钻井平台隔水管地震响应分析

摘 要：随着海洋石油工业的不断发展，隔水管已成为钻井平台的必备设备。在抗震设计中最常用的振型分解反应谱法的基础上，对钻井平台隔水管的地震响应进行了理论分析，把离散系统的有关抗震计算公式推广到隔水管连续系统。分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式，为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

关键词：钻井平台；隔水管；地震响应；反应谱法

钻井平台隔水管是浮式钻井船或半潜式钻井平台的水下装置之一，主要功能是隔离海水、引导钻具和循环钻井液。目前国内外很多学者对隔水管的静力学、动力学和疲劳问题进行了很多研究[1-4]，但尚未看到对隔水管在地震作用下的力学行为进行分析的有关文献。由于我国沿海地区处于地震活跃区域，因此对海洋钻井隔水管进行抗震设计就显得非常必要。隔水管所受的地震作用是通过海底地面运动而将地震力传给隔水管，它与隔水管的动力学特性直接相关而且与具体的海底场地类型有关。采用抗震分析应用广泛的振型分解反应谱法分析计算地震发生时隔水管所受的地震力，导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式，为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

1 隔水管动力学特性

4 地震作用力引起的隔水管总内力和总弯曲变形

根据振型分解法，隔水管在任一时刻所受到的地震作用为该时刻各振型地震作用之和，并且所求得的相应于各振型的地震作用力Fi（x）均为最大值，依据Fi（x）求得的地震作用引起的隔水管内力和变形也是最大值。但是，各振型地震作用引起的隔水管内力和变形并非一定同时达到最大值，这就出现了如何利用各振型的最大地震作用内力和变形来总和隔水管总的最大地震作用内力和变形问题。

一般情况下，各个振型在地震总反应中的贡献将随着其频率的增加而迅速减小，所以频率低的几个振型往往控制着结构的最大地震响应。因此在实际计算中，一般采用前2～3个振型即可。但考虑到周期较长结构的各个自振频率比较接近，所以《抗震规范》规定，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，可适当增加参与组合的振型个数。

5 结束语

5.1 文章在抗震设计中最常用的振型分解反应谱法的基础上，对海洋钻井隔水管的地震响应进行了理论分析，把离散系统的有关抗震计算公式推广到隔水管连续系统，该方法也可以推广到其它连续体抗震分析中去。

5.2 分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式。

文章的分析结果可以为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

参考文献

[1]Sakdirat Kaewunruena，Julapot Chiravatchradejb，Somchai Chucheep

sakul.Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid [J].Ocean Engineering，2005，32：417-440.

[2]Marko Keber，Marian Wiercigroch. Dynamics of a vertical riser with weak structural nonlinearity excited by wakes [J]. Journal of Sound and Vibration，2008，315： 685-699.

[3]刘秀全，陈国明，畅元江，等.深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（2）：146-151.

[4]陶云，李杰，艾志久，等.深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析[J].石油机械，2013，41（3）：68-71.

[5]方华灿.海洋石油钻采设备理论基础[M].北京：石油工业出版社，1984.

[6]方同，薛璞.振动理论及应用[M].西安：西北工业大学出版社，1998.

[7]王社良.抗震结构设计[M].武汉理工大学出版社，2008.

作者简介：李军强（1964-），男，博士，教授，研究方向：石油机械动力学。

摘 要：随着海洋石油工业的不断发展，隔水管已成为钻井平台的必备设备。在抗震设计中最常用的振型分解反应谱法的基础上，对钻井平台隔水管的地震响应进行了理论分析，把离散系统的有关抗震计算公式推广到隔水管连续系统。分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式，为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

关键词：钻井平台；隔水管；地震响应；反应谱法

钻井平台隔水管是浮式钻井船或半潜式钻井平台的水下装置之一，主要功能是隔离海水、引导钻具和循环钻井液。目前国内外很多学者对隔水管的静力学、动力学和疲劳问题进行了很多研究[1-4]，但尚未看到对隔水管在地震作用下的力学行为进行分析的有关文献。由于我国沿海地区处于地震活跃区域，因此对海洋钻井隔水管进行抗震设计就显得非常必要。隔水管所受的地震作用是通过海底地面运动而将地震力传给隔水管，它与隔水管的动力学特性直接相关而且与具体的海底场地类型有关。采用抗震分析应用广泛的振型分解反应谱法分析计算地震发生时隔水管所受的地震力，导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式，为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

1 隔水管动力学特性

4 地震作用力引起的隔水管总内力和总弯曲变形

根据振型分解法，隔水管在任一时刻所受到的地震作用为该时刻各振型地震作用之和，并且所求得的相应于各振型的地震作用力Fi（x）均为最大值，依据Fi（x）求得的地震作用引起的隔水管内力和变形也是最大值。但是，各振型地震作用引起的隔水管内力和变形并非一定同时达到最大值，这就出现了如何利用各振型的最大地震作用内力和变形来总和隔水管总的最大地震作用内力和变形问题。

一般情况下，各个振型在地震总反应中的贡献将随着其频率的增加而迅速减小，所以频率低的几个振型往往控制着结构的最大地震响应。因此在实际计算中，一般采用前2～3个振型即可。但考虑到周期较长结构的各个自振频率比较接近，所以《抗震规范》规定，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，可适当增加参与组合的振型个数。

5 结束语

5.1 文章在抗震设计中最常用的振型分解反应谱法的基础上，对海洋钻井隔水管的地震响应进行了理论分析，把离散系统的有关抗震计算公式推广到隔水管连续系统，该方法也可以推广到其它连续体抗震分析中去。

5.2 分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式。

文章的分析结果可以为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

参考文献

[1]Sakdirat Kaewunruena，Julapot Chiravatchradejb，Somchai Chucheep

sakul.Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid [J].Ocean Engineering，2005，32：417-440.

[2]Marko Keber，Marian Wiercigroch. Dynamics of a vertical riser with weak structural nonlinearity excited by wakes [J]. Journal of Sound and Vibration，2008，315： 685-699.

[3]刘秀全，陈国明，畅元江，等.深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（2）：146-151.

[4]陶云，李杰，艾志久，等.深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析[J].石油机械，2013，41（3）：68-71.

[5]方华灿.海洋石油钻采设备理论基础[M].北京：石油工业出版社，1984.

[6]方同，薛璞.振动理论及应用[M].西安：西北工业大学出版社，1998.

[7]王社良.抗震结构设计[M].武汉理工大学出版社，2008.

作者简介：李军强（1964-），男，博士，教授，研究方向：石油机械动力学。

摘 要：随着海洋石油工业的不断发展，隔水管已成为钻井平台的必备设备。在抗震设计中最常用的振型分解反应谱法的基础上，对钻井平台隔水管的地震响应进行了理论分析，把离散系统的有关抗震计算公式推广到隔水管连续系统。分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式，为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

关键词：钻井平台；隔水管；地震响应；反应谱法

钻井平台隔水管是浮式钻井船或半潜式钻井平台的水下装置之一，主要功能是隔离海水、引导钻具和循环钻井液。目前国内外很多学者对隔水管的静力学、动力学和疲劳问题进行了很多研究[1-4]，但尚未看到对隔水管在地震作用下的力学行为进行分析的有关文献。由于我国沿海地区处于地震活跃区域，因此对海洋钻井隔水管进行抗震设计就显得非常必要。隔水管所受的地震作用是通过海底地面运动而将地震力传给隔水管，它与隔水管的动力学特性直接相关而且与具体的海底场地类型有关。采用抗震分析应用广泛的振型分解反应谱法分析计算地震发生时隔水管所受的地震力，导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式，为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

1 隔水管动力学特性

4 地震作用力引起的隔水管总内力和总弯曲变形

根据振型分解法，隔水管在任一时刻所受到的地震作用为该时刻各振型地震作用之和，并且所求得的相应于各振型的地震作用力Fi（x）均为最大值，依据Fi（x）求得的地震作用引起的隔水管内力和变形也是最大值。但是，各振型地震作用引起的隔水管内力和变形并非一定同时达到最大值，这就出现了如何利用各振型的最大地震作用内力和变形来总和隔水管总的最大地震作用内力和变形问题。

一般情况下，各个振型在地震总反应中的贡献将随着其频率的增加而迅速减小，所以频率低的几个振型往往控制着结构的最大地震响应。因此在实际计算中，一般采用前2～3个振型即可。但考虑到周期较长结构的各个自振频率比较接近，所以《抗震规范》规定，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，可适当增加参与组合的振型个数。

5 结束语

5.1 文章在抗震设计中最常用的振型分解反应谱法的基础上，对海洋钻井隔水管的地震响应进行了理论分析，把离散系统的有关抗震计算公式推广到隔水管连续系统，该方法也可以推广到其它连续体抗震分析中去。

5.2 分析计算了地震发生时隔水管所受的地震作用力，推导出了隔水管在地震作用下每个横截面上的剪力、弯矩和弯曲变形计算公式。

文章的分析结果可以为隔水管考虑地震作用时的工程设计提供一定的理论参考。

参考文献

[1]Sakdirat Kaewunruena，Julapot Chiravatchradejb，Somchai Chucheep

sakul.Nonlinear free vibrations of marine risers/pipes transporting fluid [J].Ocean Engineering，2005，32：417-440.

[2]Marko Keber，Marian Wiercigroch. Dynamics of a vertical riser with weak structural nonlinearity excited by wakes [J]. Journal of Sound and Vibration，2008，315： 685-699.

[3]刘秀全，陈国明，畅元江，等.深水钻井隔水管时域随机波激疲劳分析[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012，36（2）：146-151.

[4]陶云，李杰，艾志久，等.深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析[J].石油机械，2013，41（3）：68-71.

[5]方华灿.海洋石油钻采设备理论基础[M].北京：石油工业出版社，1984.

[6]方同，薛璞.振动理论及应用[M].西安：西北工业大学出版社，1998.

[7]王社良.抗震结构设计[M].武汉理工大学出版社，2008.

作者简介：李军强（1964-），男，博士，教授，研究方向：石油机械动力学。