海洋平台穩性
正文
海洋平台在拖航、下沉或使用過程中抗傾覆和抗滑移的能力。主要包括漂浮穩性和坐底穩性。漂浮穩性 平台受到外力和風、浪的作用而傾斜，當外力消除以後平台復位的能力。根據平台在拖航和使用過程中是否有破倉，漂浮穩性又分為整體穩性和破倉穩性。根據平台產生的傾角大小不同，其整體穩性的計算分為小傾角穩性計算（即初穩性計算）和大傾角穩性計算。這種計算與浮心、穩心、初穩心、穩心半徑、復原力矩有關。
浮心 浮體排水體的形心，是浮性的主要參數。浮性是在規定的荷載下平台漂浮在水面的能力。浮體在水中所受到的靜水壓力的豎向分量稱為浮力(P),浮力的大小與浮體排水的重量相等。當浮體的重力與浮力大小相等、方向相反且作用於同一豎向線上時，浮體能平衡地漂浮在靜水面上。此時浮體相對於靜水面的位置稱為浮態。浮態分為四種：①正浮狀態（圖1a）。浮體的縱軸x 和橫軸r 都平行於水面；這種浮態只用一個參數T（吃水）表示。②橫傾狀態（圖1b）。縱軸x平行於水平面,橫軸r 與水平面成角度θ（稱橫傾角）浮心C 位置因水下體積變化而移動；這種浮態要用T 和θ兩個參數表示。③縱傾狀態（圖1c）。橫軸r 平行於水面，縱軸x與水平面成角度嗘（稱縱傾角），這種浮態要用T 和嗘 兩個參數表示。④一般狀態（圖1d）。橫軸和縱軸都不平行於水平面,這種浮態要用T、θ和嗘三個參數表示。
海洋平台穩性
海洋平台穩性穩心半徑 穩心與浮心之間的距離。初橫穩心到浮心之間的距離稱為初橫穩心半徑Y＝Ix/V0；初縱穩心到浮心之間的距離稱為初縱穩心半徑r＝Ix/V0。
復原力矩 平台在外力作用下傾斜一個微小角度時，浮心自縱向中間剖面移向入水一弦，而其重心位置通常保持不變。於是大小相等方向相反的重力D和浮力D作用線產生偏離，形成力偶，當力偶促使浮體回復到原平衡位置時，此力偶稱為復原力矩。當力偶促使平台進一步傾斜時，則稱它為負復原力矩。
小傾角穩性計算 當浮體的傾角小於10°～15°時用小傾角穩性計算。通常假定浮心曲線（浮心軌跡）是以初穩心為圓心,初穩心半徑r為半徑的一段圓弧。因此在各種傾角下浮力作用都通過一固定穩心。此時復原力矩Mh＝D(r-δ)sin dθ≈D(r-δ)dθ,式中D為浮力；δ在正浮態的重心G到浮心C0的距離;r-δ＝h為穩心高度,它表示初穩心在重心之上的高度(當初穩心在重心之下時h為負值)。理論上,當初穩心高度的最小值h
小於零時浮體為不穩定，當h大於零時浮體是穩定的。但因海上自然條件十分複雜，同時理論計算中必然有很多不確定因素無法準確決定。所以設計時往往要求浮體的最小初穩心高度大於某一數值。如半潛式平台h應大於0.15米,歐洲北海油田的混凝土重力式平台要求h大於0.1米。雖然穩心高度愈高則復原力矩愈大,因而平台的初穩性愈大,但也不宜太高,否則遇到風浪時浮體將劇烈搖擺。如果h小於規定的數值則認為該浮體的初穩性不夠，必須採取措施，如在浮體上載入以降低其重心或採用輔助浮筒等臨時措施以加大水線面處的慣性矩等。 大傾角的穩性計算 浮體在外海拖運或工作時，由於受風、浪等自然環境外力的作用。傾斜角可能大於10°～15°(圖3)。此時僅用小傾角計算將出現較大的誤差，必須進行大傾角的穩性計算。計算時一般僅按其靜穩性考慮。即假定外力是逐漸加到浮體上，浮體緩慢傾斜，其角速度為零，並通過平台在各種荷載情況下傾角與復原力矩和風側力矩的關係──平台靜穩性曲線來研究。其繪製方法：從平台的正浮位置(θ＝0°)開始，到平台完全傾覆(θ＝90°)為止，等分成若干個傾角位置,如每隔10°為一個位置分別計算出各傾斜位置的傾覆力矩和復原力矩,將各點用線連線,即構成平台的靜穩性曲線(圖4)。其復原力矩Mh＝D【rcosθ+(z-zC)sinθ-δsinθ】，式中 z和r 分別是平台傾斜後浮心的豎坐標和橫坐標，
。 平台的傾覆力矩對於不同種類的平台所考慮的因素是不同的。對於混凝土重力式平台，其傾覆力矩主要考慮在拖航時由風力作用產生的風側力矩。對於半潛式平台，在整個使用期間都是作為浮體漂浮在水面上，因此計算傾覆力矩時除了考慮風力外還要考慮到直升機升降時對平台本體引起的傾覆力矩。繪製靜穩性曲線時，應考慮自由液面的影響加以修正。驗算時，要求平台在浸水點或第二交點之內的復原力矩曲線下的面積比傾覆力矩曲線下相應的面積大30～40％，即面積A+B≥(1.3～1.4)(B+C)，且復原力矩消失角(復原力矩等於零時的傾斜角值)大於 36°。半潛式平台除了進行靜穩性計算外,還要考慮動穩性,其動穩性往往由風洞試驗的結果來確定。 
海洋平台穩性
海洋平台穩性坐底穩性 平台坐落到地基上以後的穩性。對於混凝土重力式平台它包括抗滑移穩性和抗傾覆穩性，對於樁基平台主要是樁的抗拔力。
抗滑移穩性 當地基的剪下應力超過土壤的抗剪強度時，平台可能沿地基土壤的某一個面發生滑移破壞。平台抵抗這種滑移破壞的能力稱為抗滑移穩性。目前通常按照美國石油協會(API)的規範和挪威船級社(DNV)的規範計算混凝土重力式平台的抗滑移穩性。
抗傾覆穩性 作用於平台上的水平力產生傾覆力矩，而基底以上的豎向合力則產生抗傾覆力矩。當傾覆力矩大於抗傾覆力矩時，結構便發生傾覆而倒塌。
在一般情況下，結構的抗傾覆力矩很大，基礎承載力或滑移的破壞往往在傾覆之前先發生，故傾覆破壞通常不是控制性的。但對於水平力很大而豎向力和基底尺寸比較小的結構，則必須驗算其抗傾覆穩性。一般要求抗傾覆安全係數（抗傾覆力矩與傾覆力矩之比值）不小於2。
抗拔力 樁基平台在受到外荷載作用時，某些樁中可能出現較大的拔力。為了保證樁基平台的穩性，拔力應小於樁的容許抗拔力。確定樁的容許抗拔力的可靠辦法是在工程現場進行拔樁試驗。當進行拔樁試驗有困難時，可採用經驗公式進行估算，即容許抗拔力等於樁身周圍總的摩擦力除以安全係數。
參考書目
DnV，Rules for the Desiɡn Construction andInspection of Offshore Structures, DnV HeadOffice，Hovik，Norway，1980.
