海洋平台是海洋油气开发重要的支撑装备,随着科技的发展,海洋石油开发逐渐从早期的浅海走向更深海域,同时海洋平台结构的设计也越来越大型化、复杂化。在恶劣的海洋环境荷载的作用下,现有平台结构设计的缺陷等问题凸显,曾经发生过多次重大的事故。针对在这种恶劣海洋环境荷载作用下海洋平台结构的设计问题,现有的理论分析、模型试验以及数值模拟等方法的局限性日渐凸显。如何设计更加合理的海洋平台结构来适应恶劣的海洋环境、保证平台的在位安全生产等问题成为世界各国海洋工程发展的核心问题。以在役的海洋平台结构为载体,在现场建立原型结构的测量、监测或实验基地,可以获取最为真实和完备的结构所受环境荷载及响应信息。这些实测数据可以为保障现役平台安全,分析结构载荷及响应特点以及新平台设计等工作提供重要参考。因此这些基于原型结构的相关研究可以极大促进海洋工程结构的发展,受到了世界各国学者的广泛关注。本文在已有海洋平台原型测量及监测工作的基础上,提出了原型实验的概念。即在服役中的海洋平台结构上建立现场实验室,对真实的海洋环境荷载、平台结构响应等信息进行现场测量及监测,并将真实的海洋平台结构“当成”室内实验的模型结构,通过对现场实验数据的分析与提取,获取类似室内实验的实验载荷(真实的环境载荷)及实验响应(平台响应)。最终通过对原型实验的分析,对平台结构的设计进行验证,为新结构设计提供原型实验数据。本文首先针对导管架平台的冰荷载问题进行了现场原型实验研究,并将基于原型实验建立的冰荷载模型及冰振分析方法用于新建平台的抗冰数值分析,保障了新平的抗冰性能,此部分内容详见本文第二章。其次针对软刚臂系泊的FPSO以及南海半潜式平台开展了浮式平台结构的现场原型实验研究,针对现场的海洋环境要素、浮体姿态要素以及结构响应要素进行了原型实验设计及实施,通过对现场实验数据进行整理与分析,掌握了浅海与深海的海洋环境荷载特性,并基于原型实验数据对两类结构的设计进行了评价,此部分内容详见本文的第三章。最后针对深水立管系统无法进行现场原型实验的问题,提出室内原型实验的方法。通过对立管系统所受真实荷载进行简化研究,建立了大吨位的立管系统拉弯组合疲劳实验系统,实现了在实验室对原型立管系统进行拉弯组合疲劳模拟,为深水立管结构的研究提供了新的途径,此部分工作详见本文的第四章。