超大型浮式结构的发展及研究综述

杨 琳，高艳红

（1.上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306；2.嘉实集团，上海 201804）

超大型浮式结构的发展及研究综述

杨 琳1，高艳红2

（1.上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306；2.嘉实集团，上海 201804）

对于海洋工程中，浮式网架结构需要具有强度高、易于工业化生产、耐波性好、造价低等特点。为满足结构设计与工程实践的需要，应对浮式网架的相关成果进行分析研究，探知各不同参数对结构力学性能的影响，为提高实际结构工程承载能力、保证工程的安全稳定性提出有效的优化途径，向实际工程提供可靠的理论依据。

超大型浮式结构；网架结构；有限元分析

0 引言

超大型浮式结构作为一种新型海洋结构，具有工期短、工艺化程度高、消波性能好等特点，能有效地缓解陆地空间局限及能源紧张情势。各学者针对新型海洋结构浮式网架的相关理论研究主要集中在浮式网架结构的选型与整体稳定性分析。具有超大尺寸的结构在海洋工程环境中面临着极为复杂的受力状况和破坏型式，研究其整体性及稳定性至关重要。

1 国外超大型浮式结构的发展历史及研究现状

1957 年美国生产了首个浮式钻井船。这种平台的稳定性差、耐风浪能力差。1962 年美国建造了首个半潜式钻井平台，此平台适于深水作业，抗风能力强。随水深的逐渐加大，又相继出现了独柱式和张力腿式平台［1］。日本提出了"绿色浮莲"的设想，拟在海面上建造由浮筒与镁合金构成的城市［2］。日本已成功在阿拉伯建设了一座浮动在海面上的“小城市”。其主体为钢铁结构，内部的生活娱乐设施齐全，将其支撑柱收起便可以化身成船行驶。

2 国内超大型浮式结构的发展历史及研究现状

2002 年，朱克强等人针对海洋浮式结构开展了流固耦合的动力建模数值分析。针对理性流体，列出了流固耦合结构的运动微分方程，推导了用于模态分析方法的计算公式［3］。2009 年，桑松对深海中的多体式浮式结构物进行求解，构建了浮态方程，同时给出了求解方法，并经验证输出结果和实际数据较吻合［4］。2011 年，张法富等人关于波浪力对超大型浮式结构的影响进行分析。针对新型结构深水环形浮式人工港，考虑4 种海洋工况，预报了波浪诱导作用下的剖面剪力和弯矩荷载［5］。2012 年，黄灿光等人提出了当时最先进的海洋建筑物与海上风电海洋平台。2014 年，某研究院推出了“南海岛礁建设技术储备研究课题”，此课题主要针对以珊瑚礁为基础的人工岛的构建进行研究，为将来岛礁的建造提供设计方案的参考。

超大型浮式结构自提出以来，经过了在波浪作用下的动态响应分析、流固耦合分析、模态求解以及新结构形式的提出等阶段，逐渐显现出发展超大型浮式结构的必要性，海洋空间的利用对现代社会的发展越发重要，中国逐渐转向并重视相应工程的建设，并作出了相关研究。

3 网架结构的发展历史及研究现状

2000 年，刘开国讲述了网架结构的极限承载能力，提出了一种简捷的分析法，为后期的网架结构设计提供了理论意义［6］。2002 年，李刚等人改进了一次二阶矩法偶尔不收敛时的处理方法，修正了两点自适应法下对失效曲面拟合的算法，进而把结构可靠度的计算模块与ANSYS 软件相连，并简要讨论了其失效模式［7］。2007 年，李义生等人分析了网架结构的损坏类型和原因，提出了其可靠性分析的理论方法，汇总得出对应的加固处理办法［8］。同年，马汀探究了钢结构的检测和监测理论，并树立了已建钢结构建筑的考核标准［9］。2010 年，刘文白等人对适用于20-30 m 水深的导管架式码头进行了分析，对各尺寸进行了一系列的调整，对比分析不同方案下整体结构的刚度和极限承载力［10］。2011 年，曾辉使用有限元法针对大跨度开洞网架结构的力学特性进行了分析，关于开洞位置与开洞大小对网架特性的影响进行了研究［11］。

之前学者提出了许多网架结构类型，并对其有一定的理论研究，大多通过有限元软件分析结构的静力特性、动力特性、承载力、耐久性与自振特性等，再与实验结论进行对比分析。而对于超大型浮式网架结构，可参考已有较完善研究成果的陆上空间网架结构。进而考虑海洋工程的环境特点，为网架结构进入海洋工程建设提供了理论参考。

4 结语

越来越多超大型浮式结构的投产，极大促进了海上浮城、机场等的实现，对国家发展具有非凡的意义。鉴于其强度高、易于制造安装、经济效益好等特点，超大型浮式网架结构的大力发展是社会需求，更是必然趋势。

［1］李芬，邹早建.浮式海洋结构物研究现状及发展趋势［J］.武汉理工大学学报，2003，27（05）：682-686.

［2］日本：提出建设漂浮城市的“绿色浮莲”构想［J］.现代城市，2010（04）：64.

［3］朱克强，李道根等.海洋浮式结构流固耦合动力建模分析［J］.华东船舶工业学院学报，2002，16（01）：1-6.

［4］桑松，徐学军.深海多体式浮式结构物浮态求解［J］.中国海洋平台，2009，24（05）：34-40.

［5］张法富，刘建辉，钟文军.波浪作用下的超大型浮式结构物整体受力研究［C］.第十三届中国科协年会第13 分会场-海洋工程装备发展论坛论文集.2011：1-5.

［6］刘开国.网架极限承载力的简捷分析［J］.空间结构，2000，6（03）：11-15.

［7］李刚，许林，程耿东.基于ANSYS 软件的大型复杂结构可靠度分析［J］.建筑结构，2002，32（05）：58-61.

［8］李义生，齐卫红，马志华等.钢网架结构损坏的原因和加固措施［J］.天津科技，2007（03）：71-73.

［9］马汀.既有建筑钢结构健康检测与监测框架体系的研究［D］.同济大学，2007.

［10］刘文白，冯基芳.大型离岸深水导管架码头结构选型［A］.计算机辅助工程，2010，6（02）：26-31.

［11］曾辉.大跨度开洞网架结构静动力性能研究［D］.武汉理工大学，2011.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.191

杨琳（1992-），瑶族，广西桂林人，硕士研究生，研究方向：海洋与水利工程结构数值分析与优化设计。