自升式鉆井平臺的抗冰性能評價

張大勇，岳前進，，劉 笛，許 寧，王冬慶，王勝勇（大連理工大學海洋科學與技術學院，遼寧 盤 錦；.大連理工大學 工 業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室，遼寧 大 連 60；.大連海洋大學 航 海與船舶工程學院，遼寧 大 連 60；.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連60）

自升式鉆井平臺的抗冰性能評價

張大勇1，岳前進1，2，劉 笛3，許 寧4，王冬慶3，王勝勇2
（1大連理工大學海洋科學與技術學院，遼寧 盤 錦124221；2.大連理工大學 工 業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室，遼寧 大 連 1 16023；3.大連海洋大學 航 海與船舶工程學院，遼寧 大 連 1 16024；4.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連116024）

自升式鉆井平臺屬于典型的柔性結構。由于冰與柔性抗冰結構相互作用的復雜性,長期以來尚未形成基于動冰力響應分析的結構設計。結構抗冰設計中大都是從極端荷載出發(fā),只考慮最大靜冰力或最大傾覆力矩是否能推倒平臺。基于對渤海遼東灣柔性抗冰平臺的多年監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)強烈的冰激振動引起平臺管節(jié)點疲勞失效、上部設施的非正常運行、作業(yè)人員不舒適等問題的風險性要遠大于極端靜冰荷載下結構的整體安全問題。文中基于多年現(xiàn)場冰與結構作用觀測及冰荷載的研究成果，提出了柔性抗冰結構設計中應考慮的主要失效模式及評價方法。最后，以渤海某典型自升式鉆井平臺為例，對其抗冰性能進行評價。該文的研究可為寒區(qū)自升式平臺的抗冰概念設計提供合理依據(jù)。

自升式平臺；冰激振動；抗冰性能；評價

0 引 言

近年，國際極區(qū)海洋資源開發(fā)逐漸升溫。Pechora和Kara海域、Sakhalin海域、里海海域的海洋石油開發(fā)成為冰區(qū)開發(fā)新熱點。同時，海洋工程界對全球變暖趨勢的預期加強，北極能源開發(fā)的科學研究也逐漸興起。自升式鉆井平臺是一種最常用的淺海探測鉆井設備，主要由平臺結構、樁腿、升降機構、鉆井裝置及生活樓組成。應用于淺海的自升式平臺，樁腿直徑一般在2-3 m，上部質量比較重，工作水深變化范圍大，平臺的基礎較淺，屬于典型的柔性結構。

目前，柔性的抗冰結構是結冰海域一種常見的結構形式，如前所述的自升式鉆井平臺，還有固定式導管架平臺、海上風力發(fā)電塔等。這些結構在冰力作用下能產(chǎn)生較大的變形，在周期性冰力作用下能產(chǎn)生顯著的振動問題。由于柔性抗冰結構基本設計中主要考慮極值靜冰力引起結構的破壞，沒有明確動冰荷載模型及冰振下結構動力失效（設計準則）問題，歷史上柔性抗冰結構曾發(fā)生過多次工程事故。1964年，美國庫克灣兩座簡易抗冰平臺被冰推倒。1969年，我國渤海老二號海洋平臺在建成后不久就被大冰排推倒[1]。1977年，渤海“海四井”的烽火臺被海冰推倒[2]。八十年代后期以來，我國在渤海遼東灣相繼建造了多座柔性抗冰油氣平臺，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)了劇烈的冰激振動現(xiàn)象[3]。例如，2000年冬天，渤海某平臺上部的放空管線在強烈的冰激振動下產(chǎn)生劇烈晃動而發(fā)生斷裂；持續(xù)的冰振對平臺的作業(yè)人員也產(chǎn)生了一定影響[4]，相關報告顯示“平臺搖晃劇烈，文件柜移位，桌上碗筷落地，觀測人員感到危險”。

基于對渤海遼東灣柔性抗冰平臺的多年監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)強烈的冰激振動引起平臺管節(jié)點疲勞失效、上部設施的非正常運行、作業(yè)人員不舒適等問題的風險性要遠大于極端靜冰荷載下結構的整體安全問題。本文基于多年現(xiàn)場冰與結構作用觀測及冰荷載的研究成果，提出了柔性抗冰結構設計中應考慮的主要失效模式及評價方法。最后，以渤海某典型自升式鉆井平臺為例，對其抗冰性能進行評價，進一步明確自升式平臺在抗冰設計及安全保障中需要考慮的關鍵失效模式。本文的研究可為寒區(qū)自升式平臺的抗冰概念設計提供合理依據(jù)。

1 自升式鉆井平臺力學特性分析

本文選取渤海某典型的自升式鉆井平臺，利用數(shù)值模擬，明確自升式平臺的結構力學特性。建模中選用的單元及單元的作用見表1。在建立有限元模型過程中，對真實的結構進行簡化處理，結構的簡化保證主體結構幾何形狀的真實性，結構的振動頻率和振型的真實性，仿真模型如圖1所示。

表1 自升式平臺模型單元選取Tab.1 The selecting elements of jack-up platform

圖1 自升式平臺有限元模型Fig.1 The finite element model of jack-up platform

考慮不同升船（甲板）高度對平臺結構固有頻率及等效水平剛度的影響，如表2和3所示。其中，等效水平剛度定義為使平臺甲板發(fā)生單位廣義位移（水平線位移或角位移）所需要施加的廣義力（集中力、均布力或力矩），即靜剛度。結果分析發(fā)現(xiàn)，隨平臺甲板高度的升高，平臺的固有頻率和等效水平剛度逐漸降低。渤海某典型抗冰油氣中心平臺的等效水平剛度和固有頻率分別為：5.52×107N/m，0.87 Hz。可見，自升式平臺在升船高度為10 m（規(guī)范中要求的平臺作業(yè)時高度）時，等效剛度與固有頻率均低于導管架平臺[5]。

表2 不同升船高度下平臺的固有頻率Tab.2 The natural frequency of the platform under different heights

表3 不同升船高度下平臺的等效水平剛度Tab.3 The equivalent horizontal stiffness of the platform under different heights

現(xiàn)場海冰監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，冰與柔性抗冰結構發(fā)生破碎的能量譜頻率多數(shù)集中在0-2 Hz之間，如圖2所示。這樣，柔性結構固有周期與冰力周期十分接近，不可避免地存在冰激共振現(xiàn)象，動力效應明顯。因此，在該類結構的抗冰設計中，適當?shù)卣{節(jié)升船高度，可以改變平臺的力學特性，從而提高其抗冰性能。

圖2 冰與柔性抗冰結構作用的冰力能量譜Fig.2 The power spectrum of the interaction between ice and flexible ice-resist structures

2 冰荷載作用下柔性抗冰結構的失效模式

常規(guī)的海洋工程結構設計中規(guī)定：水深超過100 m且結構固有周期超過3 s的海洋平臺屬于柔性平臺，在設計中需要考慮結構的動力行為。依據(jù)這一規(guī)定，上述的抗冰平臺并不屬于柔性海洋結構，不需要進行動力分析。然而，由于冰荷載與波浪荷載作用機理不同，抗冰結構在常規(guī)的風、波浪荷載的作用下動力響應很小，但是在海冰作用下振動明顯。其實，結構的柔性應該從兩方面考慮：一是在極值靜荷載下，結構產(chǎn)生了不可忽略的變形；二是在動荷載作用下，結構動力效應明顯。可見，自升式鉆井平臺、導管架式平臺等抗冰結構屬于第二種類型。本文基于現(xiàn)場冰與海洋平臺相互作用的觀測以及冰荷載的研究成果，對冰荷載作用下柔性抗冰結構的失效模式及評價方法做以分析。

2.1 極端冰荷載下結構的失效

目前的海洋平臺規(guī)范設計中，一般考慮地震、波浪、海流、風和海冰作用，并轉化為等效靜力作用來考慮。主要通過強度要求、剛度要求，來評估結構或者構件在各種載荷組合作用下是否安全。強度要求就是指構件在設計載荷作用下的設計應力應當小于許用應力，即σ＜[σ]；剛度要求是指結構的最大變形應當小于規(guī)范建議的容許值，即λ<[λ]。對于抗冰海洋平臺，就是在極端靜冰力的作用下保證結構的強度、剛度要求。在API RP-2A或ISO/DIS 19902標準中，極限強度分析采用儲備強度比作為評價指標[6-7]。海洋平臺結構體系的儲備強度系數(shù)可按下式計算：

式中：Fd和Fu分別是平臺結構在設計荷載下和極限荷載下的基底橫向力或傾覆力。導管架平臺結構的環(huán)境荷載通常為橫向荷載。文獻[8]指出，當平臺結構安裝水深大于30 m時，宜用結構的傾覆力矩定義結構的儲備強度系數(shù)；而當安裝水深小于30 m時，用結構基底橫向力定義強度儲備系數(shù)更為合適。

2.2 動冰荷載下結構的疲勞失效

多年的現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，渤海遼東灣的柔性抗冰平臺在動冰荷載的作用下存在明顯的動力放大效應，從定性上看有必要進行動力分析。為了更好地說明柔性抗冰平臺存在冰激疲勞失效，還必須證明在常規(guī)冰情下冰荷載引起的結構熱點應力超過了材料的疲勞極限應力，即從定量上進一步說明這個問題。

平臺結構疲勞損傷是由于熱點應力反復作用引起的，利用有限元數(shù)值模擬，對柔性抗冰結構的熱點疲勞應力進行分析，合理地考慮結構應力集中系數(shù)。另外，根據(jù)API規(guī)范提供的S-N曲線（如圖3所示），當無限壽命取N=108次時，疲勞極限應力為41 MPa。在常規(guī)冰情下，若冰激振動造成的熱點動應力大于疲勞極限應力則說明冰振可能存在結構的疲勞失效，需要進行詳細的冰振疲勞分析，即冰振下結構的疲勞壽命估計。與波浪環(huán)境下海洋平臺相比，冰區(qū)海洋平臺疲勞壽命分析的主要區(qū)別在于疲勞冰荷載與冰疲勞環(huán)境參數(shù)，這也是抗冰導管架平臺冰激疲勞分析的兩個瓶頸問題[9]。冰振結構疲勞失效評估流程如圖4所示。

圖3 API 2A提供的S-N曲線Fig.3 The S-N curve of steel provided by API 2A

圖4 冰振柔性抗冰結構疲勞失效評估流程Fig.4 The fatigue failure assessment process of the flexible ice-resist structures

2.3 動冰荷載下平臺甲板加速度響應引起的失效

監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，海冰與平臺作用時，可以激起平臺較大的加速度響應。特別是對生產(chǎn)天然氣的平臺，上部布置錯綜復雜的天然氣管線，這些管線在長期的冰振作用下，可能導致平臺上部天然氣管線斷裂與法蘭松動的事故隱患。同時平臺甲板持續(xù)的劇烈振動給工作人員的生活和身體健康也帶來很大的影響。冰激海洋平臺上部設施及作業(yè)人員的振動現(xiàn)象，類似于地震荷載引起的振動問題。冰與結構作用引起了平臺甲板的振動，而甲板加速度響應對上部結構基礎施加了慣性力；與地震激勵不同的是冰激平臺振動持續(xù)的時間比較長，并且為窄帶隨機過程。

大量的研究表明，振動對人體的影響主要取決于四個要素：加速度幅值、振動的頻率、振動持續(xù)的時間和振動的作用方向。根據(jù)上述要素，制定出評價振動對人體影響的三種界限：舒適性降低界限、工效降低界限、暴露界限。根據(jù)國家標準對人體全身振動暴露的舒適性降低界限和評價準則（GB/T 13442－92）[10]，在高頻下小于2 Hz時人體在水平振動下感受的各個階段的加速度（m/s2）與時間（h）所對應的臨界值表如表4所示。

表4 人體在水平振動下感受的各個階段加速度臨界值表Tab.4 Every stage critical value of human feeling about the relationship between vibration acceleration and duration in level libration

（其中I－代表舒適性界限，Ⅱ－代表工效降低界限，Ⅲ－代表暴露性界限，數(shù)值量值之間的關系是Ⅱ為Ⅰ的3.15倍，Ⅲ為Ⅱ的2倍。）

監(jiān)測表明，平臺在冰激作用下的振動方向主要以水平為主，并且平臺振動響應主要集中在結構的基頻。作業(yè)人員主要感受到的應該是結構基頻的加速度。對于柔性抗冰平臺，其固有頻率一般都在1 Hz以下。基于以上分析，只要明確振動加速度幅值與振動持續(xù)時間，就可以結合規(guī)范評價冰激振動對平臺作業(yè)人員的影響。

按照國家標準的規(guī)定，由于平臺振動響應是隨機的，對于離散的監(jiān)測數(shù)據(jù)，等效加速度均方根采用下式計算：

式中：ai是ti時間內測得的加速度的均方根值，m/s2；ti是序號為i對應的時間，s。對于加速度的等效總暴露時間可按下式計算：

式中：ti′等效于不同加速度Ai的實際時間ti，且對應于名義值A′的等效總暴露時間T′等于ti′之和。

冰激海洋平臺甲板加速度幅值還將直接影響到上部管線的正常工作，它的確定可以直接通過現(xiàn)場冰振監(jiān)測，也可以通過數(shù)值模擬來獲得。一般來講，影響冰力的大小主要因素有冰厚、冰速和冰破碎強度。在相同的海域，冰破碎強度變化不大，因此這里只選擇冰速和冰厚來描述冰況。由于冰速和冰厚的分布是不相關的隨機過程，即某一特定冰厚下，各種冰速都可能出現(xiàn)，因此可以按照冰速和冰厚的組合來描述冰況。對于每一種冰況，計算相應的冰荷載譜，將冰荷載譜輸入到結構模型中，在頻域內進行動力分析，就可以求得平臺在這種冰況下的最大振動加速度。重復上述步驟，就可以得到所有冰況下平臺的最大振動加速度

2.4 冰激振動對平臺基礎的影響

在不排水的條件下，飽和無粘性土或稍具有粘性的土，由于振動載荷（主要是地震）的連續(xù)作用，產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，并逐步發(fā)展。當超靜孔隙水壓力（簡稱孔壓）等于上覆土壓力時，土顆粒將懸浮于土孔隙水中，呈現(xiàn)出類似于稀砂漿或稀泥漿的狀態(tài)。土的這種因孔壓上升，粒間有效應力下降，導致固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)從而失去強度，喪失穩(wěn)定的現(xiàn)象，稱為“液化”。液化是一種特殊的動強度問題，大多發(fā)生在疏松的飽和粉砂、細砂中，發(fā)生條件是大應變幅。在海冰與平臺相互作用時樁腿會發(fā)生冰激振動現(xiàn)象，對樁腿相連接的基礎將產(chǎn)生一定的影響。上世紀八十年代波福海的Molikpaq沉箱的地基在冰振作用下產(chǎn)生了液化[11]。

渤海的自升式鉆井平臺基礎很淺，一般在8-10 m左右，強烈的冰激平臺振動可能對樁靴基礎產(chǎn)生一定的危害。冰激振動引起平臺基礎的振動響應屬于周期性的動載荷，基礎的振動對其周圍的土體產(chǎn)生動應變效應（參數(shù)主要包括：周期、振動幅值）。其中，振動幅值導致動應變幅度大小，反映土體動力形態(tài)。一般情況下，在動應變幅＜10-4-10-6量級時，土體處于彈性性狀；在動應變幅≥10-4-10-2量級時土體處于塑性性狀，通常以10-4應變量級作為應變幅值的界限。若激勵載荷的增（或減）十分緩慢，可以按靜力問題考慮，靜載荷引起的應變值大于10-3量級時，認為土體發(fā)生變化；若動載荷作用即使產(chǎn)生很小的應變幅值，如10-4量級，但周期性的變化，也會使土體產(chǎn)生疲勞強度破壞。

2.5 冰荷載作用下柔性抗冰結構的失效模式及判別指標

基于以上分析，柔性抗冰結構的主要失效模式歸結為以下幾種：

（1）結構安全失效模式。包括極值靜冰力作用下結構最大變形或強度超過極限值而引起結構破壞；動冰荷載作用下結構的疲勞破壞及樁基破壞。

（2）人員感受失效模式。主要是動冰力下平臺甲板振動導致作業(yè)人員感覺不適，影響工作效率甚至損害人的健康。

（3）上部設施失效模式。結構在動冰力作用下，平臺的強烈持續(xù)振動引起管線斷裂和法蘭松動而影響設施的正常使用性能。

上述各種失效模式及判別指標匯總于表5中。

表5 柔性抗冰平臺各種失效模式的判別指標Tab.5 Discrimination index of ice-resistant platform failure modes

3 實例—渤海某自升式平臺抗冰性能評價

基于本文提出的柔性抗冰結構失效模式及相應評價方法，對渤海某自升式鉆井平臺進行冰荷載下的抗冰性能評價，進而明確自升式鉆井平臺在抗冰的概念設計中應關注的主要失效模式。該平臺主要由樁腿、甲板、升降機構等組成，平臺為4腿圓柱式結構，樁腿帶齒輪齒條，設計水深30 m左右，設計冰厚45 cm（50年一遇）。樁腿直徑是2.5 m，樁腿長度為73 m，升船高度是10 m（靜止水面至甲板底層），樁腿縱向中心距30 m，樁腿橫向中心距26 m。平臺的固定載荷為2 911.5 t，可變載荷按1 000 t。

3.1 極值靜冰力下結構抗冰性能

極值靜冰力公式采用API RP-2N（1995）規(guī)范要求，F(xiàn)=ασcDh，其中，α是冰的擠壓系數(shù)，選取0.3-0.7；σc是海冰單軸壓縮強度，渤海海冰為2.2 MPa；h是冰厚，這里取設計冰厚為45 cm。基于ANSYS數(shù)值模擬，得到平臺的整體變形及應力變化，計算結果如表6所示。

表6 極值冰荷載下自升式平臺最大變形與應力Tab.6 The maximum deformation and stress of jack-up platform under extreme ice load

可以看出，目前自升式鉆井平臺的設計在極值靜冰力作用下，結構的最大位移、應力較小，分別為允許值的33.9%和33.7%，結構具有較大的靜力安全儲備。盡管如此，極值靜冰荷載下結構的安全失效仍然是柔性抗冰平臺設計中所必須考慮的主要問題之一。

3.2 交變冰力下結構疲勞失效

按照冰激柔性結構疲勞失效評價方法，首先判斷在常規(guī)冰情下，平臺結構熱點應力是否顯著。這里選取兩種典型冰況：（1）冰厚為20 cm時，結構發(fā)生穩(wěn)態(tài)振動；（2）冰厚為15 cm，冰速為28 cm/s時平臺發(fā)生隨機振動。其中，穩(wěn)態(tài)冰力模型采用K?rn?根據(jù)渤海實測的自激振動冰力時程，提出的三角波時域函數(shù)[12]；隨機冰力是基于現(xiàn)場實測的柔性直立抗冰平臺冰荷載時程曲線。對該平臺的疲勞應力進行分析，熱點位置為平臺甲板與樁腿相交處，如圖5所示。根據(jù)API規(guī)范提供的S-N曲線，當無限壽命取N=108次時，疲勞極限應力為41 MPa。由熱點應力時間歷程曲線可見，冰況（1）下，熱點平均疲勞應力循環(huán)值在40 MPa左右；冰況（2）下，熱點平均疲勞應力循環(huán)值在20 MPa左右。

圖5 冰振下平臺熱點位置Fig.5 The hotspot location of platform under ice vibration

結果表明，穩(wěn)態(tài)冰力可能會使結構發(fā)生疲勞破壞；而隨機冰力下，結構的熱點應力很小，不會造成熱點疲勞失效。由于結構發(fā)生穩(wěn)態(tài)振動的頻率不是很大（一天最多出現(xiàn)4次），且持續(xù)時間很短，冰激平臺的穩(wěn)態(tài)振動是否會引起結構的疲勞失效，還需要進行詳細的疲勞壽命估計。

3.3 交變冰力下結構振動加速度失效分析

同樣，考慮上述兩種典型冰況，利用ANSYS對自升式鉆井平臺進行瞬態(tài)響應分析，平臺甲板的振動加速度如圖6、7所示。結果發(fā)現(xiàn)，兩種典型冰況下，平臺甲板的振動加速度遠低于10gal，可以保證作業(yè)人員的舒適性與平臺上部設施的正常運行。

圖6 穩(wěn)態(tài)冰力下的甲板振動加速度Fig.6 The acceleration of deck under steady-state ice force

3.4 冰激振動對平臺基礎的影響

首先，利用ANSYS建立樁—土相互作用的有限元模型。為了合理地考慮邊界效率，確定土體模擬范圍的取值：地基水平方向取12倍的樁靴直徑，豎直方向取10倍的樁靴直徑，以保證土體邊界完全落在塑性區(qū)之外[13]。分析時將土體的下表面和4個立面完全固支，數(shù)值模型如圖8所示，其中，各層土材料的參數(shù)選取如表7所示。

由于穩(wěn)態(tài)振動下平臺的振動位移大于隨機振動的情況，因此，這里只考慮冰激平臺穩(wěn)態(tài)振動下樁與土的相互作用。利用瞬態(tài)動力分析，發(fā)現(xiàn)在泥面以下4 m處與樁腿相接觸的土動應變較為顯著，如圖9所示。冰激振動下該平臺土體動應變循環(huán)幅值在1.2×10-4左右，處于大小應變幅值界限區(qū)域，樁基可以保證安全運行。但是長時間強烈的冰振，基礎可能會造成兩種失效模式：（1）“晃蕩”失效：冰激振動循環(huán)載荷下土體發(fā)生疲勞強度破壞或永久性塑性變形導致基礎失效（一般發(fā)生在小應變幅值情況）；（2）“液化”失效：土體大應變幅值下，飽和無粘性土“液化”，導致基礎失效。

表7 土的材料參數(shù)Tab.7 The material parameters of soil

圖8 樁—土的有限元數(shù)值模型Fig.8 The finite element model of pile and soil

圖9 冰振下土的動應變Fig.9 The dynamic strain of soil under ice vibration

4 結 論

自升式鉆井平臺屬于典型的柔性結構。由于自升式鉆井平臺在冰區(qū)還沒有大規(guī)模使用，該類結構目前的設計是否滿足抗冰性能要求，動冰荷載是否對結構造成影響還沒有得到充分的認識。

本文首先選取渤海某典型的自升式鉆井平臺，利用數(shù)值模擬，明確自升式平臺的結構力學特性，分析發(fā)現(xiàn)，隨平臺甲板高度的升高，平臺的固有頻率和等效水平剛度逐漸降低。其次，基于現(xiàn)場冰與海洋平臺相互作用的觀測以及冰荷載的研究成果，提出冰荷載作用下柔性抗冰結構的失效模式及判別指標，并明確相應的評價方法。最后，以渤海某典型自升式鉆井平臺為例，對其抗冰性能進行評價。結果表明，目前的自升式鉆井平臺設計滿足極值靜冰荷載要求，冰激平臺的加速度響應不是很顯著，不會對作業(yè)人員及上部設施造成影響；而動冰荷載下結構的穩(wěn)態(tài)振動對樁腿與平臺相連處會激起一定的交變應力，疲勞失效可能存在（需要開展疲勞壽命估計），并且該種冰況下與樁腿相接觸的土動應變較為顯著，長時間強烈的冰振，基礎可能會由于土的變化而發(fā)生失效。本文的研究可為寒區(qū)自升式平臺的抗冰概念設計及安全保障提供合理依據(jù)。

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Structural ice-resistant performance evaluation of jack-up drilling platforms

ZHANG Da-yong1,YUE Qian-jin1,2,LIU Di3,XU Ning4,WANG Dong-qing3,WANG Sheng-yong2
(1.School of Ocean Science&Technology,Dalian University of Technology,Panjin 124221,China;2.State Key Laboratory of Structural Analysis of Industrial Equipment,Dalian University of Tech.,Dalian 116023,China;3.College of Maritime and Shipping Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116024,China;4.State Center of Ocean Environment Monitoring China,Dalian 116023,China)

The jack-up drilling platforms belong to the typical flexible structures.As the complexity of the interactions between the ice and structures,the design code of the flexible ice-resistant structures is not based on the dynamic response analysis.Current design codes for ice-resist offshore structures mainly deal with the extreme force,not the dynamic ice loads.Based on the field monitoring data of ice-resist platforms in Bohai Liaodong Gulf,the significant ice-induced vibration not only causes significant cyclical stress of tube node but also great acceleration response,which can endanger the pipeline systems on the platform and discomfort the crew members.The risks induced by ice vibrations are more serious than the extreme static ice load.In this paper,based on the field monitoring and ice loads research,the main failure modes and evaluation methods for the flexible ice-resistant structure design are provided.Finally,the ice-resistant performance is analyzed by taking a jack-up platform in Bohai Sea as an example.This study providesa reasonable basis for the ice-resist concept design of the jack-up platforms in the cold regions.

jack-up platform;ice-induced vibration;ice-resistant performance;evaluation

U674.38+1

A

10.3969/j.issn.1007-7294.2015.07.011

1007-7294（2015）07-0850-09

2015-01-11

國家自然科學基金項目（51309046），遼寧省科技廳科學技術項目（L2011124）

張大勇（1978-），男，副教授，E-mail：zhangdayong_2001@163.com；

岳前進（1958-），男，教授，博士生導師。