海洋平台结构可靠性分析
海洋平台结构与设备的可靠度与风险评估
海洋平台结构与设备的可靠度与风险评估海洋平台在海洋油气田开采中起着决定性的作用，海洋平台结构的稳定以及设备的可靠性影响着海洋油气田开采的效率。
海洋平台结构受到外部因素而发生损坏时，不仅会使工作人员的生命安全和财产安全受到损失，而且会给环境造成巨大的污染，还会使企业受到较大的经济损失和设备损坏。
为了保障海洋平台结构与设备的可靠性，相关部门要针对其中存在的问题提出相应的解决方案。
标签：海洋平台；结构分析；设备的可靠性；风险评估1 前言海洋平台的结构与设备的稳定性评估成为海洋油气能源开发的前提，进行良好的评估为长期的油气开采工作提供了良好的保障。
本文主要从导管架平台极限承载力时变可靠性评估、爆炸条件下海洋结构平台所发出的结构响应分析、海洋平台爆炸风险评估等三个方面进行了较为详细的阐述。
同时对于评估过程和评估方法进行了一系列研究与改进，旨在提高海洋平台结构与设备评估的准确性和有效性。
2 导管架平台极限承载力时变可靠度评估在油气开采过程中，导管架平台得到了非常广泛的应用，但是在具体应用过程中由于多方面因素的影响，诱发了多起海洋平台失效事故，造成了巨大的經济损失，此时就需要相关部门做好海洋平台的安全评估工作。
海洋环境条件比较复杂，在腐蚀等因素的作用下，将会严重减弱海洋平台的抵抗能力，因此随时间变化来对海洋平台的可靠性进行评估尤为重要。
如今，时变可靠度评估离实际工程中的应用还存在一定的距离，尤其是与海洋平台相关的变可靠度分析更是少之又少。
通常情况下，对于不同部位的导管架平台其腐蚀速率存在一定的差异，比较常见的导管架平台腐蚀区域包括潮差区、大气区和浸没区三大部分。
这些部位的腐蚀速率从大到小依次为大气区、浸没区、潮差区。
其中大气区主要是对结构的上部构建产生一定的影响，而浸没区和潮差区一般会对导管架构件产生影响，且对平台的安全性提出了非常高的要求。
对于海洋平台而言，当导管架平台建立在潮海海域时，需要对其冰荷载给予考虑，反之如果建立在中国南海区域时，不需要对其冰荷载给予考虑。
海洋平台结构可靠度评估的环境数据分析和重要度分析
浙江大学硕士学位论文海洋平台结构可靠度评估的环境数据分析和重要度分析姓名：罗宏申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：金伟良;李海波2000.1.1●‘海洋平台结构可靠度评估的环境数据分析和重要度分析摘要本文以结构可靠度理论、统计分析理论和结构优化理论为基础，充分考虑了海洋平台结构的特点，利用Ｍａｔｌａｂ软件平台，对海洋平台的环境荷载和荷载抗力分项系数的优化进行了研究ｏｆ具体的研究工作是：’＼．基于可靠度设计的要求，对涉及工程结构设计的基本资料，如环境资料（波浪、流、风、冰、地震、海生物、水温、水位）、地质资料（土的物理力学性质等）和结构资料等，提出相应的基本要求和依据。
运用统计分析理论对绥中３６－１油田的一座平台和涠１Ｉ－４Ｃ平台的环境荷载和抗力进行统计分析，给出它们的概率分布形式并进行相应的检验．同时基于有限元分析软件ＳＡＣＳ计算结果和最小二乘法原理在Ｍａｔｌａｂ软件平台基础上进行平台基底总剪力的表达形式拟合．拟合结果对于平台整体可靠度衣疲劳可靠度提供了所需的基本数据资料．根据结构优化理论，提出系数重要度分析方法，并选择绥中３６－Ｉ油田的一座平台进行Ｍａｔｌａｂ编程计算系数重要度．本文的研究工作是浙江大学结构工程研究所承担的两个研究项目：“涠１１—４Ｃ－Ｔ－台结构可靠性研究”与‘‘基于可靠度的海洋平台结构设计的基础研究”的组成部分・少／一关键词：海洋≯结气萝魔结构优怨笋；环警札重移；竺ｈ６■■ｊ■■■●■■■■●■■■■●■■■■■■■●■■■■■■，■■■■■ＥＥ目■●■！■■■■Ｅｊ■■■■■Ｅ■■■｜■●■■●●■■■■■■■■■●｜目ｇ■■■■目■Ｅ■自！Ｅｇｅ浙江大学硕士学位论文，２００１１●海洋平台结构可靠度评估的环境数据分析和重要度分析Ａｂｓｔ／＇ａｃｔＵｓｉｎｇＭａｔＩａｂｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ１０ａｄｓａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔｏｆ１０ａｄａｎｄｒｅｓｉｓｔａｈｏｅｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅＰ１ａｔｆｏｒｉｌｌｓａｒｅｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｔｈｅｏｒｉｅｓｏｆｓ：ｒｕｅｔｕｆａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｒｕｅｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌＹｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓｏｆｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｆｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅＰ１ａｔｆｏｒｍｓ．Ｔｈｅｍａｊｏｒｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｓｆ０１１０ＷＳ：Ｏｎｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒｕｅｔｕｒａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｂａｓｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｂａｓｉｃｄａｔａｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｄａｔａ，ｓｕｃｈａｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄａｔａ（ｗａｖｅ、ｃｕｒｒｅｎｔ、ｗｉｎｄ、ｉｃｅ、ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ、眦ｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、ｗａｔｅｒｌｅｖｅｌ），ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｄａｔａ（ｅａｒｔｈｙｐｈｙｓｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｅｔｅ．）ａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄａｔａｅｔｃ．ａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｕｓｉｎｇｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｔｈｅｏｒｙ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌｏａｄｓａｎｄｆｅｂｉｓｔａｎｃｅｓｏｆａｎｏｆｆｓｈｏｒｅＰｌａｔｆｏｒｍｉｎＳＺ３６一ｌｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｆｉｅｌｄａｎｄＷ１卜４Ｃｐｌａｔｆｏｒｍａｒｅｇｉｖｅｎ，ｔｈｅｎｔｈｅｉｒｄｅｎｓｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｒｅｇａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｖｅｔｉｆｙｉｓｄｏｎｅ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｃｏｍｐｕｔｉｎｇｂｙｔｈｅＳＡＣＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｌｅａｓｅｓｑｕａｒｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｏｔａｌｓｈｅａｒｉｎｇｆｏｒｃｅｉｎａｐｌａｔｆｏｒｍｂｅｔｔｏｍｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ．ａｎｄｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｉｓｔｈｅｂａｓｉｃｄａｔａｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅＰ１ａｆｒｏｍｓｙｓｔｅｍｒｅｌｌａｂｉＩｉｔｙａｎｄｆａｔｉｇｕｅｒｅＩｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｒｉａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｅｔｈｕｄｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｐｔｉｍｕｍ，ａｎｄｃａｌｃｕＩａｔｅｓｔｈｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆａｎｏｆｆｓｈｏｒｅＰ１ａｔｆｏｒｍｉｎＳＺ３６—１ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｆｉｅｌｄｕｓｉｎｇＭａｔｌａｂｓｏｌｔｗａｒｅ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｂｅｌｏｎｇｓｔｏｐｒｏｊｅｃｔ：“ＴＨＥＷｌｌ一４ＣＰＬＡＴＦＯＲＭＳＴＲＵＣＴＵＲＥＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹＳＴＵＤＹＩＮＧ”ａｎｄｐｒｏｊｅｃｔ：“ＴＨＥＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮＳＴＵＤＹＯＦＴＨＥＯＦＦＳＨＯＲＥＰＬＡＴＦＯＲＭＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤＥＳＩＧＮＢＡＳＥＤＯＮＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ”ｗｈｉｃｈａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｒＵＣｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｌａｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｉｓｉｉｉｉ＿＿＿＿Ｉ＿＿ｌ＿＿＿＿＿＿－＿＿＿自＿ｌ＿●目目Ｉ＿－Ｉ＿＿＿ｌ＿＿＿＿＿ｌ＿＿－＿＿＿＿－＿ｌ＿＿＿＿＿＿－＿＿≈浙江大学硕士学位论文．２００１ｎ●●●；●耋童兰垒篁丝星耋堡兰篁塑至丝鍪堡坌丝堡塞圣耋坌丝ｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｕｍｍｅｔｈｏｄ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄａｔａ；￥ｅｎＳｉｔｉＶｉｔｙ；Ｍａｔｌａｂ浙江大学硕士学位论文．２００１。
浅谈海洋平台结构可靠性的优化设计
浅谈海洋平台结构可靠性的优化设计作者：倪令芹来源：《科学与财富》2018年第24期摘要：近年来，我国的石油事业获得了快速的发展，并逐渐加大了海洋平台的建设。
在该项工作开展中，因海洋平台成本高以及结构复杂特征的存在，则使其在结构设计方面具有了更高的要求。
在本文中，将就海洋平台结构可靠性的优化设计进行一定的研究。
关键词：海洋平台；结构；可靠性；优化设计；引言在现今海洋平台建设当中，结构设计可以说是非常重要的一项工作，在以往设计当中，需要进行重复的验证，无论是时间还是资源都具有较大的耗费量，且并不能够保证方案设计的有效性。
对此，即需要能够积极做好结构优化设计工作，以可靠性为基础，保障设计效果。
在本研究中，将就该方面行业当中的研究情况进行分析与介绍。
1海洋平台的静力优化设计就目前来说，国内外在海洋平台静力优化方面具有较多的研究。
工作应力法是现今海上结构设计当中经常应用到的规范，其中，LRFD即是一种结合了可靠性理论以及工作应力法的方式，在实际应用当中，其不仅对不同荷载以及抗力的随机性进行了考虑，且对工作应力法进行了集成。
目前，有较多人员通过该方式开展实际优化设计，有效的提升了材料使用率。
该方式在实际应用当中具有实用以及简单的特点，为了保障其应用效果，即需要在充分联系海域特点的基础上标定相关参数。
在实际海洋平台优化设计当中，在约束方面不仅需要对结构自身的强度、稳定性约束以及刚度等进行考虑，且需要能够对桩基承载力约束进行考虑。
对于地基以及桩来说，其在此过程中也具有非常重要的应用，对结构抗力的敏感性以及不确定性具有十分重要的主导作用。
目前，有研究人员对约束处理方式、构件长细比约束的设计方式进行了研究，即通过对构件截面最大Mises应力的应用进行设计，在对受压构件长细比以及桩顶侧位移进行研究的基础上开展设计，在实现约束条件数目减少的基础上实现模型求解效率的优化。
2海洋平台的动力优化设计从本质角度来说，海洋平台在实际运行当中将受到来自环境的动荷载影响，在动荷载影像下，其所具有的动态响应情况则将对结构的工作状态以及性能发挥产生影响，也是实际开展结构设计工作当中的关键指标类型。
海洋平台结构可靠性的优化设计
海洋平台结构可靠性的优化设计摘要：对海洋平台结构优化设计，能够大幅度提升平台结构的稳定性，延长使用寿命，减少故障的发生，为海洋资源开发提供稳定的路径。
文章从实际出发，旨在通过必要的手段，扎实提升海洋平台结构的可靠性，强化结构整体结构，提升平台自身的容错率，使得平台能够更好地适应海洋环境，为后续相关海洋平台的规划、建造提供方向性引导。
关键词：海洋平台；平台结构；设计可靠性；优化设计前言为了满足区域经济发展需求，实现油气资源的持续稳定供应，保证国家能源安全，我国加大资源投入，进行海洋平台的规划、建造等相关工作，旨在依托海洋平台，依序开展钻井、采用、运输、观测等相关工作，旨在打造成熟、高效的海洋油气资源开发体系，实现油气资源的科学开发、高效使用，为经济发展注入新的活力。
但是考虑到海洋环境的特殊性，海洋平台在规划、设计过程中，对于海洋平台结构的稳定性、可靠性提出了更高的要求。
基于这种实际，海洋平台在设计环节，需要采取针对性的举措，进行可靠性优化，以保证海洋平台运行的稳定性。
1 海洋平台概述对海洋平台的应用范围、主要类型的分析，有助于设计人员从思维层面出发，准确把握海洋平台的基本特性，全面厘清海洋平台结构可靠性设计要点，为后续相关工作的开展奠定坚实基础。
海洋平台作为现阶段海上生产、生活的重要基础设施，其承担着钻井、采油、运输、观测以及导航等多项任务。
与传统的陆地平台不同，海洋平台所处的环境较为特殊，海洋平台在潮汐、大风等恶劣环境因素的影响下，海平台的故障发生率较高，稳定性较差，日常维护成本较高，因此如何有效地进行稳定、可靠的海洋平台打造，就成为技术团队以及相关企业关注的热点问题[1]。
为了满足海洋平台的使用需求，适应不同海洋环境，随着技术的发展，海洋平台逐渐发展出不同的类型，例如固定式、活动式以及半活动式等，多元化的海洋平台结构，通过平台结构的特殊性，能够很好地提升海洋平台自身结构的可靠性，减少平台结构损伤，保证平台的使用寿命[2]。
随机波浪载荷下CII海洋平台结构可靠性分析
疲 劳损 坏是平 台主要 失 效形式 之一 ；构件 尺寸 、形
状 和结 构布 局 的不合 理 也是 一个 不可 忽视 的重要 因
素 。如 何 在 降低 足不 同工 作 环境条 件 的需要 ．其 意义 十 分重 大 。结 构 可靠性 分 析 可以为 结构 的安 全性评 价
设 功 能 函数 Ｚ仅 与 荷 载效 应 ５和 结 构 抗 力 Ｒ 两个 随 机变量 有关 ，则结 构承 载能 力功 能 函数 为 ：
Ｚ：ｇ ，Ｓ ）＝Ｒ Ｓ － （） ３
中图分 类号 ：Ｔ ９ １ ２ Ｅ５． ０ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ２ ６ （０ ６ ６ ０ ２ — ５ ０ １ ２ ０ ２ ０ ）０ — ０ ２ ０
０ 引 言
验 法 ，在工 程 可 靠 性分 析 中得 到 广泛 应用 【 。本
为了适 于海 上 开采 。适应 更 深海域 、更 恶劣 海
蒙 特卡 罗 （ ｎｅ Ｃｒ ）模 拟 法 又 称模 拟 试 Ｍｏｔ－ ａｌ ｏ
系 数 ；实 现 了 ＰＤ 控 制 算 法 ，对 原 油 外 输 温 度 进 Ｉ 行 了精确 控 制 ，避 免 了 外输 原 油 温 度 的 大 幅度 波 动 ；数 据 管理 统计 的 功 能便 于 采 油 站 进 行 管 理 维
计算 得到 平 台系统 的可 靠 度 。
１ 导 管架 平 台结构 可 靠性分 析原 理
况 工作 的需要 ，各 国相 继开发 出各 类 海洋 钻探 、开 采 、生 活等平 台 。海 洋平 台经 受地 震 、风 、波 浪 、 流 、腐 蚀等 环境 作用 ，其 中在 波 浪载荷 作 用下产 生
护 ，提高 了生产 管 理效 率 。
作 者 简介 ： 李 小 莹 （９ ０ ） １７ 一 ，女 ，广 东 广 州 人 ， 工 程 师 ，
海洋工程中的结构分析与设计研究
海洋工程中的结构分析与设计研究海洋工程是指利用海洋资源为主要目的，通过工程手段开发利用海洋资源的领域。
在海洋工程中，结构分析与设计是非常重要的一环。
它涉及到工程的安全性、可靠性、经济性等方面，影响着整个工程的质量和成败。
在海洋工程中，结构分析与设计的研究对象可以是船舶、海洋平台、海底管道等多种类型的结构。
在这些结构中，需要考虑海洋的复杂环境因素，如波浪、风、潮流、浪涌、海水腐蚀等，这些因素对结构的影响是不可忽视的。
因此，在结构设计时，需要针对环境因素进行充分地考虑和分析。
在海洋平台的结构设计中，不同的平台类型需要采取不同的设计方案。
对于浮式平台，需要考虑平台的稳定性和耐波性；对于钻井平台，则需要考虑岩石的稳定性、钻入深度以及钻井的效率等多方面因素。
而对于海底管道的结构设计，则需要充分考虑海底的地形、地质条件，以及管道本身的强度和防腐蚀措施等问题。
海洋工程中结构的分析与设计，不仅关系到海洋资源的利用，也关系到海洋环境的保护。
在石油天然气开采过程中，由于泄漏导致的海洋污染事件时有发生，这些事件给海洋环境带来了极大的危害。
因此，在海洋平台的设计中，需要充分考虑对环境的保护，在平台本身对海洋污染的控制方案上做出充分的考虑。
结构分析与设计是海洋工程中的核心内容，需要充分的理论知识和实践经验。
海洋工程的发展离不开各类研究机构的不断努力，如船舶研究所、海洋资源开发中心等，这些机构不断的开展研究和创新，为海洋工程发展保驾护航。
总之，海洋工程中结构的分析与设计是一个需要综合考虑多方面因素的复杂问题。
只有通过不断地研究、分析和实践，才能够为海洋工程开发利用做出更大的贡献。
海洋平台的结构设计与分析
海洋平台的结构设计与分析在人类探索和利用海洋资源的进程中，海洋平台扮演着至关重要的角色。
从石油和天然气的开采，到海上风力发电，再到海洋科学研究，海洋平台为各种活动提供了稳定的工作场所。
而其结构设计的合理性和科学性，直接关系到平台的安全性、可靠性以及经济性。
海洋平台所处的环境极为恶劣，要承受海浪、海流、海风等多种海洋动力荷载的作用，同时还要面临海水腐蚀、海洋生物附着等问题。
因此，在进行海洋平台的结构设计时，必须充分考虑这些因素。
首先，从平台的类型来看，常见的海洋平台主要包括固定式平台和移动式平台两大类。
固定式平台如导管架平台，通常用于浅海区域的油气开采。
其结构由打入海底的钢质导管架和上部的工作平台组成，具有稳定性高、成本相对较低的优点。
而移动式平台，如半潜式平台和自升式平台，则更适用于深海作业。
半潜式平台通过半潜在海水中，利用水的浮力和自身的结构特点来保持平衡，能够在较深的海域进行作业。
自升式平台则通过桩腿的升降来适应不同的水深，具有灵活性强的特点。
在结构设计中，材料的选择是关键之一。
由于海洋环境的腐蚀性，通常会选用具有良好耐腐蚀性的高强度钢材。
同时，为了提高平台的使用寿命，还会采用各种防腐措施，如涂层防护、阴极保护等。
平台的结构形式也需要精心设计。
例如，导管架平台的导管架结构要能够承受巨大的竖向和水平荷载，其节点的连接方式和强度至关重要。
而对于半潜式平台，其浮体的形状和尺寸、立柱的数量和布置等都会影响平台的稳定性和运动性能。
在进行结构分析时，要综合运用多种方法和技术。
有限元分析是一种常用的手段，通过将平台结构离散为有限个单元，建立数学模型，能够准确地计算出平台在各种荷载作用下的应力、应变和位移情况。
此外，还会进行动力分析，考虑海浪、风等动力荷载的作用，评估平台的振动特性和疲劳寿命。
海洋平台的结构设计还要充分考虑施工的可行性和便利性。
施工过程中的起重能力、运输条件等都会对平台的结构形式和构件尺寸产生限制。
基于SACS的海洋平台疲劳可靠性分析
式中 , D 为累积的疲劳损伤度 ; n ( S i ) 为应力水平 S i 下的实际循环次数 ; N ( S i ) 为应力水平 S i 下的疲劳 破坏循环次数 ; k 为安全系数 ,视构件的重要程度及 其疲劳分析的可靠性 ,一般取为 2～10 [ 224 ] 。 如果为 1 a 内产生的累积损伤 , 则节点的总寿 命 T为 1 ( 3) T=
D
2 波浪力的计算
根据海况资料计算作用在平台桩腿构件上每一 种波高所产生的波浪载荷 , 各种波高在不同波向时 所产生的波浪载荷按 Moriso n 公式计算 ,可得 π 2 1 ( 4) f = ρ CD D u| u| +ρ CM D u 2 4 式中 , f 为单位长度桩所受波浪载荷 ,N ;ρ为海水质 量密度 , kg/ m3 ; u 为水质点的速度 , m/ s ; u 为水质 点的加速度 , m/ s2 ; D 为结构物直径 , mm ; CD 为阻 尼系数 ; CM 为惯性力系数 。 式 ( 4) 中水质点的速度和加速度可根据水深 、 波 高以及波周期选择合适的波浪理论进行计算 。多数 情况下 Sto kes 五阶波理论能提供可靠 、 准确的数 据[ 5 ] 。
( 2)
的有限元结构分析程序 , 该程序包含多个互相兼容 的分析模块 ,其中 Fatigue Damage ( 疲劳损伤 ) 模块 融合了美国 A PI 规范 , 提供了多种算法 , 能够完成 海洋平台结构的疲劳损伤与寿命计算 。目前 , 该程 序已发展成当今海洋结构设计分析中应用最广泛的 设计分析系统 。
Fatigue Reliability Analysis of Off shore Engineering Based on SACS
WAN G J un2p u1 ,A I Zhi2jiu1 ,L I Xu2zhi2 ,J IAN G Wei2
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受菲利普挪威石油公司的委托, 笔者在挪威访 问期间, 参与“基于可靠性计算的海洋平台检测与评 价”项目[1]. 本文介绍 FS1 三角支撑导管架平台结构 的可靠性分析. 分析的目的是计算平台、基础和甲板 支腿结构系统在浸没深度为 7. 5m 到 12m 范围内的 失效概率 P f , 据此对平台的可靠性作出评价, 并提 出延长平台使用寿命的技术措施.
海洋平台结构可靠性分析Ξ
Rel iab il ity Ana lysis of an O ff shore Pla tform
李继祥1) 高建强2)
1) 江汉石油学院, 荆州, 434102; 2) 西安石油学院. 第一作者: 男, 1962 年生, 副教授
摘 要 为了延长近海平台的使用寿命, 需要对现役平台结构进行可靠性分析与评价. 介绍 了可靠性方法及其在近海平台极限状态设计和结构评价中的应用, 给出了理论公式和实际计算方 法. 描述了 FS1 导管架海洋平台结构极限状态设计和结构评价时所考虑的三种失效情形: (1) 平台 失效; (2) 甲板支腿失效; (3) 基础失效. 首先提出平台的非线性结构计算模型, 然后确定作用在平 台、甲板和过桥上的载荷, 最后分析计算系统抗力和平台的可靠性. 研究结果表明, 当沉没深度达 10. 65m 时, 平台失效概率达 1 1000. 根据分析结果, 提出了延长平台使用寿命的技术措施。本项目 研究所采用的计算方法和研究成果可供类似结构分析和工程实践参考.
2 载荷分析
计算作用在甲板和过桥上 4 个不同浸没深度 7. 5m、8. 5m、10. 0m 和 12. 0m 处的载荷. 波载随波峰 期 T p 和浸没深度H im 的变化, 计算时考虑 12 个波来 自的方向, 分别分析每个方向的波载. 根据对称性, 考虑来自 4 个方向的波, 波方向间隔为 30°, 分析 4 个 方向的波载. 计算波载时, T p 值的取值从 8. 0s 到 20. 0s, 间隔 2. 0s. 根据每个不同的 H im 计算每个 T p 值.
g j (h s Η) =
ΧsS C
Qd + Qw Qj
-
甲板支腿破坏:
(Q jΧj + Q dΧd + Q w )
g d (h s Η) = ΧsD L C
Qd + Qw Qj
-
(Q jΧj + Q dΧd + Q w )
基础破坏:
g f (h s Η) =
Χf F C
Qd + Qw Qj
-
(Q jΧj + Q dΧd + Q w )
y
=
Fy
V
2 p
Lx
根据斯托克思 (STO CKES) 5 阶波理论利用程
用波载计算程序W A JA C 将百年一遇的波载 (波高H = 24. 3m , 波周 T = 14. 5s. ) 应用到结构分 析中. 十年一遇的水流 (流速 v = 0. 55m s) 以波的 形式包含在同一方向的波载中.
2. 4 甲板和过桥上的波载
假定土层为软粘土或砂性土. 采用 A P I[4] 推荐的曲 线来确定最终承载力和边摩擦弹簧 (q - z 和 t - z 曲线).
采 用 U SFO S 模拟桩及桩周土层. 桩的几何参 数 连 同 非 线 性 p - y、t - z 和 q - z 曲 线 是 由 U SFO S 的控制文件确定的. U SFO S 据此自动地为 每层土层产生非线性弹簧地基单元.
R = (Q d + Q w ) Q 对于每一个R 值, 分别计算甲板支腿、平台基础 的系统抗力.
3. 1 计算步骤
下 面的计算步骤用于计算每一个波方向、每个 R 值时甲板支腿、平台和基础的系统抗力.
步骤 1: 进行U SFO S 分析, 分析破坏模型. 如果 破坏模型是甲板支腿破坏, 则分析时的最大抗力代
准则由DH I1993 年的报告给定[8]. 假定H s 的平均值 H sm ean 的概率分布为:
Η ( F h H smean Η sm ean ) =
exp -
exp 2 -
2. 968
h sm ean
h
Η s100
2. 5
4. 3 确定载荷
表实际波作用方向和 R 值的甲板支腿抗力. 步骤 2: 加强步骤 1 中的破坏构件, 增加其屈服
计算自由场波载时采用水力学程序 PA T FO R [5、6]. 该程序根据线性波理论, 建立了两个
将 所有的载荷输入到系统抗力分析中. 恒载由
独立的计算模型, 甲板计算模型和过桥计算模型. 该 分析的输出是作用在甲板 (过桥) 上的波载、波峰期
STRU DL 输入文件产生或从 PPCoN (菲利普挪威 石 油公司) 提供的重量信息中得到. 所有的环境载 荷由计算产生并应用在 PR EFRAM E 中或者利用波
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7. 62～ - 100. 6m (包括入土深度 30. 7m ) 布置一根 主 桩. 主桩外径为 1067mm. 在主桩中间布置的插入
2. 3 来自甲板和过桥的载荷
计算土壤横向弯曲采用土壤侧向能力 p 相对侧 向土壤变形或桩挠度 y 的关系曲线 (p - y 曲线) 时
用在甲板结构上. 甲板上的波载根据下面的公式计 算, 分别考虑甲板上的波载和风载与平台上波载的 比率 R 值为 0、0. 25、0. 5、1. 0、2. 0 和 3. 0:
Q d = R × Q j, 100 - Q w
每个扇区的年失效概率为:
P F = P f [ g j (h s Η) ≤ 0 ] ∪ P f [ g d (h s Η) ≤ 0 ] ∪
P f [ g f (h s Η) ≤ 0 ]
12
∑ 总的年失效概率为: P F =
( sectorP F ) i
i
4. 2 概率分布
计算时采用的概率分布取自分析基础[2], 环境
到, 该输入文件来自 PPCoN 所提供的重量信息.
计算作用在甲板和过桥上的一百年一遇的风载
(Q w ) 后, 以点载荷的形式施加在甲板的过桥支撑点
处.
甲板和过桥上的波载 (Q d) 以点载荷的形式作
图 1 平台结构示意图
土 层参数基于现有的 2 4H 研究结果[3], 使用 2 4H 平台现场孔芯所得的土层柱状图.
结构分析方法建立的基础、平台、甲板支腿的系统抗 力输入到概率计算模型中, 此外, 将环境数据、载荷 和系统抗力的不确定分布特性输入到概率模型中.
4. 1 极限状态方程
平台的破坏定义为一个或多个系统组件的破 坏, 包括平台辅助结构. 三个极限状态方程定义为:
平台破坏:
3 系统抗力分析
采用U SFO S 计算系统抗力, 考虑 4 个方向、6 个 R 值和 3 个破坏模型, 共 64 个抗力分析. 计算系统抗 力是考虑波作用方向为 0°、330°、300°和 270°(相对 平台北顺时针方向, 即 0°表示波从平台的北来). 利 用结构的对称性, 环向间隔 120°. 在失效概率分析计 算中可用间隔为 30°的 4 个方向代表所有 12 个方 向. 对于 4 个方向中的每一个, 计算系统抗力时考虑 6 个不同的R 值 (0. 0, 0. 25, 0. 5, 1. 0, 2. 0 和 3. 0) , 这 里 R 是甲板上的波载Q d 和风载Q w 与平台上波载Q j 的比率:
桩外径为 762mm , 入土 55. 7m 至 E l. - 155. 5m 处.
甲板上的载荷包括由计算机产生的结构自重和
其它载荷, 因而过桥的自重和作用其上的管线载荷
在模型中以点载荷的形式作用在过桥支撑点上. 甲
板和过桥上无一般的活载荷. 除程序所产生的结构
自重外, 所有的永久载荷均由 STRU DL 输入文件得
导 管架平台由三根桩支撑, 在每个支腿从 E l.
Ξ 挪威 J IP 项目, 由挪威国家石油公司 Stato il 和菲利普挪威石油公司 PPCoN 委托.
西安石油学院学报·1999 年 7 月·第 14 卷·第 4 期 (J1of X i’an Petr. In st. Jul. 1999 Vol. 14 No. 4)
纵向和横向的水分子速度. 等量阻力系数 C d 方程由 波载 F x (F y) 除以水粒子速度 V p 的平方和甲板 (过 桥) 的长度 L x (L y) :
载生成程序W A JA C 生成. 2. 1 作用在平台上的波载和水流载荷 (Q j, 100)
Cd, x =
V
Fx
2 p
L
C d, y
使用的 U SFO S 模型是从菲利普挪威石油公司 提供的结构分析软件 STRU DL 输入文件开发的.
在 平台顶部边添加风载和波载, 用交互式输入 文件填写平台几何参数和顶边载荷. 该文件用作输 入到波载程序W A JA C 产生载荷交互文件, 这包括 作用在平台结构上的波载和浮力. 该输入交互文件 也用于输入到 U SFO S 水平位移分析模型中. 控制 文件包括非线性基础模型和非线性连接挠曲模型, 用于每个 U SFO S 分析, 每个控制文件有不同的载 荷组合. 在分析基础中定义了该项目中所用的常量 和材料性能参数. FS1 三角支撑导管架海洋平台几 何 模 型 如 图 1 所 示. 该 图 不 包 括 桩, 桩 包 括 在 U SFO S 控制文件的模型中. 该模型包括支撑构件之 间的连接件. 在支撑框架进入支腿之间的地方, 不考 虑连接件的韧性. 作出了主要甲板结构包括甲板下 面支撑的模型, 包括桥支撑结构. 辅助结构如甲板 板、纵梁、锚钉等以载荷作用的方式输入到模型中.