張力腿平臺二階波浪力作用下運動響應分析

潘 陽，楊樹耕，劉 毅，車曉旭

(天津大學 建筑工程學院，天津300072)

波浪載荷作為環境載荷的主要形式之一，是影響深水張力腿平臺安全性的重要因素。張力腿平臺在波浪作用下的運動響應分為波頻響應(WF)、低頻響應(LF)和高頻響應(HF)。波頻響應是由一階波浪力所引起的結構運動響應，幅值較大，是產生波浪載荷的主要形式。海浪含有多種頻率成分的隨機波浪，不同頻率的波浪疊加會產生差頻力與和頻震蕩力，這也正是浮式結構低頻響應和高頻響應的來源。二階波浪力幅值相對一階波浪力較小，但是考慮低頻作用，結構可能產生明顯的定常漂移和周期慢漂運動，高頻波浪會導致明顯的彈振運動(springing)［1-2］。文獻［3］在南海TLP概念設計中通過Newman近似的方法，籠統地給出了在低頻波浪及風、流作用下結構運動響應，但缺少對二階力定量的說明，以及高頻波浪作用引起的張力腿、立管動張力的變化。本文通過計算完整的二階傳遞函數，得到了準確的二階波浪力的大小，分別計算考慮低頻波浪和高頻波浪作用的平臺響應和張力腿、立管張力值。

1 理論基礎

1.1 輻射繞射理論和自由表面模型

作用于大尺度結構物上的波浪力的計算［4］以輻射和繞射理論為基礎，其中線性波浪傳遞函數(RAO)的計算考慮了自由表面的線性化的近似，二階波浪力的計算［5］則采用完整的二階傳遞函數法(QFT法)，建立了自由表面模型(free surface model)，考慮了自由液面上流體質點速度的非線性特點，得到二階傳遞函數(quadratic transfer function，QTF)。……