变化与钻井基础设施的移动情况也应该加以考虑。
(1)分析方法可能会针对不同的载荷而运用各种计算方法进行平台的分析。通常运用线性、弹性的空间框架计算模型。对于复杂的结构，为获得精确的局部应力分布，需进行详细的有限元分析。对于某些工况也可以运用手动辅助计算来进行杆件局部载荷校核。
(2)计算模型 一个空间框架模型通常包括梁单元和其它必需的单元，用来模拟特定的结构特征。在空间框架分析中所有的主要结构单元都必须被模拟。在局部分析中次要杆件(如果没有在空间框架模型中模拟的话)应予以考虑。在模型中节点偏心与节点挠度的影响应予考虑，同样，甲板铺板在平面内的刚度应予以考虑。
(3)应力分析 如果结构没有动力响应的话，可运用准静力法进行结构分析。本章所述的自振周期是指平台(船体和甲板)的弹性振动的自振周期，而不是平台与钢索系统组成的刚性体结构体周期。由于自振周期相对于有效波能量的周期而言非常的小，因此结构动力学问题不必考虑。对于特定的每个平台的设计，应该验证该假设。平台结构的自振周期大于3.0秒的情况，则应该进行平台的动力分析。
(4)疲劳分析确定疲劳破坏可选择两种不同的方法：
a.S-N法
S-N法运用S-N曲线，通过该曲线给出了某一特定结构细部或材料的对应于特定应力幅值的失效循环次数，这些值是基于实验结果取得。长期应力分布用来计算累积疲劳损伤比，D：
其中：ni=某一应力幅值间隔i内的应力循环次数
Ni=相应S-N曲线中对应于该应力幅值间隔i的失效循环次数。
D不应大于1。
b.断裂力学法
断裂力学法主要用于预计和评估疲劳裂纹的增长率和发生疲劳处的破坏长度，从而计算出疲劳寿命。对于特定模型可运用Paris Law表达式计算疲劳强度：
其中：da/dN=裂纹增长率。
ΔK=裂纹尖端的应力强度幅值系数。
对于特定材料和载荷工况，C和m是常数。
以上材料常数与材料，结构和环境条件相关。通过积分计算ΔK，可以建立循环应力和循环次数与考虑了初始缺陷与材料韧性的疲劳之间的关系。
该方法还可用于辅助确定检测时间间隔，即根据裂纹从无法探测发展为引起失效所经过的时间。断裂力学分析可用于确定所需求的材料韧性，最大许用初始裂纹尺寸(关于在位检测)，和检测间隔。
(5)结构设计工作应力设计方法为本论文所运用的设计基础，因此结构的每个部分的应力不能超过许用应力值。
a.组块结构：组块结构的设计要全面考虑重力、环境载荷、船体运动载荷、其它诸如安装立管、吊机提升力等功能载荷的综合作用。重力主要是指为满足不同操作需要的永久或者临时的设备载荷。作用在组块和设备上的环境载荷包括风力载荷以及船体运动引起的载荷。运动产生的载荷有侧向和垂向加速度引起的力，以及船体龙骨倾斜时因为重力作用产生的等效侧向力。组块结构的设计需要考虑建造、拖拉、运输和吊装等各种工况。
b.浮箱与立柱和甲板与立柱节点：进行节点设计需运用有限元分析以确定通过节点的载荷路径。对于节点的设计必须能够使得载荷从浮箱至甲板通过立柱连续地进行传递。节点壳和它内部加强筋的主应力应该与曲面和平面结构单元的极限状态强度公式进行比对。应该进行极限受拉状态的校核，以防止节点材料或焊缝的断裂，同时运用模型试验来确定应力在复杂节点几何表面上的分布情况，并且可以运用铸造段以减小这些节点的应力集中。
c.过渡节点和带筋板节点：浮箱与立柱和甲板与立柱节点的结构设计通用原则同样适用于过渡节点和带筋板节点。对于几何构造复杂的结构，应该运用有限元进行分析，并且可以通过模型试验来进行验证。
d.细部结构设计：为防止整体结构在服役期间局部开裂，屈曲，应该进行细部结构的设计。
3.6 船体稳性要求
张力腿平台设计应该满足ABS MODU 柱式稳性装置要求。这些标准包括了完整、破舱和充水稳性的要求。张力腿平台最小定倾高度和舱室配载也是在这些稳性标准的基础上建立起来的。
对张力腿平台下列稳性标准的估算适用于竖直向上的张力腿平台(即垂直就位的状态)。在确定某一工况下对稳性最危险的方向要和适用的稳性标准相匹配。
3.7 事故载荷设计
结构设计另外应考虑意外事故的发生。“意外事故”是指异常情况的集合，包括碰撞，落物，火灾，爆炸或充水等各种意外事件。
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