在线监测技术在导管架平台损伤识别中的应用

叙述损伤识别技术——在线监测技术的原理,以5种不同构造形式的简化导管架平台和北海Claymore CPP导管架平台为例,计算平台考虑初始缺陷和附加水质量后的固有频率,并对平台整体进行非线性倒塌分析以获得结构的极限承载力,以及构件失效对平台极限承载力的影响,旨在检验在线监测技术对于四腿固定式导管架平台的适用性,以及研究不能监测的构件对结构关于极限承载力的重要度,为导管架平台的结构整体安全和风险评估提供有效参考。     

构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响

针对传统导管架平台在进行极限承载力分析时未考虑构件直线度缺陷对结果的影响问题,采用非线性逐步倒塌的分析方法研究构件不同直线度对导管架平台极限承载力的影响。根据直线度公式建立不同构件直线度导管架平台有限元模型,考虑导管架平台环境载荷作用,采用非线性倒塌分析方法计算导管架平台极限承载力。结果表明,导管架平台在45°方向强度储备能力最差,构件不直度使其极限承载力严重退化。     

构造形式对导管架平台极限承载力的影响

采用有限元软件ABAQUS对导管架平台进行非线性倒塌分析,计算比较了5种不同构造形式的导管架平台极限承载力。为导管架平台的结构优化设计以及结构整体安全评估提供了科学依据。     

基于等效刚度矩阵的导管架平台安全可靠性分析

结合胜利埕岛油田导管架平台，探讨了在海水均匀腐蚀和受冰载荷作用条件下，造成浅海导管架平台构件损伤的原因；开发出构件等效刚度的计算模块，进行了平台结构强度分析，并运用有限元法计算平台在环境载荷下的极限承载力；对导管架平台进行了安全可靠性分析。     

隔水导管复合管柱载荷转移技术

为降低导管架平台建造成本,采用将导管架平台载荷转移至隔水导管-水泥环-表层套管复合管柱结构的方式以提高导管架平台承载能力的方法。分析导管架平台与复合管柱结构相互作用的机理,并建立复合管柱结构与导管架平台刚性连接时的载荷转移效率计算模型及复合管柱结构极限承载力计算模型。以渤海典型六腿平台为例进行平台载荷转移分析,采用载荷转移方式在保证复合管柱结构强度和稳定性的前提下可将导管架平台12.5%的载荷转移至复合管柱结构且减少导管架平台桩管入泥深度,为导管架平台结构优化设计和简化施工提供理论指导。     

高强灌浆材料结合卡箍在导管架受损构件加固中的应用

以南海某海域一施工船与四桩导管架基础发生碰撞为背景,结合当前研究对导管架受损区域的承载力进行分析,计算得到受损截面凹陷处的轴向承载力和极限弯矩。简述海洋工程领域中受损构件的加固修复方法,探讨卡箍技术的理论研究现状及其在实际工程中的应用现状。基于典型灌浆卡箍修复技术提出一种采用80 MPa高强度灌浆材料结合卡箍技术进行加固修复的新方案,并采用有限元软件对加固后的组合结构进行数值模拟。仿真结果表明,该组合结构可有效改善导管架受损区域受力状况,提高结构的承载力。简述该方案的施工流程,以期为实际工程提供参考。     

深水导管架平台抗台风极限承载能力

针对台风引起的甲板上浪问题,采用API模型与Stokes 5th波原理确立上浪载荷计算方法与流程,基于Pushover分析原理,提出广义储备强度系数GRSR以用于服役平台环境条件改变时的承载能力评估。在此基础上,以某深水导管架平台为研究对象,考虑固支与桩-土非线性作用两种边界约束,计算得到平台设计载荷下端向、斜向与侧向3种方向的承载能力曲线与塑性应变分布,并对其极限承载能力与失效模式的内在关系进行深入探讨;进一步考虑甲板上浪载荷作用对平台进行推覆分析,研究不同上浪高度下平台极限承载与失效模式。结果表明,上浪载荷导致平台极限承载能力降低,当上浪高度达到一定值时,平台塑性区集中于导管架顶部,主控失效模式演变为上部组块侧翻倒塌,这与台风后观察到的平台失效模式一致。研究成果可为中国深水导管架平台抗台风工程提供参考。     

导管架结构重点构件失效后果评价方法

为适应导管架平台结构健康安全监测需求,需对导管架结构各构件进行安全级别划分,构建数字化标签,从而有效评估结构的剩余寿命。安全级别划分的重要依据是对构件的失效后果进行合理评价。提出一种基于强度储备比、安全裕量、塑性抵抗能力、可靠度等指标的构件失效后果评价方法。对结构进行倒塌分析,得到结构的失效路径和构件安全重要性指标,从而确定结构中的高风险构件和高贡献梯度构件,即重点构件。分别对各重点构件的失效后果指标进行计算,综合各项指标结果划分各重点构件的安全级别,实现对失效后果的有效评价。将该方法应用于渤海某导管架平台可得到合理的构件安全级别划分结果。     

后服役期导管架式海洋平台的极限承载力分析

以渤海埕岛海域一座四桩腿后服役期导管架式海洋平台为例,对平台在无缺陷、腐蚀损伤和构件断裂等几种情况做了极限承载力的非线性分析,得出以下结论:(1)腐蚀使后服役期平台的强度储备系数明显下降;(2)不同方向的载荷对平台承载力产生不同的作用,在沿Y轴方向载荷作用下,平台的极限承载能力最小;(3)极限冰载荷的作用要比波浪流的作用对平台的危害更大;(4)撑杆断裂使平台的极限承载力明显下降,而且斜撑杆断裂对承载能力的影响比水平撑杆断裂的影响大。     

埕岛油田导管架平台结构的安全评估

介绍了在埕岛浅海油田应用挪威船级社SESA M软件对导管架平台CB25B进行评估研究的方法和程序,首先针对平台导管架、桩、上部组块的前处理建立有限元模型、加载载荷,然后进行完整结构的非线性倒塌分析、敏感性分析以及平台构件的重要度分析,并以此分析结果计算结构失效概率。最后根据埕岛油田浅海石油平台的实际情况和计算结果,指出导管架结构的主要失效模式是由于桩的拔出或下陷插入造成,并建议每年最少实施管道Ⅰ级检测一次,每3～5年实施管道Ⅱ级检测一次。     

导管架式海洋平台全寿命极限承载力计算研究

对平台在全寿命期内,计及材料腐蚀、疲劳裂纹等结构损伤因素及其随机特性,基于固定式平台结构基底极限抗剪切能力计算方法,发展了一种平台全寿命期极限承载力计算方法。并以一位于墨西哥湾海域处八桩腿导管架平台为例,进行了平台全寿命期内动态承载力计算,同时考虑其随机分布的特性,进行了统计分析,得到平台在每个瞬时服役期内的极限承载力统计量随服役年限的变化规律。     

缺陷和损伤对导管架式海洋平台结构极限承载力的影响

首先讨论海洋平台结构缺陷和损伤的特点及在平台结构极限承载力分析中的考虑方法;其次根据平台结构完好和有损状态的极限承载力,定义了平台结构的储备强度和剩余强度;最后,采用导管架式海洋平台结构极限承载力近似分析程序UAP,分析了裂纹类缺陷、凹痕类缺陷、腐蚀、海生物附着、地基土冲刷等对导管架式海洋平台结构极限承载力和安全性的影响,从而为海洋平台结构的维修决策提供了依据。     

深水导管架平台结构动力推覆分析方法

针对动力放大效应明显的深水导管架平台,将非线性动力分析与传统Pushover相结合,提出动力推覆分析（DPA）方法,用于研究平台结构极限承载能力及倒塌力学行为。提出安定状态的概念,作为平台动力倒塌的临界判据,引入动强度储备比和动载比等指标,建立了完善的DPA评估体系。以某深水导管架平台为例,分别从平台极限承载能力、位移响应以及失效模式3个方面对DPA和传统Pushover方法进行对比分析。结果表明：考虑动力放大效应后,基于DPA评估的平台极限位移增大,强度储备有所降低,相比Pushover方法,评估精度更高;DPA与Pushover方法所得到的塑性分布基本相同,载荷动态效应不会改变平台结构的失效模式;DPA能够更好地反映环境载荷动态历程,有效追踪平台结构的倒塌失效过程。     

两种导管架海洋平台的系统可靠度分析

针对近海标准导管架平台和滩海单位柱平台这两种钢质导管架平台,将其简化为空间刚架结构,计算构成导管架平台各杆件的可靠度。以传统的微分等价递归算法为基础进行系统可靠性计算,并利用分枝-约界法差别两种平台的主要失效路径。基于上述研究结果,分析了两类导管架平台的失效特征和系统可靠度指标。