冰区海域抗冰平台设计不仅要考虑起控制作用的静冰力作用,更为重要的是抗冰平台存在着较为剧烈的冰激振动,对海洋平台的安全造成了威胁。本文在总结了国内外最新研究成果的基础上,通过理论推导,数值模拟及现场测试研究了抗冰平台与海冰的相互作用,分析了抗冰平台的极限承载力和冰激振动的影响因素,并对抗冰平台的可靠性及结构优化进行了研究。主要做了以下几个方面的工作:(1)分析比较了独腿、三腿和四腿导管架结构的抗冰性能,给出了独腿抗冰锥导管架结构用作卫星平台,四腿抗冰锥导管架结构用作中心平台的建议。(2)基于现场海冰补测,结合历史观测资料,分析了胜利辽东东探区海冰条件,给出了该海区海冰参数,建立了辽东东海域海冰冰力的计算模型。在考虑桩土结构非线性相互作用的基础上,应用ANSYS软件建立了单桩腿与四桩腿的抗冰导管架平台有限元模型,分析研究了锥体结构抗冰平台的冰载作用规律。(3)对完好的抗冰平台进行了极限承载力分析,得出平台最容易破坏的构件,为优化提供依据。对比腐蚀损伤,地基土冲刷,局部杆件断裂三种因素对抗冰平台极限承载力的影响,表明平台在桩腿处破坏容易导致平台倒塌。(4)采用随机冰荷载作用下动力响应分析方法对抗冰平台进行动力响应分析,得出抗冰平台的振型规律,将冰荷载谱输入到结构模型中,在频域内进行动力分析得到平台在频域内的动力响应。(5)基于可靠性理论,建立了抗冰平台在承载能力极限状态与正常使用极限状态下的可靠性分析模型。通过Monte Carlo法并采用Latin Hypercube Sampling技术对海冰参数、设计参数等进行随机抽样,在静动力有限元分析的基础上,对平台冰激振动进行可靠性分析。(6)建立了抗冰平台结构优化数学模型,把总质量最小作为优化目标,平台固有频率指标作为约束条件进行动力优化分析,首先应用随机搜索法获取一定数量的设计序列,然后选用零阶法进行优化循环迭代获得满意的优化结果。结果表明优化后的平台固有频率与冰破碎频率相差较大,不会引发冰激共振。