摘要： 结合渤海埕北油田的某储油平台的工程实例，利用有限元软件ansys建立了导管架储油平台在罐内液体为空罐、半罐和满罐三种工况的有限元模型，分别对三种工况的有限元模型进行自振特性分析，获得三种工况下的频率和振型，并对结果进行对比分析，为导管架储油平台的设计提供参考。
　　abstract： the platform with storage tank engineering examples in bohai chenbei oilfield reservoir is studied. finite element model for storage platform with three cases for empty tank， half a tank and full tank are established by finite element software ansys. the natural vibration characteristics of finite element model in the three conditions are studied. frequencies and mode shapes are obtained， and the results are analyzed. it provides a reference for the design of jacket platform with storage tank.
　　关键词： 导管架储油平台；ansys；自振特性
　　key words： jacket platform with storage tank；ansys；natural vibration characteristics
　　中图分类号：p752 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）20-0044-02
　　0 引言
　　随着海洋油气资源的不断开发，导管架储油平台的应用也越来越广泛。WWw.11665.coM储油平台是海洋平台的一种，由于平台上的储罐及其中液体的存在，使整个储油平台的动力特性不同于一般的导管架海洋平台，储罐内的液体同罐壁之间存在流固耦合作用，当平台受到外部荷载激励的时候，液体的晃动会改变整个平台结构的动力特性[1-3]。本文结合渤海埕北油田的某储油平台的工程实例，利用有限元软件ansys分析了导管架储油平台在罐内液体为空罐、半罐和满罐三种工况的动力特性，为导管架储油平台的设计提供参考。
　　1 工程概况与有限元模型的建立
　　导管架储油平台由四根导管架柱腿、桩腿、支撑、平台甲板和储油罐等构成。平台总高37.5m，甲板长23.1m、宽 22.4m。4根主导管柱腿采用直径1580mm，厚40mm的特种钢管，平面撑杆分为四层，两个平面之间附有斜撑。支撑甲板主梁采用高1000mm工字钢，次梁采用高600mm的工字钢。各节点间均为焊接。
　　甲板上储油罐的尺寸为：罐壁高为12.3m；罐内液体最大允许高度为10.7m；储罐直径为18.9m；罐壁厚为10mm；底板中幅板厚度为10mm；边缘板厚度为12mm。
　　采用大型有限元软件ansys建立导管架储油平台的有限元模型。其中，平台甲板和甲板上的储油罐采用shell63单元模拟；支撑甲板的主、次梁采用beam188单元模拟；主导管采用pipe59单元模拟[4-5]；储罐内的液体采用fluid80单元模拟；考虑罐内液体晃动和罐底和甲板间的作用，用接触单元conta173和目标单元targe170模拟储罐和平台甲板之间的作用：①罐体与液体接触面之间设置接触对；②罐底与平台甲板接触并在之间设置接触对。空罐、半罐和满罐三种工况下导管架储油平台的有限元模型见图1。
　　2 自振特性分析
　　采用子空间迭代法进行动力特性分析，考虑前20阶振型的影响，扩展模态也取20阶。得到三种工况下导管架整体的前3阶频率如表1所示，半罐和满罐工况下罐内液体的前3阶频率如表2所示。从表1和表2可以看出：①液体的晃动频率较低，一般晃动频率集中在0～1hz之间，高阶频率主要是导管架整体结构的振动频率；②由于液体的存在，使得整个结构的质量增加，而且液体的晃动对储罐壁存在耦合作用，导致满罐的频率大于半罐，半罐的频率大于空罐。
　　图2～图4分别为空罐、半罐和满罐三种工况下导管架整体的前3阶振型，从图中可以看出：①第1阶振型为整体平动，第2阶振型为整体转动，第3阶振型为甲板上储罐的振动；②三种工况下导管架整体振动形式基本一致。
　　图5和图6分别为半罐和满罐工况下罐内液体的前3阶振型，从图中可以看出：罐内液体的振动呈现典型的梁式振动振型，且半罐和满罐工况下罐内液体的振型基本一致。
　　3 结论
　　本文结合渤海埕北油田的某储油平台的工程实例，利用有限元软件ansys分析了导管架储油平台在罐内液体为空罐、半罐和满罐三种工况的动力特性，得出以下结论：①液体的晃动频率较低，一般晃动频率集中在0～1hz之间，高阶频率主要是导管架整体结构的振动频率。②由于液体的存在，使得整个结构的质量增加，而且液体的晃

对储罐壁存在耦合作用，导致满罐的频率大于半罐，半罐的频率大于空罐。③三种工况下导管架整体振型基本一致，半罐和满罐工况下罐内液体的振型也基本一致，说明罐内液体情况不会改变结构的振动形式。
　　参考文献：
　　[1]唐友刚.海洋结构动力学[m].天津：天津大学出版社，2008.
　　[2]刘嘉.导管架储油平台静力与动力特性研究[d].大庆：东北石油大学，2010.
　　[3]吴灵宇.考虑液体晃动和罐底提离的立式储液罐地震反应分析[d].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006.
　　[4]杨树耕，孟昭瑛，任贵勇.采用ansys程序的导管架海洋平台结构有限元动力分析[j].中国海洋平台，2000（5）：40-46.
　　[5]李茜，杨树耕.采用ansys程序的自升式平台结构有限元动力分析[j].中国海洋平台，2003（8）：41-46.