局部筋腱失效时三角型张力腿平台响应特性的数值预报研究
摘要
作为一种典型的深海油气开发平台，张力腿平台具有升沉运动小、适用于深水作业、
抗恶劣海况能力强等特点，这些特点使得张力腿平台在深海油气资源开发中具有显著的
优势。筋腱作为连接平台主体和海底基础之间的媒介，它时刻保持张紧状态，为平台提
供垂向刚度，使其固有周期远离波浪周期，保持张力腿平台的运动控制在稳定范围内。
随着深水资源开发的迅速推进，张力腿平台的作业水深不断增加，平台所面临海洋
环境更加恶劣，在这种恶劣的海洋环境下，筋腱载荷的变化非常显著，平台整体运动的
稳定性受到了极大的威胁。当筋腱顶部张力超过其断裂强度时，会出现筋腱的顶部断裂，
发生瞬间失效；当筋腱底部张力变为负值并经历向下冲程时，可能会发生筋腱的底部解
锁。此外，筋腱遭受的意外碰撞、疲劳等问题也可能造成筋腱的局部失效或损伤，这些
问题都会导致张力腿平台整体的倾覆，甚至引起严重的人身伤亡及次生灾害事故发生。
因此，近些年来张力腿平台的筋腱失效问题备受工业界和学术界的密切关注，对于局部
筋腱失效时张力腿平台响应特性的研究具有显著的实际工程价值。
本论文在查阅大量的国内文献基础上，采用海洋工程专业软件SESAM软件，基于
三维势流理论和时域耦合算法，开展了局部筋腱失效时三角型张力腿平台响应特性的研
究。重点研究了张力腿平台-筋腱时域耦合算法，在此基础上探究了二阶波浪力作用下、
局部筋腱失效（单根断裂、解锁等）时三角型张力腿平台的运动特性和筋腱张力的变化
特性，分析了筋腱的失效形式、数量、位置和波浪载荷参数等因素对三角型张力腿平台
响应特性的影响，并基于三点法对局部筋腱失效后三角型张力腿平台的运动姿态历程和
最危险位置进行预报，结合API规范对平台的安全性能进行校核。
数值研究结果显示：与一阶波浪力相比，局部筋腱失效时二阶波浪力对三角型张力
腿平台运动响应及筋腱张力的影响更加显著。筋腱瞬时失效对同组筋腱张力的影响最大；
筋腱断裂时平台在出现大幅度转动的同时还伴随着明显的俯仰运动，平台上的最大响应
位置出现在断裂筋腱附近。相较于单根筋腱断裂，筋腱解锁在达到稳态阶段时除同组筋
腱外其他筋腱的张力几乎无变化，纵摇响应下降明显，降幅达21.72%。局部筋腱失效
时，筋腱的失效形式、数目、位置及波浪载荷参数等因素与三角型张力腿平台的动力响
应关系密切，且失效位置越集中，筋腱失效带来的影响越大。
关键词：三角型张力腿平台；筋腱；局部失效；动力响应；二阶波浪力；数值预报
局部筋腱失效时三角型张力腿平台响应特性的数值预报研究
Abstract
Asatypicaldeepseaoilandgasexploitationplatform,tensionlegplatform(TLP)has
thecharacteristicsofsmallheavemotion,suitabilityfordeepwateroperations,andstrong
abilitytowithstandharshseaconditions.ThesecharacteristicsmakeTLPhassignificant
advantagesinthedevelopmentofdeep-seaoilandgasresources.Asthemediumconnecting
themainbodyoftheplatformandtheseabedfoundation,tendonsmaintainatensestateatall
times,providingverticalstiffnesstotheplatform,keepingthenaturalperiodofTLPaway
fromthewaveperiod,andmaintainingstablerangeofmovementoftheTLP.
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