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。     

导管架平台极限承载力的有限元解法

以某一简化的四桩腿对角型导管架平台为例,利用大型有限元非线性软件ABAQUS的AQUA模块进行波浪力和流力计算,并进行非线性倒塌分析(Nonlinear PushoverAnalyses)。分别计算了四种不同工况下平台在完整模式下和单个构件失效后的极限承载力以及单个构件失效后平台结构的剩余强度系数,以分析单个构件失效对导管架平台极限承载力的影响,为导管架平台的结构整体安全和风险评估提供一种准确而行之有效方法。     

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。     

考虑桩-土相互作用的涠11-4C平台全过程倒塌分析

采用非线性倒塌分析方法,研究了导管架平台在极端荷栽作用下的计算模型,对涠11-4C平台在16种极端工况荷载作用下进行了全过程倒塌分析,计算时考虑了桩-土之间相互作用。通过分析．得出结构的薄弱部位及危险工况。     

基于结构非线性的导管架平台地震韧性分析

针对导管架平台抗震分析标准和目前平台抗震设计中存在的问题,提出了一种基于结构非线性的导管架平台地震韧性分析方法。以渤海地区BH平台为例,考虑平台材料非线性,利用p-y方法模拟桩-土之间非线性特性,在韧性水平地震作用下对平台进行动力时程分析,得到了该平台整体位移时程曲线、桩头力时程曲线、地震基底剪力时程曲线等;与常规线性分析方法结果相比,考虑非线性特性进行导管架平台地震韧性分析,该平台整体结构保持完整,满足API规范"不倒塌"的要求,能够明显降低桩基壁厚,对于降低油田开发成本具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

柔性管节点对海洋导管架固定平台非线性分析的影响

引入MSL非线性柔性管节点模型,研究了柔性管节点对导管架固定平台非线性分析的影响。首先对单一管节点进行静力加载的非线性分析,研究管节点柔性特征对自身非线性静力分析的直接影响;然后对二维框架结构系统进行静态非线性倒塌分析,研究柔性管节点对结构系统静力非线性分析的影响;最后对某实际三维导管架平台模型进行模态分析及非线性地震时程分析,以研究柔性管节点对平台整体结构系统动态分析的影响。研究表明,考虑柔性管节点进行海洋导管架固定平台非线性分析时,固定平台的局部和整体刚度均得到了显著的降低,进而影响了非线性强度分析结果及平台设计的经济性,因此建议使用MSL公式。     

绥中36-1油田新型标准海洋平台结构抗震可靠性分析

将线性结构分析软件系统SACS和非线性结构倒塌分析软件系统ABAQUS有机地结合起来,运用非线性逐步破坏分析方法,对渤海绥中36-1油田某4桩导管架标准海洋平台,在其所在海域环境荷载下的抗震可靠性进行了研究,提出了相应的分析方法。结果表明:该平台的抗震可靠度较大,失效概率很小,结构是安全的;所提出的分析方法是一种较为经济、合理和可靠的分析方法。     

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。     

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。     

深水海上风机吸力桶导管架基础承载特性

针对海洋深水环境,设计适应70 m水深的四桶导管架结构形式,并在此基础上设计相同高度和主腿斜度的三桶导管架基础。采用Abaqus有限元软件建立导管架结构-吸力桶-土体整体有限元模型,通过对比分析探究海上风电深水吸力桶导管架基础的承载力特性。研究发现：吸力桶与土体的位移一致性程度可反映基础水平极限承载力大小,四桶导管架基础的综合承载特性优于三桶导管架基础;加载高度对四桶导管架基础的水平承载力特性有重要影响,基础水平承载力随着加载高度增加逐渐减小;加载方向对四桶导管架基础水平承载力影响较小。     

基于Usfos的非线性分析程序研究海洋平台的极限承载力

海洋平台极限承载力研究一直是平台结构安全评估的最重要部分,越来越受到人们的关注。以"勘探二号"自升式钻井平台为研究对象,利用非线性分析USFOS软件分析计算了该平台的极限强度,评估了现役平台的安全性能。研究结果表明,"勘探二号"平台在45°环境极限条件时平台结构最危险。该研究为现役自升式钻井平台安全风险评估提供了一种比较先进而精确的方法,对今后类似海洋平台安全风险评估具有一定的指导意义。     

海洋平台含裂纹管节点CFRP修复效果仿真研究

以某冰区海洋导管架平台为研究对象,提出基于子模型技术的应力强度因子计算公式和步骤;建立了含裂纹管节点的有限元模型;提出用4种不同厚度的碳纤维增强复合材料(CFRP)片修复含裂纹管节点的有限元模型,并对修复效果进行了仿真分析与评估。仿真研究得出如下结论:(1)采用CFRP片修复平台含裂纹的管节点,裂纹尖端的应力强度因子以及平台管节点极限冰载荷都有较大变化,当CFRP片厚度为3mm时,等效应力强度因子减小58.01%以上,极限冰载荷增加95.83%,而当CFRP片厚度为6mm时,等效应力强度因子减小66.68%,极限冰载荷增加134.70%;(2)随着CFRP片厚度的增加,应力强度因子的减小,使胶层力学性能成为影响CFRP片修复平台管节点裂纹的一个"瓶颈"。