海洋平臺在拖航、下沉或使用過程中抗傾覆和抗滑移的能力。主要包括漂浮穩性和坐底穩性。

　　漂浮穩性　平臺受到外力和風、浪的作用而傾斜，當外力消除以後平臺復位的能力。根據平臺在拖航和使用過程中是否有破倉，漂浮穩性又分為整體穩性和破倉穩性。根據平臺產生的傾角大小不同，其整體穩性的計算分為小傾角穩性計算（即初穩性計算）和大傾角穩性計算。這種計算與浮心、穩心、初穩心、穩心半徑、復原力矩有關關。

　　浮心　浮體排水體的形心，是浮性的主要參數。浮性是在規定的荷載下平臺漂浮在水面的能力。浮體在水中所受到的靜水壓力的豎向分量稱為浮力(P)，浮力的大小與浮體排水的重量相等。當浮體的重力與浮力大小相等、方向相反且作用於同一豎向線上時，浮體能平衡地漂浮在靜水面上。此時浮體相對於靜水面的位置稱為浮態。浮態分為四種：①正浮狀態（圖1a）。浮體的縱軸x和橫軸r都平行於水面；這種浮態隻用一個參數T（吃水）表示。②橫傾狀態（圖1b）。縱軸x平行於水平面，橫軸r與水平面成角度θ（稱橫傾角）浮心C位置因水下體積變化而移動；這種浮態要用T和θ兩個參數表示。③縱傾狀態（圖1c）。橫軸r平行於水面，縱軸x與水平面成角度φ（稱縱傾角），這種浮態要用T和φ 兩個參數表示。④一般狀態（圖1d）。橫軸和縱軸都不平行於水平面，這種浮態要用T、θ和φ三個參數表示。

　　穩心　作用於浮心Cφ和作用於與Cφ無窮接近的浮心Cφ+dφ的兩浮力作用線交點，稱為與浮心Cφ相對應浮態下的穩心Mφ（圖2）。C0為相應於浮體正浮於水線W0L0時的浮心。Cφ為相應於浮體傾斜而浮於水線WφLφ時的浮心。Cφ+dφ為相應於浮體再作微量傾斜而浮於線Wφ+dφLφ+dφ時的浮心；Mφ為穩心。

　　初穩心　正浮態穩心。初橫穩心是浮體自正浮態位置橫傾一無窮小角度dθ時的穩心。其豎坐標zM＝z庩+Ix/V0，式中z庩為正浮態的浮心豎坐標；Ix為正浮態水線面面積對縱軸的慣性矩。V0為正浮狀態排水體積。初縱穩心是浮體自初始正浮態位置縱傾一無窮小角度dφ時的穩心。其豎坐標zM＝z庩+IFy/V0，式中IFy為正浮態水線面面積對過其面積形心且與橫軸平行的軸的慣性矩。

　　穩心半徑　穩心與浮心之間的距離。初橫穩心到浮心之間的距離稱為初橫穩心半徑Y＝Ix/V0；初縱穩心到浮心之間的距離稱為初縱穩心半徑r＝Ix/V0。

　　復原力矩　平臺在外力作用下傾斜一個微小角度時，浮心自縱向中間剖面移向入水一弦，而其重心位置通常保持不變。於是大小相等方向相反的重力D和浮力D作用線產生偏離，形成力偶，當力偶促使浮體回復到原平衡位置時，此力偶稱為復原力矩。當力偶促使平臺進一步傾斜時，則稱它為負復原力矩。

　　小傾角穩性計算　當浮體的傾角小於10°～15°時用小傾角穩性計算。通常假定浮心曲線（浮心軌跡）是以初穩心為圓心，初穩心半徑r為半徑的一段圓弧。因此在各種傾角下浮力作用都通過一固定穩心。此時復原力矩Mh＝D(r-δ)sin dθ≈D(r-δ)dθ，式中D為浮力；δ在正浮態的重心G到浮心C0的距離；r-δ＝h為穩心高度，它表示初穩心在重心之上的高度(當初穩心在重心之下時h為負值)。理論上，當初穩心高度的最小值h

小於零時浮體為不穩定，當 h 大於零時浮體是穩定的。但因海上自然條件十分復雜，同時理論計算中必然有很多不確定因素無法準確決定。所以設計時往往要求浮體的最小初穩心高度大於某一數值。如半潛式平臺 h 應大於0.15米，歐洲北海油田的混凝土重力式平臺要求 h 大於0.1米。雖然穩心高度愈高則復原力矩愈大，因而平臺的初穩性愈大，但也不宜太高，否則遇到風浪時浮體將劇烈搖擺。如果 h 小於規定的數值則認為該浮體的初穩性不夠，必須采取措施，如在浮體上加載以降低其重心或采用輔助浮筒等臨時措施以加大水線面處的慣性矩等。

　　大傾角的穩性計算　浮體在外海拖運或工作時，由於受風、浪等自然環境外力的作用。傾斜角可能大於10°～15°(圖3)。此時僅用小傾角計算將出現較大的誤差，必須進行大傾角的穩性計算。計算時一般僅按其靜穩性考慮。即假定外力是逐漸加到浮體上，浮體緩慢傾斜，其角速度為零，並通過平臺在各種荷載情況下傾角與復原力矩和風側力矩的關系──平臺靜穩性曲線來研究。其繪制方法：從平臺的正浮位置(θ＝0°)開始，到平臺完全傾覆(θ＝90°)為止，等分成若幹個傾角位置，如每隔10°為一個位置分別計算出各傾斜位置的傾覆力矩和復原力矩，將各點用線連接，即構成平臺的靜穩性曲線(圖4)。其復原力矩Mh＝D[rcosθ+(z-zC)sinθ-δsinθ]，式中z和r分別是平臺傾斜後浮心的豎坐標和橫坐標，

。平臺的傾覆力矩對於不同種類的平臺所考慮的因素是不同的。對於混凝土重力式平臺，其傾覆力矩主要考慮在拖航時由風力作用產生的風側力矩。對於半潛式平臺，在整個使用期間都是作為浮體漂浮在水面上，因此計算傾覆力矩時除瞭考慮風力外還要考慮到直升機升降時對平臺本體引起的傾覆力矩。繪制靜穩性曲線時，應考慮自由液面的影響加以修正。驗算時，要求平臺在浸水點或第二交點之內的復原力矩曲線下的面積比傾覆力矩曲線下相應的面積大30～40％，即面積 A+ B≥(1.3～1.4)( B+ C)，且復原力矩消失角(復原力矩等於零時的傾斜角值)大於36°。半潛式平臺除瞭進行靜穩性計算外，還要考慮動穩性，其動穩性往往由風洞試驗的結果來確定。

　　破倉穩性　平臺在一倉或數倉進水後保持不沉不翻的能力。其計算方法有兩種：①增加重量法，把進入破倉內的水看成是增加的荷載；②損失浮力法，破倉後的進水區域的浮力已經損失，損失的浮力借增加吃水來補償。其復原力矩、橫傾及縱傾角度都可以根據初穩心公式得到。以上兩種計算方法的結果是相同的。

　　坐底穩性　平臺坐落到地基上以後的穩性。對於混凝土重力式平臺它包括抗滑移穩性和抗傾覆穩性，對於樁基平臺主要是樁的抗拔力。

　　抗滑移穩性　當地基的剪切應力超過土壤的抗剪強度時，平臺可能沿地基土壤的某一個面發生滑移破壞。平臺抵抗這種滑移破壞的能力稱為抗滑移穩性。目前通常按照美國石油協會(API)的規范和挪威船級社(DNV)的規范計算混凝土重力式平臺的抗滑移穩性。

　　抗傾覆穩性　作用於平臺上的水平力產生傾覆力矩，而基底以上的豎向合力則產生抗傾覆力矩。當傾覆力矩大於抗傾覆力矩時，結構便發生傾覆而倒塌。

　　在一般情況下，結構的抗傾覆力矩很大，基礎承載力或滑移的破壞往往在傾覆之前先發生，故傾覆破壞通常不是控制性的。但對於水平力很大而豎向力和基底尺寸比較小的結構，則必須驗算其抗傾覆穩性。一般要求抗傾覆安全系數（抗傾覆力矩與傾覆力矩之比值）不小於2。

　　抗拔力　樁基平臺在受到外荷載作用時，某些樁中可能出現較大的拔力。為瞭保證樁基平臺的穩性，拔力應小於樁的容許抗拔力。確定樁的容許抗拔力的可靠辦法是在工程現場進行拔樁試驗。當進行拔樁試驗有困難時，可采用經驗公式進行估算，即容許抗拔力等於樁身周圍總的摩擦力除以安全系數。

　　

參考書目

　DnV，Rules for the Desiɡn Construction andInspection of Offshore Structures，DnV HeadOffice，Hovik，Norway，1980.