200m水深自升式海洋平台系泊设计外文翻译资料

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文献翻译内容：

7.5（原文页码74-75） 12.4（原文页码91-92） 关于2.3.1波浪力的注释（截至C2.3.1.b5波流合成运动 原文页码129-132）

第一部分：

7.5 牵索系统设计

7.5.1 概述

牵索系统为牵索塔提供横向恢复力和稳定性。牵索系统由系列拉索组成，每根拉索都与塔架相连并锚固于海底。

7.5.2 组件

牵索系统可能由下列组件构成：

a.牵索

牵索由塔架延伸至配重块。如果用钢丝或钢线作拉索，API Specification 9A和API RP 9B为其应用提供了标准规定。在有充分的设计资料的情况下，也可以使用其他材料。

设计时应考虑牵索材料的机械性能、疲劳特性、防腐性和耐磨性。

b.配重块

配重块是在牵索与锚链之间的一个重型块体，它的作用是弱化牵索系统在极端海况下的刚度，允许塔架有较大的偏移，而不使拉索张力过分增大。配重块设计的变量包括重量、位置、尺寸和细部结构。配重块构造型式的选择，应使得土壤对它的吸附力和拔出力最小。由于配重块会沉降或陷入泥中，所以应考虑起吊时的阻力增加。

c.锚链线

锚链线由配重块延伸至锚。API Specification 9A、API RP 9B和API Specification 2F分别对钢丝、钢线和钢链定出了标准。锚链设计考虑和拉索的设计考虑相似。此外，还应考虑锚链与海底的接触引起的磨损。

d.锚

锚将牵索荷载传递给土壤。设计锚系时应考虑锚荷载的水平分量和铅垂分量。

锚系可以由单桩、桩基底盘或其他锚定装置构成。锚系装置中的桩应该用第6章中推荐的标准进行设计。此外，锚系极限承载能力应为荷载条件1中锚链荷载的两倍（见7.5.5）。

只要所用技术为足够的分析和试验所证实，其他的锚定方法亦可采用。

e.塔架端

塔架端系统将牵索的力传递给塔架结构。选用专用的连接件时，应考虑牵索的弯曲疲劳、弯曲半径的限制、拉索的方位误差、连接件承受系泊荷载的能力以及操作要求。

f.锚碇端

树脂或热态金属接头可用作牵索端，并应采取措施来释放弯曲应变，以降低应力集中系数并使质量分布不连续性减为最小。

7.5.3 构造型式

牵索系统应具备要求所需的强度、刚度和冗余度，以便使塔架能经受住环境力的作用。应对塔架的响应进行分析，以表明塔架在设计环境条件下当一根或多根关键牵索不能工作时仍能保持稳定。主要的设计参数包括牵索数量及单一牵索的尺寸、从塔架到配重块和锚之间的距离、配重块的尺寸和外形、牵索的预张力以及连接。

7.5.4 分析

通常来说，牵索的荷载应由对详实的牵索系统模型进行专门的动力分析来确定。模型应考虑水动力和结构阻尼、牵索和配重块的惯性和阻力特性以及牵索与海底的相互作用。牵索可能在塔架端受到一个输入位移的激励，位移输入量可按2.3.1c来确定。设计上需要考虑的其他方面，包括牵索的局部振动和作用在牵索系统的总流力。

7.5.5 安全系数推荐值

牵索的极限承载能力可假定等于它的额定破坏强度。牵索的许用承载能力为牵索的极限强度除以一个适当的安全系数，且安全系数应不小于下表所列数值：

载荷条件	安全系数
1）设计环境条件及适当的甲板荷载包括适当的牵索力动力放大	2.0
2） 操作环境条件	3.0

上述安全系数是建立在典型牵索结构的冗余度基础之上的。

7.5.6 疲劳

应该估算牵索的轴向和弯曲疲劳寿命。加载历程的发展应与3.3.2一致。关于钢索疲劳的讨论见于参考文献[2]和[3]。

参考文献

1. Reese, L. D., “A Design Method for an Anchor Pile in a Mooring System”; OTC 1745 (May, 1973).

2. Stonsifer, F. R., Smith, H. L., “Tensile Fatigue in Wire Rope.” OTC 3419 (May, 1979).

3. Ronson, K. T., “Ropes for Deep Water Mooring,” OTC 3850 (May, 1980).

第二部分：

12.4 安装

12.4.1 概述

本条内容涉及平台的定位和安装，目的是把平台放置在所希望的方向和位置，以及达到需要的水平度。

12.4.1.a 定位和安装

平台的定位和安装应按照安装计划进行。

12.4.1.b 安全

在安装现场，应采取必要的措施以遵守有关主管部门的所有安全规定。这些规定包括提供和维护所有必要的安全及导航设施，和应遵守的适当规则中的其他措施。

12.4.2 锚泊

在安装阶段，应为起重船和供应船提供合适的锚泊条件，应考虑的基本条件如下。

12.4.2.a 锚索

锚索长度应满足现场水深的要求。

12.4.2.b 锚

应该对锚的大小和形状进行选择，以使锚能抓入并固定在安装现场的海底。这种锚抓力应能经受在安装阶段可能出现的最强烈潮汐、海流和风。

12.4.2.c 方位

如果所要求的锚泊条件不能完全满足，则施工设备的方位应这样进行考虑，即万一发生走锚，起重船和供应船将远离平台。

12.4.2.d 锚索布置

如果起重船和供应船需要在拉索塔的拉索系统的水域范围内进行锚泊，应采取措施防止锚索缠住和损坏拉索。

12.4.2.e 障碍物

在水下障碍物或设施，诸如电缆、管线、井口等在锚泊或其他海上操作期间可能被缠住或损坏，或对航行可能造成危险时，应对它们加设标志，或适当地定位或识别，应根据业主的要求做这种标志。

12.4.3就位

“就位”一词通常是指在安装现场安置导管架，为打桩做好准备。它要求将已拖运到现场或在现场从驳船上滑下水的那些平台部件竖立起来。此项工作多半是靠起重船和可控制或可选择的灌水系统共同完成的。扶正作业需要事先进行周密的计划，以确定该结构物现场就位所必须的提升和可控制灌水的操作步骤。必要时应提供封闭装置和吊连接件。灌水系统设计应能够经受就位过程中可能受到的水压力。

如果导管架是安装在一口现有的油井上，则井口应予以适当保护，以防止平台下部结构与它发生意外碰撞而受损坏。事先应对此做出详细的计划和准备，以尽量减少对油井和结构物的危害性。

如果导管架不是安装在一口现有的井口上，或不是放置在一个邻近结构物的旁边，则有关就位精度的参数应在安装计划中加以详细叙述。这些参数应符合目前已有的适用于检验设备、水深、平台尺寸和用途的标准。

当平台的设计考虑了环境荷载方向性变化，结构方位正确很重要。要求在平台方位以及在3.1.3.b中描述的可接受偏差，必须在图中标明并在安装计划中叙述。在安装计划中应包括相应的作业程序以保证结构方位的偏差在可接受的范围内。

12.4.4 导管架的调平

导管架应放置在一个平面或接近平面内，并在打桩操作之前，将其调平，使其误差处在安装计划指定的公差范围内。导管架一经调平，就应该注意保持在打桩操作期间导管架的良好状态和平整度。在全部打桩完成之后，应尽量避免调平导管架。然而，有时可能需要在少数桩打入之后，用顶升或吊起的方法调平导管架。在这种情况下，应设法减少桩内的弯曲应力。

12.4.5 作用于海底的导管架重量

在永久性桩基础施工前，导管架基底处的土荷载可能是很关键的。应考虑导管架支撑的每种桩段的组合对软海底土的荷载分布。对强度随深度增加的土，特别是软粘土和疏松的砂土，在承载力分析时应当考虑形状的影响和防沉板上所有孔洞的影响。这是因为防沉板面积的减小浅破坏表层，从而使承载力降低。

应考虑在安装期间可能出现由于最大波浪所造成的土荷载的增加。承载力的分析应当包括垂直力、水平力和弯矩的组合。受力大的防沉板可能造成土刚度的降低，从而把荷载传递给其他防沉板。若设计时考虑有足够长度的裙板，并采取一定的措施，例如设置阀门，防止海水进入裙板室内，这样，当防沉板受升力作用时，可以考虑由此产生的负压的有利因素。承载力破坏安全系数在重力荷载单独作用于海底时推荐为2.0；在安装期间的设计环境条件作用下取1.5。按照操作者的判断以及荷载分析，也可使用其他的贯入限制标准。如果考虑波浪荷载，则钢材容许应力可增加1/3.在导管架未用桩固定之前，若遇恶劣海况，或由于其他原因安装设备必须离开现场时，应调整作用于海底的有效重量，以便把由于滑动、倾覆或土破坏造成的导管架移动的可能性减到最小。

12.4.6 拉索系统的安装

海上拉索系统部件的吊运和安装应采用能使可能的损伤和安装问题减至最少的设备和方法。

12.4.6.a 拉索的安装设备

在对用于绳索或钢缆的储存、张拉和导向的设备进行设计时应考虑到最小弯曲半径的要求。安装设备应能提供必要的张力，以便拉索安装。应采用专门的操作系统把配重块、锚或锚桩安全地下沉和就位。

12.4.6.b 安装程序

如果设计公差需要精确定位后才能达到，则应考虑建立一个安装程序，以便对拉索组件进行最大限度地控制。且应该有防止拉索缠绕的措施。并应考虑拉索由于张拉而产生的伸长和扭转。

12.4.6.c 拉索的预张在拉索安装阶段，可能需要对拉索先加载至适当的荷载水平，所以张拉设备应能提供规定的预张力，以及固定拉索系统所需要的预加荷载。安装阶段完成之前，应将拉索张拉至额定的荷载水平，其误差应在设计容许范围内。

12.4.7 校正和公差

牵索塔导管架和拉索系统的校正和定位精度要求应根据设计公差确定。在进行塔架、导索、配重块和锚或锚桩安装时，应考虑对定位、校正监视系统提出要求。

第三部分：

关于2.3.1波浪力的注释

C2.3.1.b1 波浪表观周期

Kirby和Chen（1989）给出了在具有任意垂向分布的海流上传播的波浪表观周期的一阶计算方法。这一方法需要解出下列三个联立方程中的T_app，lambda;，和V₁的值。

式中：lambda;代表波长，T代表静立者观察到的波周期，T_app是以实际流速V₁并与流同向运动的观察者看到的波周期。g代表重力加速度，U_c（z）代表高程z处（高于风暴平均水面为正）在波浪方向上的稳定垂向分布的分量，d是风暴水深，对均匀流速垂向分布的特殊情况。图2.3.1-2以无量纲形式给出了这些方程的量。

C2.3.1.b2 二维波浪运动

有一些波浪理论可以用来预测二维规则波浪的运动，以用于静态、确定性波浪荷载的计算。对相同的微分方程和边界条件，不同的波浪理论可提供大致相似的解。所有的计算都认为波浪对称于波峰位置并且在传播过程中波形不发生变化，它们的区别在于函数公式和满足非线性运动与波浪表面的动力边界条件的程度。

当自由表面边界条件的线性合理时，即当波幅和波陡无限小时，线性波浪理论才适用。斯托克斯五阶波（Sarpkaya and Icaacson, 1981）是一个关于平均水位的五阶展开式，并在相当大的范围内以可接受的准确性满足自由液面的边界条件，如Atkins（1990）的图2.3.1-3所示。Chappelear（1961）的理论与斯托克斯五阶波理论相似，但它是通过自由表面的最小方差来确定展开式的系数的，而不是通过分析方法来取得的。EXVP-D （Lambrakos，1981）完全满足动力边界条件，并且能够使运动边界条件的误差最小。流函数理论（Dean和Perlin，1986）完全满足运动边界条件，并且能够使动力边界条件的误差最小。

当斯托克斯五阶波理论不适用时，就可以用高阶的Chappelear、EXVP-D理论或流函数理论。但应用范围最广的还是流函数。解的合适阶次的选取可根据动力边界条件误差的百分比或与高一阶次的速度和加速度变化的百分比。这两种方法在大部分范围内可选择类似阶次的解，但在H gt; 0.9H_b和d/（gT_app²）lt; 0.003的极端状况下则是不同的。在这些极端状况下，这些理论在实验室测量中还没有被很多的证实，因此使用时应小心，特别是图2.3.1-3所示的破碎波高H_b还没被普遍接受。

C2.3.1.b3 波浪运动系数

在计算规则波的波浪力时，通常假定单一方向的海浪（全部在同

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