在全球面临能源危机的今天，我国海上油田中存在大量的边际油田急待开发，而传统的钢导管架平台根本无法满足这些油田的开采要求，因此研制新型的多功能移动式采油设施势在必行。小型单罐、五腿柱的轻质高强预应力砼平台正是为了填补这项空白而设计的。 本文针对“轻质高强预应力混凝土平台的研究”这一课题，从罐体结构型式的确定，混凝土基本材料及外加剂的选配，模型的设计制作，到模型结构在各种外荷载及温度荷载作用下的受力性能试验研究及罐体结构的有限元分析，展开了如下几个方面的研究： 1．通过对我国渤海地区特有的环境条件和地质条件的分析，根据国内外现有的混凝土平台类型，确定出了适合开采我国渤海地区滩海油田的混凝土平台结构型式。设计制作了比例系数为1：5的罐体结构模型；通过对影响平台罐体受力状态的各主要物理量的量纲分析，确定了模型与原型结构的相似性；并进行了模型试验。 2．针对采油平台海上施工的特点，讨论了近海混凝土采油平台对混凝土的强度、耐久性和可建造性方面的各项要求。分析了作为轻骨料的粉煤灰陶粒的化学、矿物成分和物理力学性能以及用它作为粗骨料配制出的轻质混凝土的各项特性；研究了掺入硅灰和减水剂等外加剂对混凝土的强度、耐久性和新拌混凝土可工作性的影响；说明了硅灰和化学外加剂在海洋平台混凝土施工中不可或缺的作用。并根据材料特性试验，回归出了三个比现有经验公式与实测值符合得更好的用来估算轻骨料混凝土弹性模量的经验公式。 3．温度作用是试验过程中的主要荷载，为了分析清楚构件在温度效应下的应力、应变和变形问题，为正确测量试验数据和进行数据分析做准备，分析了应变片在测量过程中由于温度变化产生的热输出、热误差等热效应；讨论了构件实际发生应变、引起应力的应变和测量应变这几个容易发生混淆的概念之间的差异。研究了构件在自由变形条件和约束条件下处于稳定线性温度场、稳定非线性温度场以及不稳定温度场时的变形、应力和应变：对上述三种应变之间的关系做了定量的分析；并推导出了上述几种约束和 大连理工大学博士学位论文变温条件下的变形、应力和各类应变的计算表达式。对变温在什么情况下引起应力，什么情况下不引起应力进行了讨论。 4．对罐壁空气夹层的导热问题进行了研究。推导出了稳定状态下，垂直有限空间夹层中传热系数的表达式。运用函数求极值的方法，证明了封闭垂直夹层中的传热系数存在极小值，即封闭垂直夹层在理论上存在最小的当量导热系数，并推导出了最佳空气夹层厚度的理论公式。 5．进行了罐体热传导试验，证明了空气隔热层具有令人满意的效果，大大降低了罐壁温差，有效预防了温度裂缝的发生。并通过建立传热数学模型和有限元计算模型，对罐体进行了稳态温度场有限元分析，并把计算结果与实测结果进行了对比，二者吻合良好。指出了将来实际应用中应注意的问题。 6．对罐体模型结构在预应力作用、静水压力作用、温度作用、外荷载作用、以及外荷载与温度共同作用下的受力性能进行了系统地试验；研究了罐体各部分在各种荷载工况作用下的受力特点。建立了罐体的整体线弹性有限元模型，对平台罐体的相应受力状态进行了理论计算，并把理论结果和试验结果进行了对比分析。指出了预应力混凝土平台罐体将来在实际应用中应注意的问题。 7．为了分析清楚用传统的分析方法无法弄清的罐体各个构件之间的相互作用情况，采用分步施加预应力的方法，对预应力作用下罐体各部分之间的相互制约情况进行了分析计算；并根据计算结果对施工过程中预应力钢筋的布置和张拉方式等提出了建议。 8．通过大量算例，对构件组合和变温差异对热应力的影响问题进行了分析。并根据分析结果提出了一种新的罐体结构型式。