张力腿平台的工作原理及性能

张力腿平台设计最主要的思想是使平台半顺应半刚性。它通过自身的结构形式，产生远大于结构自重的浮力，浮力除了抵消自重之外，剩余部分就称为剩余浮力，这部分剩余浮力与预张力平衡。预张力作用在张力腿平台的垂直张力腿系统上，使张力腿时刻处于受张拉的绷紧状态。较大的张力腿预张力使平台平面外的运动（横摇、纵摇和垂荡）较小，近似于刚性。张力腿将平台和海底固接在一起，为生产提供一个相对平稳安全的工作环境。另一方面张力腿平台本体主要是直立浮筒结构，一般浮筒所受波浪力的水平方向分力较垂直方向分力大，因而通过张力腿在平面内的柔性，实现平台平面内的运动（纵荡、横荡和首摇），即为顺应式。这样较大的环境载荷能够通过惯性力来平衡，而不需要通过结构内力来平衡。张力腿平台这样的结构形式使得结构具有良好的运动性能。张力腿平台的张力腿系统在初始位置是直立的，平台的纵荡运动将不引起纵摇，但一般会和平台的垂向运动相耦合，即纵荡引起垂荡。在运动过程中没有一个张力腿松弛，它们始终保持等长度平行状态。如果有任意一个张力腿未校准，则会破坏这种理想的平衡性质。因此在张力腿平台的设计中，张腿锚固位置容许的偏差量很重要。同时设想使用非平行的张力腿，这样的张力腿虽然亦可将平台固定于某一空间位置，但不平行的张力腿必然会在空间相交于一点，这一点将是平台横荡引起首摇的旋转中心。张力腿平台在张力腿系泊系统张力变化和平台本体浮力变化控制下，平台平面内的运动固有频率低于波浪频率，而平面外的运动固有频率高于波浪频率。一座典型的张力腿平台，其垂荡运动的固有周期为2～4s，而纵横荡运动的固有周期为100～200s；横摇、纵摇运动固有周期均低于4s，而首摇的运动固有周期则高于40s。整个结构的频率跨越在海浪的一阶频率谱两端，从而避免了结构和海浪能量集中的频率发生共振，使平台结构受力合理，动力性能良好。迄今为止张力腿平台有着良好的安全记录，这与结构设计上的成功是密不可分的