超大型浮式結構的發展及研究綜述

楊 琳，高艷紅

（1.上海海事大學海洋科學與工程學院，上海 201306；2.嘉實集團，上海 201804）

超大型浮式結構的發展及研究綜述

楊 琳1，高艷紅2

（1.上海海事大學海洋科學與工程學院，上海 201306；2.嘉實集團，上海 201804）

對于海洋工程中，浮式網架結構需要具有強度高、易于工業化生產、耐波性好、造價低等特點。為滿足結構設計與工程實踐的需要，應對浮式網架的相關成果進行分析研究，探知各不同參數對結構力學性能的影響，為提高實際結構工程承載能力、保證工程的安全穩定性提出有效的優化途徑，向實際工程提供可靠的理論依據。

超大型浮式結構；網架結構；有限元分析

0 引言

超大型浮式結構作為一種新型海洋結構，具有工期短、工藝化程度高、消波性能好等特點，能有效地緩解陸地空間局限及能源緊張情勢。各學者針對新型海洋結構浮式網架的相關理論研究主要集中在浮式網架結構的選型與整體穩定性分析。具有超大尺寸的結構在海洋工程環境中面臨著極為復雜的受力狀況和破壞型式，研究其整體性及穩定性至關重要。

1 國外超大型浮式結構的發展歷史及研究現狀

1957 年美國生產了首個浮式鉆井船。這種平臺的穩定性差、耐風浪能力差。1962 年美國建造了首個半潛式鉆井平臺，此平臺適于深水作業，抗風能力強。隨水深的逐漸加大，又相繼出現了獨柱式和張力腿式平臺［1］。日本提出了"綠色浮蓮"的設想，擬在海面上建造由浮筒與鎂合金構成的城市［2］。日本已成功在阿拉伯建設了一座浮動在海面上的“小城市”。其主體為鋼鐵結構，內部的生活娛樂設施齊全，將其支撐柱收起便可以化身成船行駛。

2 國內超大型浮式結構的發展歷史及研究現狀

2002 年，朱克強等人針對海洋浮式結構開展了流固耦合的動力建模數值分析。針對理性流體，列出了流固耦合結構的運動微分方程，推導了用于模態分析方法的計算公式［3］。2009 年，桑松對深海中的多體式浮式結構物進行求解，構建了浮態方程，同時給出了求解方法，并經驗證輸出結果和實際數據較吻合［4］。2011 年，張法富等人關于波浪力對超大型浮式結構的影響進行分析。針對新型結構深水環形浮式人工港，考慮4 種海洋工況，預報了波浪誘導作用下的剖面剪力和彎矩荷載［5］。2012 年，黃燦光等人提出了當時最先進的海洋建筑物與海上風電海洋平臺。2014 年，某研究院推出了“南海島礁建設技術儲備研究課題”，此課題主要針對以珊瑚礁為基礎的人工島的構建進行研究，為將來島礁的建造提供設計方案的參考。

超大型浮式結構自提出以來，經過了在波浪作用下的動態響應分析、流固耦合分析、模態求解以及新結構形式的提出等階段，逐漸顯現出發展超大型浮式結構的必要性，海洋空間的利用對現代社會的發展越發重要，中國逐漸轉向并重視相應工程的建設，并作出了相關研究。

3 網架結構的發展歷史及研究現狀

2000 年，劉開國講述了網架結構的極限承載能力，提出了一種簡捷的分析法，為后期的網架結構設計提供了理論意義［6］。2002 年，李剛等人改進了一次二階矩法偶爾不收斂時的處理方法，修正了兩點自適應法下對失效曲面擬合的算法，進而把結構可靠度的計算模塊與ANSYS 軟件相連，并簡要討論了其失效模式［7］。2007 年，李義生等人分析了網架結構的損壞類型和原因，提出了其可靠性分析的理論方法，匯總得出對應的加固處理辦法［8］。同年，馬汀探究了鋼結構的檢測和監測理論，并樹立了已建鋼結構建筑的考核標準［9］。2010 年，劉文白等人對適用于20-30 m 水深的導管架式碼頭進行了分析，對各尺寸進行了一系列的調整，對比分析不同方案下整體結構的剛度和極限承載力［10］。2011 年，曾輝使用有限元法針對大跨度開洞網架結構的力學特性進行了分析，關于開洞位置與開洞大小對網架特性的影響進行了研究［11］。

之前學者提出了許多網架結構類型，并對其有一定的理論研究，大多通過有限元軟件分析結構的靜力特性、動力特性、承載力、耐久性與自振特性等，再與實驗結論進行對比分析。而對于超大型浮式網架結構，可參考已有較完善研究成果的陸上空間網架結構。進而考慮海洋工程的環境特點，為網架結構進入海洋工程建設提供了理論參考。

4 結語

越來越多超大型浮式結構的投產，極大促進了海上浮城、機場等的實現，對國家發展具有非凡的意義。鑒于其強度高、易于制造安裝、經濟效益好等特點，超大型浮式網架結構的大力發展是社會需求，更是必然趨勢。

［1］李芬，鄒早建.浮式海洋結構物研究現狀及發展趨勢［J］.武漢理工大學學報，2003，27（05）：682-686.

［2］日本：提出建設漂浮城市的“綠色浮蓮”構想［J］.現代城市，2010（04）：64.

［3］朱克強，李道根等.海洋浮式結構流固耦合動力建模分析［J］.華東船舶工業學院學報，2002，16（01）：1-6.

［4］桑松，徐學軍.深海多體式浮式結構物浮態求解［J］.中國海洋平臺，2009，24（05）：34-40.

［5］張法富，劉建輝，鐘文軍.波浪作用下的超大型浮式結構物整體受力研究［C］.第十三屆中國科協年會第13 分會場-海洋工程裝備發展論壇論文集.2011：1-5.

［6］劉開國.網架極限承載力的簡捷分析［J］.空間結構，2000，6（03）：11-15.

［7］李剛，許林，程耿東.基于ANSYS 軟件的大型復雜結構可靠度分析［J］.建筑結構，2002，32（05）：58-61.

［8］李義生，齊衛紅，馬志華等.鋼網架結構損壞的原因和加固措施［J］.天津科技，2007（03）：71-73.

［9］馬汀.既有建筑鋼結構健康檢測與監測框架體系的研究［D］.同濟大學，2007.

［10］劉文白，馮基芳.大型離岸深水導管架碼頭結構選型［A］.計算機輔助工程，2010，6（02）：26-31.

［11］曾輝.大跨度開洞網架結構靜動力性能研究［D］.武漢理工大學，2011.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.191

楊琳（1992-），瑤族，廣西桂林人，碩士研究生，研究方向：海洋與水利工程結構數值分析與優化設計。