Динамические характеристики морских стационарных буровых платформ

Морские стационарные буровые платформы (МСБП) предназначены для длительной эксплуатации в условиях открытого моря и поэтому подвержены воздействию самых экстремальных штормов и ураганов. Будучи прочно скрепленными с грунтом морского дна, они не могут сойти с точки работ в море и укрыться даже при приближении самых жестоких ураганов, так как это могут сделать суда и другие плавсредства. Их единственная возможность "выжить" во время шторма состоит в наличии достаточных запасов прочности и устойчивости, поэтому необходимость динамических расчетов, т.е. расчетов, учитывающих динамический характер воздействия волнения и ветра, для таких сооружений особенно велика.

Отчасти в сходных условиях находятся самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ), которые хотя и имеют возможность перемещения с одной точки работ в море на другую, но их перестановки производятся только в спокойную погоду и занимают дли тельное время.

МСБП и СПБУ (см. рис. 1,а), как правило, имеют вытянутую в высоту геометрическую форму и регулярно повторяющуюся конструкцию опорных блоков или колонн. Поэтому для них может быть предложена динамическая расчетная схема, показанная на рис. 1,6. Установка рассматривается как вертикальный упругий невесомый стержень длиной L с жесткостью при изгибе KEJ (К - число опорных колонн или блоков; Е - модуль упругости; J - момент инерции площади поперечного сечения одной опоры). Инерционные характеристики сооружения учитываются равноотстоящими друг от друга на расстоянии AL сосредоточенными узловыми массами mi, индекс i=1 соответствует верхнему сечению, где сосредоточена масса верхнего строения, индекс i=n нижнему сечению на уровне дна моря (грунта). На рис. 1,в показаны динамические перемещения (колебания) Ui, расчетного стержня.

На рис. 1, б также обозначено: y - текущая продольная координата, измеряемая от нижнего сечения стержня; qi — узловые нагрузки, учитывающие внешние динамические воздействия: волнение (профиль волны η), ветер (эпюра скорости W) и т.п.

Основные определения:

Период собственных колебаний Т - это время шитого цикла одного свободного затухающего колебания верхнего сечения стержня. Круговая частота собственных колебаний Ω представляет собой число полных свободных колебаний за время 2π секунд и связана с периодом соотношением Ω=2π/Т. Экспериментально величины Т и Ω определяются путём обработки осциллографической записи свободных затухающих колебаний.

Натуральный логарифм отношения двух последовательных амплитуд свободного затухающего колебательного движения называется логарифмическим декрементом колебаний δ, то есть:

Форма собственных колебаний Ф представляет собой безразмерную функцию, определяющую искривление упругой оси условного расчетного стержня во время динамических раскачиваний верхнего строения. В качестве аргумента такой функции используется безразмерная координата ζ=y/L.

Коэффициент динамичности – это параметр, позволяющий условно учесть динамичность нагрузки путем корректировки деформаций конструкции, найденных при условии упрощенного статического представления внешнего воздействия.