超强台风下导管架平台结构弹塑性分析

针对超强台风引起的导管架平台甲板上浪载荷,基于三线性上浪载荷时间历程,采用API模型与Stokes 5 th波理论建立了上浪载荷计算方法与流程。在此基础上,应用静力推覆分析方法考察了不同上浪高度下导管架平台结构承载能力与失效模式的变化规律,利用动力弹塑性分析方法探讨上浪高度对导管架平台结构动态特性的影响,结果表明:上浪载荷导致导管架平台极限承载能力降低,当上浪达到一定高度时,平台失效模式由桩基失效演变为导管架顶部失效;平台在弹性和塑性阶段均存在一定程度的动力放大效应,且塑性响应阶段的动力放大效应更加显著。本文研究成果可为我国深水导管架平台的安全评估与优化设计提供参考。     

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。     

海洋平台结构系统静强度可靠性分析

本文研究了对三维模型的导管架平台结构系统静强度可靠性评估方法。在极值载荷条件下,分别以极限冲剪应力及屈曲临界应力作为管节点及杆件的极限强度,采用增量载荷法建立破坏模式安全裕量方程。同时研究了求取结构系统主要失效模式的自动算法及计算系统失效概率的方法。作为一个算例,运用作者开发的计算机程序,对一固定式导管架平台进行了可靠性分析,验证了本方法对开展三维模型平台结构系统静强度可靠性评估是可行的。     

海洋平台结构系统静强度可靠性分析

本文研究了对三维模型的导管架平台结构系统静强度可靠性评估方法。在极值载荷条件下，分别以极限冲剪应力及屈曲临界应力作为管节点及杆件的极限强度，采用增量载荷法建立破坏模式安全裕量方程。同时研究了求取结构系统主要失效模式的自动算法及计算系统失效概率的方法。作为一个算例，运用作者开发的计算机程序，对一固定式导管架平台进行了可靠性分析，验证了本方法对开展三维模型平台结构系统静强度可靠性评估是可行的。     

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。     

深水导管架平台极限承载能力分析

以我国南海深水的固定式导管架平台为研究对象,采用SESAM软件的Geni E模块进行了有限元建模,分析了作用在平台上的基本载荷和环境载荷,对平台进行了无初始缺陷和考虑腐蚀条件的极限承载能力分析,同时将3个服役期平台的极限承载能力进行对比。建模时将土壤划分了15层,并采用API规范模拟桩-土之间的相互作用力。分析结果表明,当载荷从不同方向作用时,平台的极限承载能力各有差异,载荷从西南、东南、东北和西北4个方向作用时平台的强度储备系数比其他方向小很多;在考虑海水对平台的腐蚀作用后,平台在东、西、南、北4个方向加载时强度储备系数发生了明显下降,随着服役时间的延长这种下降会更加明显。     

极端风暴潮下近海导管架平台结构安全分析

基于导管架平台极端环境作用下极限状态的分析,研究了近海导管架平台的结构安全。由极端风暴潮载荷的模拟方法,确定适用于近海导管架平台的安全评价方法。并以某近海导管架平台为例,进行甲板上浪载荷计算、静力非线性分析、动力响应分析及极限承载能力分析。结果表明:极端风暴潮作用下的上浪载荷会减弱近海导管架结构的极限承载能力,也会影响其抗力,须予以重视。     

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。     

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。     

导管架平台鲁棒性性能研究

鲁棒性是结构安全需重点关注的问题之一。导管架平台作为进行海上油气资源勘探开发的主要设施,应在设计阶段考虑足够的结构鲁棒性。此文确定了基于Pushover非线性分析原理计算导管架平台结构鲁棒性的方法,明确了导管架平台的结构鲁棒性评估指标,建立了导管架平台结构鲁棒性评估流程。以东海某导管架平台为例,针对不同的结构损伤模式,进一步探讨了结构的冗余度,计算求解结构鲁棒性参数,并通过剩余影响系数（RIF）评估了平台鲁棒性。研究结果表明,腿杆件、水平杆件以及斜杆件三种损伤失效模式中,损伤平台的结构鲁棒性由高到低依次为:水平杆件损伤失效、斜杆件损伤失效及腿杆件损伤失效。RIF可以用来识别结构杆件的重要性,从而为平台结构设计或定期检测提供重要参考。     

导管架平台冰激振动响应分析

根据导管架平台的结构特点，建立了导管架平台有限元模型。对其进行模态分析，获得前3阶固有频率和模态振型，计算结果与实测结果相符合，表明导管架平台的有限元模型是准确的。在此基础上，对导管架平台施加风、海流静载荷及动冰载荷，进行导管架平台的动力响应分析，获得了导管架平台各个关键点的位移和加速度响应曲线。     

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。     

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。     

A new bracing system for improvement of seismic performance of steel jacket type offshore platforms with float-over-deck

In this paper, the seismic response of a newly designed steel jacket offshore platform with a float over deck (FOD) system in the Persian Gulf was investigated through incremental dynamic analysis. Comparison of incremental dynamic analysis results for both directions of the platform shows that the lateral strength of the platform in the float over direction is less than its lateral strength in other direction. Dynamic characteristics measurement of a scale model of platform was also performed using forced vibration tests. From experimental measurement of the scaled model, it was observed that dynamic characteristic of the platform is different in the float over direction compared to the other direction. Therefore, a new offshore installed bracing system for the float over direction was proposed for improvement of seismic performance of this type of platform. Finally, the structure with the modified system was assessed using the probabilistic seismic assessment method as well as experimental measurement of its dynamic characteristics. It was observed that the proposed offshore installed bracing system improves the performance of platforms subjected to strong ground motion.     

渤海新型抗冰导管架平台研究

根据渤海海洋平台长期现场监测结果,对渤海海域冰与导管架平台相互作用问题进行了系统研究,指出冰激结构振动是目前渤海冰区导管架平台的主要危害。应用冰激导管架平台冰激振动及动冰力研究成果,对新型抗冰振平台设计方案进行了分析。对适用于导管架平台的冰激振动控制装置进行了理论分析与实验研究。在新建JZ20-2NW平台的设计建造中应用了上述研究成果。新建平台现场监测结果分析表明,新型平台比以往平台具有更好的抗冰振性能。     

导管架平台的动力分析

介绍了导管架平台有限元动力分析的过程。基于大型通用有限元程序MSC/NASTRAN,对导管架平台结构的动力学特性进行了有限元分析,得到了平台的自由振动特性和结构的动力响应,对导管架平台的设计、建造和安全评估有着一定的参考价值。     

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。