余倩 李文豪 杨高胜 陈丹东 谢梦琪

摘 要：深海采矿布放回收作业的负载大、重复性高、作业速度快、易受波浪和风力影响，可能造成钢结构塔架和底座平台的失稳。根据其工作特点，选取钢结构塔架和底座平台的三个典型截面，参照GB50017-2003《钢结构设计规范》，分别进行整体稳定性理论折算计算、特征值（线性）屈曲和非线性屈曲有限元分析。结果表明，钢结构塔架和底座平台的整体结构稳定性较好，不会发生整体失稳。计算分析得到的临界屈曲载荷值/屈曲极限载荷值可为深海采矿的钢结构塔架和底座平台的结构设计和载荷选取提供技术借鉴和工程经验。

关键词：深海采矿;钢结构塔架;底座平台;稳定性;屈曲分析

中图分类号： TD98  文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2021）01-0056-06

收稿日期：2020-10-23

基金项目：国家重点研发计划资助项目（2016YFC0304100）

作者简介：余倩（1983-），女，湖北武汉人，高级工程师，硕士，研究方向：机械设计制造、船舶结构设计与优化。

Stability Analysis of Steel Structure Tower and  Base Platform for Deep-sea Mining

YU Qian1，2，LI Wenhao1，2，YANG Guaosheng1，2，CHEN Dandong1， XIE Mengqi1

（1. Ship Engineering Department， China Ship Development and Design Center， Wuhan Hubei 430064， China; 2. System Engineering Department， Wuhan Ship Development Design Institute， Wuhan Hubei 430064， China）

Abstract：The layout and recovery operation of deep-sea mining has characteristics of large load， high repeatability and fast operation speed， easy to be affected by wave and wind， which may cause instability of steel structure tower and base platform. Based on the national standard GB50017-2003 "Code for design of steel structures"， the overall stability theory conversion calculation， eigenvalue （linear） buckling and nonlinear buckling finite element analysis were performed on the three typical sections of the steel structure tower and the base platform selected according to the working characteristics . The results show that the overall structural stability of the steel structure tower and base platform is good. The critical buckling load value/buckling limit load value obtained by calculation and analysis will provide technical reference and engineering experience for the structural design and load selection of steel structure tower and base platform in deep-sea mining.

Key words：deep-sea mining; steel structure tower; base platform; stability; buckling analysis

自20世紀60年代以来，世界各国相继进行了深海矿产资源开采装备的研究[1]，我国在“十三五”期间立项国家重点研发计划“深海多金属结核采矿试验工程”，该项目计划研制一套3 500m水深的深海采矿试验系统并完成不小于1 000m水深的海上整体联动试验[2]。钢结构塔架及底座平台是水面支持系统的重要组成部分[3]，其主体结构如图1所示。布放回收过程负载大、重复性高、作业速度快、易受波浪和风力影响[4]，塔架和底座平台在承载和作业时可能发生结构不稳定的现象，因此，对整体结构稳定性进行分析具有重要的实际意义和理论价值[5]。……