一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法技术

本发明专利技术公开了一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，包括以下步骤：S1、随机海况的模拟和设置；S2、采用时域方法计算静态和动态条件下桩腿的弯矩和剪力；S3、通过统计学方法计算弯矩和剪力的动态放大因子。本发明专利技术通过对实际海况的模拟，并通过时域的方法来计算自升式海洋平台的动态放大因子。来计算自升式海洋平台的动态放大因子。来计算自升式海洋平台的动态放大因子。

【技术实现步骤摘要】
一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法


[0001]本专利技术涉及自升式海洋平台，更具体地说，涉及一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法。

技术介绍

[0002]桩腿作为自升式风电安装平台的一个重要构件，主要用于站立工况下支撑船体及承载环境载荷和工作载荷的作用。
[0003]桩腿的形式多种多样，按照结构形式主要分为桁架式及筒状式桩腿；按照抬升结构主要分为液压插销式和齿轮齿条式。
[0004]随着水深和插桩深度的增加，现在对于自升式风电安装平台桩腿长度甚至达到130米，随着桩腿长度的增加，桩腿强度和抬升系统的能力对外载荷更敏感。在自升式平台载荷中桩腿动态放大效应(DAF)是不可忽视的载荷，其产生原因是由于波浪或波浪和流共同作用产生的动力效应，目前业内及ccs规范均采用的是单自由度法近似计算动态放大效应，该方法存在的一个缺点就是当平台的平动自振周期和波浪周期接近时，会产生共振，计算出来动态放大因子可以达到7以上，此时按照单自由度方法计算桩腿载荷进行桩腿设计，不仅仅会导致桩腿设计冗余，还会导致抬升系统能力冗余，从而大大增加平台的造价。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，通过对实际海况的模拟，并通过时域的方法来计算自升式海洋平台的动态放大因子。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1、随机海况的模拟和设置；
[0009]S2、采用时域方法计算静态和动态条件下桩腿的弯矩和剪力；
[0010]S3、通过统计学方法计算弯矩和剪力的动态放大因子。
[0011]较佳的，所述步骤S1中利用波浪谱的信息，采用线性的随机波浪进行随机叠加，在随机过程中需要满足高斯分布。
[0012]较佳的，所述随机波浪至少采用200个相同波浪能量的波浪组成，组成后的波浪海况需要满足高斯分布，并需通过检验是否符合要求。
[0013]较佳的，所述检验是否符合要求具体为检验修正后的平均波高、标准差、离散程度、峰度、最大波高是否符合要求。
[0014]较佳的，所述步骤S2中采用Morison公式进行计算，具体如下：
[0015]F＝F
D
+F
I
[0016]式中，F表示小尺度构件垂直于其轴线方向单位长度上的波浪力；F
D
表示单位长度上的曳力；F
I
表示单位长度上的惯性力。
[0017]较佳的，所述步骤S3中通过对时间历程的弯矩和剪力的计算结果按照统计学方法，算出标准差和均值参数，从而计算出动态和静态情况下的弯矩和剪力比值，从而求解出动态放大系数，具体计算公式如下：
[0018](MPM
RD
)2＝(mpm
RS
)2+(mpm
RI
)2+2ρ
R
(mpm
RS
)(mpm
RI
)
[0019]＝(C
RS
σ
RS
)2+(C
RI
σ
RI
)2+2ρ
R
(C
RS
σ
RS
)(C
RI
σ
RI
)
[0020]式中，C
RI
＝3.7；σ
RS
、σ
RD
、σ
RI
分别为响应的moment&shear值统计出的方差值。
[0021]本专利技术所提供的一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，通过对实际海况的模拟，并通过时域的方法来计算自升式海洋平台的动态放大因子，从而相比现在通用的单自由度方法大幅度降低动态放大因子，进而降低桩腿受到的载荷，减轻桩腿重量，降低对抬升系统能力的要求，进一步控制自升式平台的成本。通过本专利方法可以更准确模拟自升式海洋平台在实际海况下的惯性载荷，从而相比单自由度方法降低了桩腿载荷，可以优化平台的设计，降低桩腿重量，降低抬升系统能力，从而降低平台的建造成本。
附图说明
[0022]图1是自升式海洋平台的动态放大因子的平台自振周期/波浪周期曲线示意图；
[0023]图2是本专利技术桩腿动态放大效应计算方法的流程示意图；
[0024]图3是本专利技术桩腿动态放大效应计算方法实施例中实际海况的波浪的模拟示意图；
[0025]图4是本专利技术桩腿动态放大效应计算方法实施例中实际海况下考虑动态放大效应和不考虑的桩腿弯矩载荷时间历程图。
具体实施方式
[0026]为了能更好地理解本专利技术的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0027]结合图2所示，本专利技术所提供的一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，包括以下步骤：
[0028]S1、随机海况的模拟和设置；
[0029]S2、采用时域方法计算静态和动态条件下桩腿的弯矩和剪力；
[0030]S3、通过统计学方法计算弯矩和剪力的动态放大因子。
[0031]上述步骤S1中，利用波浪谱的信息，采用线性的随机波浪进行随机叠加，在随机过程中需要满足高斯分布。
[0032]随机波浪至少采用200个相同波浪能量的波浪组成，组成后的波浪海况需要满足高斯分布，并需通过检验是否符合要求。
[0033]检验是否符合要求具体为检验修正后的平均波高、标准差、离散程度、峰度、最大波高是否符合要求。
[0034]上述步骤S2中，通过以上的波浪载荷设置，通过时域方法对平台受到的波浪载荷进行计算分析，对于桩腿受到的波浪载荷主要采用Motison公式进行计算，具体如下。一般
计算时长为3小时。计算得到计算分析得出在波浪作用下相应时间和步长下对应的动态弯矩和剪力及静态的弯矩和剪力。具体如下：
[0035]F＝F
D
+F
I
[0036]式中，F表示小尺度构件垂直于其轴线方向单位长度上的波浪力；F
D
表示单位长度上的曳力；F
I
表示单位长度上的惯性力。
[0037]上述步骤S3中，通过对时间历程的弯矩和剪力的计算结果按照统计学方法，算出标准差和均值参数，从而计算出动态和静态情况下的弯矩和剪力比值，从而求解出动态放大系数，具体计算公式如下：
[0038](MPM
RD
)2＝(mpm
RS
)2+(mpm
m
)2+2ρ
R
(mpm
RS
)(mpm
m
)
[0039]＝(C
RS
σ
RS
)2+(C
RI
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、随机海况的模拟和设置；S2、采用时域方法计算静态和动态条件下桩腿的弯矩和剪力；S3、通过统计学方法计算弯矩和剪力的动态放大因子。2.根据权利要求1所述的自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，其特征在于：所述步骤S1中利用波浪谱的信息，采用线性的随机波浪进行随机叠加，在随机过程中需要满足高斯分布。3.根据权利要求2所述的自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，其特征在于：所述随机波浪至少采用200个相同波浪能量的波浪组成，组成后的波浪海况需要满足高斯分布，并需通过检验是否符合要求。4.根据权利要求3所述的自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，其特征在于：所述检验是否符合要求具体为检验修正后的平均波高、标准差、离散程度、峰度、最大波高是否符合要求。5.根据权利要求1所述的自升式风电安装平台的桩腿动态放大效应计算方法，其特征在于，所述步骤S2中采用Morison公式进行计算，具体如下：F＝F
D
+F
I
式中，F表示小尺度构件垂直于其轴线方向单位长度上的波浪力；F
D
表示单位长度上的曳力；F
I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晶，黄曌宇，罗瑞锋，周骏，张家齐，刘远，
申请(专利权)人：上海振华重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：