从力学视角观察海洋平台结构的健康

申仲翰/中国科学院力学研究所

①固定式导管架平台

②可移动的自升式平台

③张力腿式深水平台

20世纪以来，工业、交通快速发展，人类生活水平大幅度提高，以石油为典型的能源已成为社会生活的重要需求。随着陆上资源的逐渐减少，石油的开采不断向海上转移，于是以海上采油平台为代表的海上构筑物如雨后春笋般竖立在近陆地的广大海域，如北海、墨西哥湾等，我国的渤海、东海、南海地区也开发了由海洋平台群构成的海上油田。这些平台为海上采油工程提供了一块块赖以生存的钢铁陆地，成为相对理想的生产、生活空间。平台的水深从几十米到几百米不等，其种类大致可分为固定式平台和移动式平台以及水深达300米以上时所采用的张力腿式平台，这是用柔索支撑的深水平台结构。这些平台的典型结构形式可从图1～3中看到。

由于海洋平台座落在海上，长年受到海风吹、海浪打、海流冲刷、海冰撞击以及海水的腐蚀作用，从而使得这种由钢铁制成的庞然大物强度下降，以致给平台的正常运行带来一系列不安全的因素。例如巴西国营石油公司的P-36号平台就曾于2001年4月4日发生倾覆性事故，船体落入到1300米的海洋深处，造成大面积漏油。又在1983年10月，于我国莺歌海西南方海域作业的“爪哇海”号钻井船在受到8316号台风的袭击后发生了整体翻船事故，在船上工作的82名中外专家和工作人员全部遇难，直接经济损失达2.2亿美元以上。这种灾难的形成除了主观上的原因外，结构本身的强度也是客观上需要考虑的问题；为了防止不安全因素的发展，保证平台正常运行，提高平台设计水平，通过环境条件与结构强度的长时间测量和分析而对平台结构进行安全评估，保持平台结构的“健康”，这是一个行之有效的办法，我们的话题就从这里谈起。