海洋平台基础知识-海洋仪器网资料库

海洋平台基础知识系列　０．　海洋工程是什么？（名词解释）　Ｏｃｅａｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　海洋工程，从地理的角度来说，可分为海岸工程、近岸工程（又称离岸工程）和深海工程三大类。一般来说，位于波浪破碎带一线的工程，为海岸工程；位于大陆架范围内的工程，为近岸工程；位于大陆架以外的工程，为深海工程，但是在通常情况下，这三者之间又有所重叠。从结构角度来说，海洋工程又可分为固定式建筑物和系留式设施两大类。固定式建筑物是用桩或者是靠自身重量固定在海底，或是直接坐落在海底；系留式设施是用锚和索链将浮式结构系留在海面上。它们有的露出水面，有的半露在水中，有的置于海底，还有一种水面移动式结构装置或是大型平台，可以随着作业的需要在海面上自由移动。　海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电（光）缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程。　１：　海洋平台的类型：　海洋平台：（１）移动式平台：　坐底式平台　自升式平台　钻井船　半潜式平台　张力腿式平台　牵索塔式平台　（２）固定式平台：导管架式平台　重力式平台固定平台又可以分为桩式海上固定平台、重力式海上固定平台、自升式海上固定平台　导管架型平台：在软土地基上应用较多的一种桩基平台。由上部结构（即平台甲板）和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成。甲板上布置成套钻采装置及辅助工具、动力装置、泥浆循环净化设备、人员的工作、生活设施和直升飞机升降台等。平台甲板的尺寸由使用工艺确定。基础结构（即下部结构）包括导管架和桩。桩支承全部荷载并固定平台位置。桩数、长度和桩径由海底地质条件及荷载决定。导管架立柱的直径取决于桩径，其水平支撑的层数根据立柱长细比的要求而定。在冰块飘流的海区，应尽量在水线区域（潮差段）减少或不设支撑，以免冰块堆积。对深海平台，还需进行结构动力分析。结构应有足够的刚度以防止严重振动，保证安全操作。并应考虑防腐蚀及防海生物附着等问题。导管架焊接管结点的设计是一个重要问题，有些平台的失事，常由于管结点的破坏而引起。管结点是一个空间结点，应力分布复杂；近年应用谱分析技术分析管结点的应力，取得较好的结果。　混凝土重力式平台的底部通常是一个巨大的混凝土基础（沉箱），用三个或四个空心的混凝土立柱支撑着甲板结构，在平台底部的巨大基础中被分隔为许多圆筒型的贮油舱和压载舱，这种平台的重量可达数十万吨，正是依靠自身的巨大重量，平台直接置于海底。现在已有大约２０座混凝土重力式平台用于北海　钻井船是浮船式钻井平台，它通常是在机动船或驳船上布置钻井设备。平台是靠锚泊或动力定位系统定位。按其推进能力，分为自航式、非自航式；按船型分，有端部钻井、舷侧钻井、船中钻井和双体船钻井；按定位分，有一般锚泊式、中央转盘锚泊式和动力定位式。浮船式钻井装置船身浮于海面，易受波浪影口向，但是它可以用现有的船只进行改装，因而能以最快的速度投入使用。适用于深海钻井的主要是两种浮式钻
                               井装置——半潜式钻井平台和钻井船。牵索塔式钻井平台得名于它支撑平台的结构如一桁架式的塔，该塔用对称布置的缆索将塔保持正浮状态。在平台上可进行通常的钻井与生产作业。原油一般是通过管线运输，在深水中可用近海装油设施进行输送。埃克逊技术公司曾为欧洲北海３５０ｍ水深的环境设计牵索塔，该塔具有面积为３６．５ｍ２的四方形剖面的塔式结构，整个长度的剖面都一样，其一端承载平台设备，另一端停放在称为桩腿筒的竖向承载基础上，有１６根桩腿，另有１０．８ｃｍ的钢缆２４根作为导引索系统，每根钢缆通过旋转接头直到海底，分别与１６５ｔ重的水泥块和１．４ｍ长的桩连接拉紧。桩的分布半径约有１０００ｍ，油井导管穿过桩腿筒，整个系统可容纳３０个油井导管。塔是顺应式的，能随波浪力的响应稍微移动，其系泊系统能对塔提供足够的复原力，使它始终保持垂直状态。设计时允许塔的倾斜度在２度以内。张力腿式钻井平台也是采用锚泊定位的，但与——般半潜式平台不同。其所用锚索绷紧成直线，不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切的，而是几乎垂直的。用的是桩锚（即打入水底的桩为锚）或重力式锚（重块）等，不是一般容易起放的抓锚。张力腿式平台的重力小于浮力，所相差的力量可依靠锚索向下的拉力来补偿，而且此拉力应大于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的拉力，起着绷紧平台的作用。张力腿式平台自１９５４年提出设想以来，迄今已有４０年的历史。　Ｓｐａｒ平台主要由四个系统组成［２］：顶部模块、壳体、系泊系统和立管（生产、钻探、输油等）。顶部模块是一个多层桁架结构，它可以用来进行钻探、油井维修、产品处理或其它组合作业。用来支撑钻探设备和生产设备的生产钻探甲板及中间甲板与固定平台的甲板很接近，井口布置在中部。传统Ｓｐａｒ的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构。水线以下部分为密封空心体，以提供浮力，称为浮力舱，舱底部一般装压载水或用以储油（柱内可储油也成为Ｓｐａｒ的显著优点），中部由锚链呈悬链线状锚泊于海底。　２：　海洋平台的焊接：　大型海洋石油钢结构的重量、结构和体积随着海洋石油开发的水深不断加大，海洋结构不断加重，结构物体积和使用的钢板厚度也不断加大。而随着钢材价格的上升和海洋结构、海上安装能力的要求，高强度钢的应用也在大面积采用，这样一来就可以减少用钢量。小型海洋结构采用的材料多为３５５ＭＰａ甚至强度级别更低的材料，大型海洋平台结构４２０ＭＰａ钢材的采用比例正在不断增加。另外，随着钢板厚度的增加，带来了大量焊后热处理的工作量。例如，海洋平台导管架的一道９５ｍｍ、φ３７５０ｍｍ的环焊缝，采用双面坡口（内坡口深度１／３，外坡口深度２／３），焊缝金属重量近２７１ｋｇ，所以采用高效的焊接技术、设备、工艺和高性能的焊接材料（免除焊后退火处理）是必然的趋势。解决上述问题，可以从两个方面入手：一是采用高效的埋弧焊，即波形控制技术的双丝埋弧焊系统（美国林肯的产品）；另一方面采用高强度、高韧性的焊接材料，通过ＣＴＯＤ　试验评价焊缝的韧性，取消焊后退火，从而缩短海洋结构的建造周期。　３：　海洋平台的腐蚀规律　海洋平台是海上采油的重要设施。海洋平台造价昂贵，日常维护困难，为保证平台的安全可采用金属镀层、有机涂层和电化学方法。由于海洋环境的影响，平台用钢具有特定的腐蚀规律和适宜的防腐蚀保护措施ｌｊ］。海洋平台的腐蚀规律：海洋平台的使用环境极其苛刻，日照、海风、波浪冲击、复杂的海水体系、昼夜和季节温度变化及海生物侵蚀等使海洋
5 R- w7 Y2 y( {- {3 H0 H                               平台腐蚀速率较快，因此对防腐蚀保护体系的要求也高。平台按照腐蚀规律可大致分为大气区、潮差飞溅区、水下全浸区、海泥区。根据不同的腐蚀规律和防腐要求采取不同的防腐蚀方案。　１．１　大气区平台结构在海面飞溅带以上的部分结构较复杂，受日光、风雨、冰雪和高浓度盐雾等作用，腐蚀速率较快，一般阴面比阳面腐蚀更严重，距海水近的下部比上部腐蚀严重。若海洋大气中含有ＳＯ　，腐蚀速率会进一步增加。如渤海海上平台在海洋大气区的实测腐蚀速率超过０．１ｍｍ／ａ，对平台结构安全造成威胁。故平台在海洋大气区采用有机涂层保护，要求涂层具有优异的耐大气老化和盐沉积性能，应用于甲板、直升机平台等部位应具有良好的耐冲击、耐磨及防滑性能。　１．２　潮差飞溅区海洋平台处于涨潮和落潮及海水飞溅达到的部分是海洋平台腐蚀最严重的部分。受到阳光照射、浪花飞溅和冲击、涨潮和落潮时干湿交替、海面漂浮物的撞击和侵蚀、海水电解质腐蚀以及石油化学品污染等环境影响。如渤海海上平台，在飞溅区的实测腐蚀速率为０．４５ｍｍ／ａ，并有很多深度２ｍｍ以上的蚀坑，这种较大的损失量必将对平台力学性能产生巨大影响。由于平台在潮差飞溅区的环境特点，一般采用有机涂层和电化学保护相结合的方法进行保护。所选防腐蚀涂料，要求具有耐候性、耐磨损、耐冲击、耐化学腐蚀、耐干湿交替等性能，并需要厚涂。　１．３　水下全浸区海洋平台处于低潮水位下的部分。水下全浸区处于复杂的海水电解质环境中，表层海水的水温高、氧气近于饱和、生物活性强、有石油泄漏污染，是水下区腐蚀最强的部分。表层以下部分氧气含量较少，植物性和动物性污染较少，但水温低，压力大，腐蚀相对较轻，腐蚀一般由海水电解质的腐蚀造成。平台在海水全浸区的腐蚀速率一般为０．１～Ｏ．２ｍｍ／ａ，而且容易发生严重的局部腐蚀和疲劳腐蚀。对于半潜式平台，对负重有一定要求，最好使用涂层和电化学保护相结合的方法，能够在正常使用情况下减轻牺牲阳极的重量。要求涂层具有良好的耐海水性和耐电位性能。　１．４　海泥区固定式海洋平台，在海泥区中，粘土和细粉沙软泥会含有厌氧硫酸菌而加速腐蚀；而海砂中微生物含量较少，钢材腐蚀速率相对低。对于浅海区域，由于陆地污染物的排人，使腐蚀变得复杂，一般会加速腐蚀。对于浅海中埋在海底部分的桩腿和海管，由于氧浓差电池作用，将加快腐蚀埋在海泥中的钢结构；而位于深海区，钢由于氧气供应不足而易极化，腐蚀速率较低。海泥区一般采用电化学防腐保护。　４．　海洋平台的防腐涂装方案　锌加应用在海洋钻井平台防腐涂装方案　一．　海洋钻井平台采用的有机涂料防腐方法海上钻井平台涂料，在品种与长效船舶涂料有很多类似之处，海洋平台涂料保护的具体要求是：涂料与钢材表面及各道涂料之间有良好附着力，老化性能好，耐盐雾性能好，耐海水性能好，能形成适当弹性的涂层，满意的表面处理、油漆涂装和固化条件，以及能与阴极保护配套使用等。又海洋平台涂装面积大，一般海洋钻井平台在１０００００平方米以上，而且从维修的观点，要求涂料使用周期越长越好。涂装配套根据腐蚀部位海洋钻井平台可分三个部位：大气区、飞溅区和全浸区。　１．　海洋平台大气区的涂料保护大气区是平台腐蚀较轻微的部位，比其他部位维修方便些，但比船舶与岸边的结构还是困难得多。所选用的涂料品种亦采用高性能的。一般的涂装配套是：　道数　涂层　干膜厚度涂层结构　１　无机锌底漆　７５μｍ　２　冷固化环氧中间漆　２００μｍ　２　丙烯酸聚氨酯面漆　
                               ６０μｍ　合计　５　３３５μｍ　２．　海洋平台飞溅区的涂料保护飞溅区是海洋平台结构腐蚀最严重的区域，它经受海洋大气与海水浸渍的交替作用，海浪与冰块的冲击，锚链和水面飘浮物体的磨损，以及其它工作辅助船停靠的碰撞与摩擦。而且飞溅区在维修时表面处理进行喷砂与涂装非常困难，因此平台飞溅区的涂装设计必须考虑今后维修与涂装的方便，并适当地对钢材厚度增放一定的腐蚀余量，必须采用高性能涂料。一般的涂装配套是：　道数　涂层　干膜厚度涂层结构　１　无机锌硅酸盐底漆　７５μｍ　４　厚浆型环氧沥青涂料　５００μｍ　合计　５　５７５μｍ　３．　海洋平台全浸区的涂料保护海洋平台全浸区的腐蚀速度比大气区严重，但比飞溅区要轻得多。海洋平台全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护，而很少单独采用涂料保护，原因是目前防锈、防污涂料使用期限最长为５－８年左右，不可能成为海洋平台永久性的保护涂层。一般涂装配套（外加牺牲阳极保护）是：　道数　涂层　干膜厚度涂层结构　１　无机锌底漆　７０μｍ　２　氯化橡胶防锈底漆　１００μｍ　２　防污漆　２００μｍ　合计　５　３７０μｍ　二．　海洋钻井平台采用的锌加防腐方法海洋钻井平台是海洋设施中既庞大又复杂的钢铁结构物，造价很大。一般平台要求使用期限为３０－５０年，并且又处于海洋恶劣环境，而且固定式平台不能象船舶一样进坞修理。因此防止海上钻井平台的腐蚀，对平台的使用与安全是一件十分重要的任务。目前海洋钻井平台钢结构常用的防腐方法是采用有机涂料配套系统（在全浸区一般采用阴极保护或涂料与阴极保护的联合保护），采用有机涂料配套系统虽然价格便宜但不能为海洋钻井平台钢结构提供长期防腐效果，同时将来维修困难，为了延长海洋钻井平台使用期限向业主和设计院推荐一种比利时ＺＩＮＧＡＭＥＴＡＬＬ公司生产的特殊镀锌系统产品——锌加镀锌系统。它具有以下优点：　１．锌加镀层具有优异的防腐性能锌加镀锌涂层干膜中含９６％以上纯锌，产品中锌粉纯度高达９９．９９５％以上。根据英国ＢＮＦ材料实验室认证：６０ｍｍ锌加镀锌涂层在恶劣海洋大气环境下保护钢板１２年以上不腐蚀，而在一般郊区大气环境下至少２０年以上不腐蚀。锌加镀锌涂层不仅象热浸锌、热喷锌（铝）一样具有阴极保护作用。经国内外大量工程业绩证明，锌加镀锌涂层的防腐性能十分优异。比利时
ＺＩＮＧＡＭＥＴＡＬＬ公司花费２００万美元对全球锌加产品用户做了国际投保。按锌加有关规定进行施工，锌加涂层干膜厚度达到４０ｍｍ以上可提供至少１０年国际保险。　２．锌加对表面处理要求较低锌加应用在具有热浸锌和旧漆膜钢结构表面进行防腐涂装维修时，可采用人工打磨方法，去除特旧漆膜和严重的锈斑，人工打磨至ＧＢ８９２３－８８标准Ｓｔ２－３级，允许保留１０％以下的轻度锈蚀面积。这是一般涂料和其他防腐方法所做不到的。用锌加对旧的热浸锌进行维修时，只需对严重锈蚀和锌层脱落部位进行人工打磨处理，这样可以保留大部分的镀锌层。在镀锌层表面涂装锌加即可。　３．锌加喷涂时无环境温度和相对湿度限制，涂装后二小时的锌加镀层亦不会被雨水冲刷掉。　４．施工方便锌加为单组分包装。不需要混合可直接使用，可采用刷涂、滚涂、浸涂，亦可采用空气喷涂和无气喷涂。锌加涂装可在车间涂装也可在现场涂装。不受场地限制。锌加干燥迅速，一般触干时间为５－１０分钟。锌加产品的保质期不限可长期保存。　５．有利于环境保护锌加产品中不含甲苯、二甲苯、甲乙酮等有机溶剂，因此使用锌加安全、环保卫生。锌加涂层无毒无害，符合ＢＳ英国标准，甚至可以直接与饮用水接触。　
" V# O" s6 `; @, X! I                               ６．有利于将来维修，大大节省费用当再次维修时，无需去除原有的锌加涂层，只需去除浮锈清洁干净后可涂装新的锌加涂层，新的锌加涂层会与旧的锌加涂层融合在一起形成一层，这就使得在任何时候业主都可以用最低的费用来进行维护修补。三．海洋平台使用锌加的涂装配套方案　１．　海洋平台大气区　道数　涂层　干膜厚度涂层结构　２　锌加　６０μｍ　１　环氧中间漆　１００μｍ　２　丙烯酸聚氨酯面漆　６０μｍ　合计　５　２２０μｍ　２．　海洋平台飞溅区　道数　涂层　干膜厚度涂层结构　２　锌加　８０μｍ　２　厚浆型环氧沥青涂料　２５０μｍ　合计　４　３３０μｍ　３．　海洋平台全浸区　道数　涂层　干膜厚度涂层结构　２　锌加　６０μｍ　２　氯化橡胶防锈底漆　１００μｍ　２　防污漆　２００μｍ　合计　６　３６０μｍ　备注：此方案需要外加牺牲阳极保护四．锌加防腐寿命测算（锌加６０ｍｍ）　１．　锌加阴极保护作用　公式　ｎ＝（Ｇ／ｇ）×ｋ　其中　ｎ：耐用年数　Ｇ：锌层总附着量，其中１ｍｍ锌层涂布量约为７．２ｇ／ｍ２　ｇ：年腐蚀量根据
ＩＳＯ１２９４４标准，一般在海洋环境下钢结构锌层年腐蚀量为３０ｇ／ｍ２；　ｋ：折减系数，一般锌加以０．８计　７．２　
# r2 ^; Y$ m& b, L( t& }4 Pｇ／ｍ２×（６０×９６％）×０．８　ｎ＝　＝１１年　３０ｇ／ｍ２　２．环氧云铁中间漆、丙烯酸聚氨酯面漆的屏障保护作用：　５年　３．　总防腐年限＝（锌加防腐年限Ａ＋面漆防腐年限Ｂ）×２．０　＝（１１＋５）×２．０＝３２年　备注：此防腐寿命测算仅供参考五．锌加应用在海洋钻井平台的工程实例锌加在国外已应用多哥海上采矿平台，这两座大型海上采矿平台离岸１．６公里，每座重达３２５吨，建成２年后传送带及平台已严重锈蚀。１９９０年１月用锌加进行修复涂装，工程耗时１５个月，计２４５，０００工时，共用锌加２３０吨。该工程至今已历时近十年，未发现任何锈蚀（参见附件）。锌加在国内已应用在深圳蛇口海上钻井平台和东海平湖油田海上钻井平台的局部维修，此钢结构原来采用常规涂料进行防腐涂装，由于处于海洋恶劣环境，所以腐蚀非常严重，经过３年后就出现了局部腐蚀，同时一些地方已脱落，业主综合考虑后决定采用锌加进行局部维修，工程分别于２０００年１０月和２０００年底完工，至今未发现锈蚀，用户觉得十分满意。四．锌加与传统有机涂料的经济比较传统的防腐技术是在防护的钢结构表面涂装有机涂料，其只是提供一层屏障式保护易被破坏和出现剥落现象，所以其保护年限很短一般３－５年，因此虽然一次性投资较少但是其综合计价较高。如果采用新型的防腐技术产品－锌加镀锌涂层系统，其具有很强的阴极保护作用和可以作为良好的底层，所以其保护年限较长至少２５－３０年。这样可以给客户带来良好的综合经济效益。具体经济效益比较表如下：表１　防护方法　费用　锌加＋面涂涂层系统　有机涂料系统　备注表面处理费用（元／ｍ２　）　３０　３５　一般采用有机涂料系统时表面处理费用较高材料费用（元／ｍ２　）　８０　３０－５０　国产涂料为３０元／ｍ２进口涂料为５０元／ｍ２　保护年限（年）　２５－３０　３－５　一次性投资（元／ｍ２）　１１０　６５－８５　综合计价（元／ｍ２　？年）　１１　２６－１７　综合计价按一次性投资与头１０年保护年限计算综合计价降低值（提高值）（元／ｍ２　）　６－
5 `5 E6 ~3 D4 @: u8 e# u2 |１５（降低值）　６－１５（增加值）　现作说明如下：（１）　这里有机涂料涂装采用国产涂料保护期设为３年，采用进口涂料保护期设为５年。涂装有机涂料保护期到后需停工再次施工所造成的损失，按一次性投资加倍计算，是偏于保守考虑。因为这里未考虑停工维修所造成的损失。（２）　综合计价的计算式　一次性投资额×维修次数＋（一次性投资额）　综合计价＝　保护年限（１０年）　注：采用锌加镀锌涂层系统１０年保护期内维修次数为
$ ]5 }1 x, Y6 w8 J3 l                               零，采用国产涂料　１０年保护期内维修次数为３次，采用进口涂料１０年保护期内维修次　数为２次。　根据经济效益比较表可以得出以下结论：　１．　采用锌加＋面涂涂层系统与锌加镀锌涂层系统时表面处理要求较低，所以需要表面处理费用比采用有机涂料低１４％左右。　２．　采用锌加＋面涂涂层系统的一次性投资额虽然略高于采用国产涂料和采用进口　涂料的一次性投资额，但是其综合计价远远低于采用国产涂料和采用进口涂　料的综合计价，在头十年使用期要降低６－１５元／ｍ２，１０年后费用节省更多。　３．　综上所述，采用采用锌加＋面涂涂层系统进行防腐涂装的一次性投资额是可行的，同时可以给客户带来良好的综合经济效益。　４．　此经济效益比较分析便于保守，采用锌加＋面涂涂层系统与锌加镀锌涂层系统的一般保护年限可以达到３０年以上。　５．　海洋平台的稳性　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｏｆｆｓｈｏｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　海洋平台在拖航、下沉或使用过程中抗倾覆和抗滑移的能力。主要包括漂浮稳性和坐底稳性。　漂浮稳性　平台受到外力和风、浪的作用而倾斜，当外力消除以后平台复位的能力。根据平台在拖航和使用过程中是否有破仓，漂浮稳性又分为整体稳性和破仓稳性。根据平台产生的倾角大小不同，其整体稳性的计算分为小倾角稳性计算（即初稳性计算）和大倾角稳性计算。这种计算与浮心、稳心、初稳心、稳心半径、复原力矩有关。　浮心　浮体排水体的形心，是浮性的主要参数。浮性是在规定的荷载下平台漂浮在水面的能力。浮体在水中所受到的静水压力的竖向分量称为浮力（），浮力的大小与浮体排水的重量相等。当浮体的重力与浮力大小相等、方向相反且作用于同一竖向线上时，浮体能平衡地漂浮在静水面上。此时浮体相对于静水面的位置称为浮态。浮态分为四种：①正浮状态（图１ａ［浮态］）。浮体的纵轴　和横轴　都平行于水面；这种浮态只用一个参数（吃水）表示。②横倾状态（图１ｂ［浮态］）。纵轴平行于水平面，横轴　与水平面成角度（称横倾角）浮心　位置因水下体积变化而移动；这种浮态要用　和两个参数表示。③纵倾状态（图１ｃ［浮态］）。横轴　平行于水面，纵轴与水平面成角度（称纵倾角），这种浮态要用　和　两个参数表
示。④一般状态（图１ｄ［浮态］）。横轴和纵轴都不平行于水平面，这种浮态要用、和三个参数表示。 稳心　作用于浮心和作用于与无穷接近的浮心＋ｄ的两浮力作用线交点，称为与浮心相对应浮态下的稳心（图２［稳心和稳心半径］）。　为相应于浮体正浮于水线００时的浮心。　为相应于浮体倾斜而浮于水线时的浮心。　＋ｄ为相应于浮体再作微量倾斜而浮于线＋ｄ＋ｄ时的浮心；为稳心。　初稳心　正浮态稳心初横稳心是浮体自正浮态位置横倾一无穷小角度ｄ时的稳心其竖坐标＝＋／０，式中为正浮态的浮心竖坐标；为正浮态水线面面积对纵轴的惯性矩。０为正浮状态排水体积。初纵稳心是浮体自初始正浮态位置纵倾一无穷小角度ｄ时的稳心。其竖坐标＝＋／０，式中为正浮态水线面面积对过其面积形心且与横轴平行的轴的惯性矩。　稳心半径　稳心与浮心之间的距离。初横稳心到浮心之间的距离称为初横稳心半径＝／０；初纵稳心到浮心之间的距离称为初纵稳心半径＝／０。 复原力矩　平台在外力作用下倾斜一个微小角度时，浮心自纵向中间剖面移向入水一弦，而其重心位置通常保持不变。于是大小相等方向相反的重力和浮力作用线产生偏离，形成力偶，当力偶促使浮体回复到原平衡位置时，此力偶称为复原力矩。当力偶促使平台进一步倾斜时，则称它为负复原力矩。　小倾角稳性计算　当浮体的倾角小于１０～
                               １５时用小倾角稳性计算。通常假定浮心曲线（浮心轨迹）是以初稳心为圆心，初稳心半径为半径的一段圆弧。因此在各种倾角下浮力作用都通过一固定稳心。此时复原力矩＝（－）ｓｉｎ　ｄ≈（ｒ－）ｄ，式中为浮力；在正浮态的重心到浮心的距离；－＝为稳心高度，它表示初稳心在重心之上的高度（当初稳心在重心之下时为负值）。理论上，当初稳心高度的最小值［４－０２］小于零时浮体为不稳定，当［４－０２］大于零时浮体是稳定的。但因海上自然条件十分复杂，同时理论计算中必然有很多不确定因素无法准确决定。所以设计时往往要求浮体的最小初稳心高度大于某一数值。如半潜式平台［４－０２］应大于０．１５米，欧洲北海油田的混凝土重力式平台要求［４－０２］大于０．１米虽然稳心高度愈高则复原力矩愈大，因而平台的初稳性愈大，但也不宜太高，否则遇到风浪时浮体将剧烈摇摆。如果［４－０２］小于规定的数值则认为该浮体的初稳性不够，必须采取措施，如在浮体上加载以降低其重心或采用辅助浮筒等临时措施以加大水线面处的惯性矩等。　大倾角的稳性计算　浮体在外海拖运或工作时，由于受风、浪等自然环境外力的作用倾斜角可能大于１０～１５（图３［ｕｒｌ＝］［大倾角稳性计算简图］［／ｕｒｌ］）。此时仅用小倾角计算将出现较大的误差，必须进行大倾角的稳性计算。计算时一般仅按其静稳性考虑。即假定外力是逐渐加到浮体上，浮体缓慢倾斜，其角速度为零，并通过平台在各种荷载情况下倾角与复原力矩和风侧力矩的关系──平台静稳性曲线来研究。其绘制方法：从平台的正浮位置（＝０）开始，到平台完全倾覆（＝９０）为止，等分成若干个倾角位置，如每隔１０为一个位置分别计算出各倾斜位置的倾覆力矩和复原力矩，将各点用线连接，即构成平台的静稳性曲线（图４［ｕｒｌ＝］［平台静稳性曲线、两条力矩曲］［／ｕｒｌ］、两条力矩曲＂　ｃｌａｓｓ＝ｉｍａｇｅ＞［ｕｒｌ＝］［线到浸水点垂线或第二交点垂线（按具体情［／ｕｒｌ］　况而定）的面积］　）。其复原力矩＝［ｃｏｓ＋（－）ｓｉｎ－ｓｉｎ］，式中　和　分别是平台倾斜后浮心的竖坐标和横坐标，［ｕｒｌ＝］［２２９－１］［／ｕｒｌ］。平台的倾覆力矩对于不同种类的平台所考虑的因素是不同的。对于混凝土重力式平台，其倾覆力矩主要考虑在拖航时由风力作用产生的风侧力矩。对于半潜式平台，在整个使用期间都是作为浮体漂浮在水面上，因此计算倾覆力矩时除了考虑风力外还要考虑到直升机升降时对平台本体引起的倾覆力矩。绘制静稳性曲线时，应考虑自由液面的影响加以修正。验算时，要求平台在浸水点或第二交点之内的复原力矩曲线下的面积比倾覆力矩曲线下相应的面积大３０～４０％，即面积＋≥（１．３～１．４）（＋），且复原力矩消失角（复原力矩等于零时的倾斜角值）大于　３６。半潜式平台除了进行静稳性计算外，还要考虑动稳性，其动稳性往往由风洞试验的结果来确定。　［ｕｒｌ＝］破仓稳性［／ｕｒｌ］　平台在一仓或数仓进水后保持不沉不翻的能力。其计算方法有两种：①增加重量法，把进入破仓内的水看成是增加的荷载；②损失浮力法，破仓后的进水区域的浮力已经损失，损失的浮力借增加吃水来补偿。其复原力矩、横倾及纵倾角度都可以根据初稳心公式得到。以上两种计算方法的结果是相同的。　［ｕｒｌ＝］坐底稳性［／ｕｒｌ］　平台坐落到地基上以后的稳性。对于混凝土重力式平台它包括抗滑移稳性和抗倾覆稳性，对于桩基平台主要是桩的抗拔力。　［ｕｒｌ＝］抗滑移稳性［／ｕｒｌ］　当地基的剪切应力超过土壤的抗剪强度时，平台可能沿地基土壤的某一个面发生滑移破坏。平台抵抗这种滑移破坏的能力称为抗滑移稳性。目前通常按照美国石油协会（ＡＰＩ）的规范和挪威船级社（ＤＮＶ）的
" x* C) s& j, }! s+ N2 e                               规范计算混凝土重力式平台的抗滑移稳性。　［ｕｒｌ＝］抗倾覆稳性［／ｕｒｌ］　作用于平台上的水平力产生倾覆力矩，而基底以上的竖向合力则产生抗倾覆力矩。当倾覆力矩大于抗倾覆力矩时，结构便发生倾覆而倒塌。　在一般情况下，结构的抗倾覆力矩很大，基础承载力或滑移的破坏往往在倾覆之前先发生，故倾覆破坏通常不是控制性的。但对于水平力很大而竖向力和基底尺寸比较小的结构，则必须验算其抗倾覆稳性。一般要求抗倾覆安全系数（抗倾覆力矩与倾覆力矩之比值）不小于２。　［ｕｒｌ＝］抗拔力［／ｕｒｌ］　桩基平台在受到外荷载作用时，某些桩中可能出现较大的拔力。为了保证桩基平台的稳性，拔力应小于桩的容许抗拔力。确定桩的容许抗拔力的可靠办法是在工程现场进行拔桩试验。当进行拔桩试验有困难时，可采用经验公式进行估算，即容许抗拔力等于桩身周围总的摩擦力除以安全系数。