随着海洋技术的发展,各种用途的海洋平台越来越多地出现在环境恶劣的深海中。无论是在正常海况还是在极限海况,即使强度足够,在风、浪、流等环境载荷的作用下,平台都有可能产生过大的振动响应。过大的振动将会危害人员身心健康、威胁结构安全、降低平台设备的精确性和可靠性、削弱平台的适应性和生存性能,因此有效地简化平台模型、预报平台的动力响应就显得非常重要。 由于自升式和导管架海洋平台的桩腿是插入复杂的土体当中的,因此桩—土动力相互作用将会对海洋平台动力特性产生不可忽视的影响。在以往的计算中,为了简化计算常常将桩腿的下部模拟为刚性固定端。这样的简化过于简单,在计算固有频率和响应时引起较大误差。本文利用最小势能原理讨论了桩入土的深度对平台结构的固有频率的影响,论证了固支模型的不合理性,有此进一步说明在对海洋平台进行动力特性分析时,应合理的考虑土的埋深及桩-土的相互作用,抛弃固支模型。 论文对考虑桩—土动力相互作用的海洋平台简化模型的动力响应进行了深入的研究,通过将平台桩腿模拟成Winkler弹性地基梁,将土层对平台桩腿的耦合作用转化为沿桩腿连续分布的线弹性弹簧和依赖频率的阻尼器来表示。利用等效抗弯刚度原则将整个导管架平台等效为变截面的平面梁,建立了土中、水中和空气中的控制微分方程;采用解析法计算了等效模型在简谐激励力作用下的位移响应,分析了桩—土的刚度比对平台动力特性的影响。结果表明随着桩土刚度比的增大,平台的位移响应明显增加;有此判断土的性质对平台的动力特性起着至关重要的作用;平台顶部的集中质量对平台动力特性的影响也较为突出。通过与三维有限元模型的比较可知,在平台设计初期可以用等效模型来计算低阶动力响应。随后在均匀土中解的基础上,推导了成层土中的解,并计算了在瑞利波作用下简化平台桩的横向远场地震响应,得到了一些有益的结论。