独桩平台振动控制研究

【摘要】：独桩平台是一种适合于浅海边际油田开发的简易平台型式，为了改善其在恶劣环境下的可靠性，本文首次将土木工程结构振动控制领域中较为成熟的调谐质量阻尼器(TMD)控制技术引入独桩平台的振动控制。分别对在波浪荷载和水平地震力作用下的独桩平台动力反应的TMD控制的可行性进行了研究。 在波浪荷载作用下，分别按不考虑和考虑流体—桩—土相互作用这两种情况采用随机振动理论分析了TMD对独桩平台波浪反应的控制效果，并进一步讨论了TMD的参数对其控制效果的影响。分析结果显示，TMD对独桩平台波浪反应有着十分显著的控制效果，因此，TMD是一种非常适合于独桩平台波浪反应控制的结构振动控制技术。 在水平地震作用下，分别按不考虑和考虑桩—土动力相互作用这两种情况分析了TMD对独桩平台地震反应的控制效果，并讨论了TMD的参数对其控制效果的影响。不考虑桩—土动力相互作用时，分别采用随机振动理论和时程分析方法对安装TMD的独桩平台的地震反应方程进行了分析，结果显示出在此种情况下TMD对独桩平台的地震反应具有良好的控制效果；考虑桩—土动力相互作用时，本文采用了一种较为合理而又简单实用的计算模型，并详细讨论了桩—土动力相互作用参数的确定方法。同时采用时程分析方法对安装TMD的独桩平台地震反应方程也进行了分析。算例表明，在考虑了桩—土动力相互作用后，TMD对独桩平台地震反应的控制效果比不考虑桩—土动力相互作用时有所下降，不过仍然具有一定的控制效果，因此，TMD也同样适合于独桩平台的地震反应控制。 此外，为了保证独桩平台工作的可靠性和避免在强烈地震作用下可能遭受的严重破坏，本文提出了一种带有隔震构造的新型独桩平台——隔震独桩平台(该平台目前已申请实用新型专利，申请号：01215245.5)，并采用最近引起广泛重视的磁流变阻尼器(MR阻尼器)对其地震反应进行半主动控制。MR阻尼器的半主动控制律以瞬时最优控制算法所得的主动控制力作为参考。数值计算表明，MR阻尼器的半主动控制可以有效地控制隔震独桩平台的地震反应。因此安装有MR阻尼器的隔震独桩平台是一种具有良好应用前景的新型简易平台。