導(dǎo)管架平臺動力性能及安全性分析.pdf

1、作為常見的海上結(jié)構(gòu)，導(dǎo)管架平臺在完成鉆井、采油、儲油等作業(yè)的同時(shí)，由于長期暴露在海洋環(huán)境當(dāng)中，會受到惡劣的天氣環(huán)境以及其他諸多復(fù)雜因素的影響，有時(shí)還會受到爆炸、撞擊等偶然載荷的作用，因此平臺倒塌事故時(shí)有發(fā)生，這不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為保證結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境下的抗倒塌能力，延長結(jié)構(gòu)的服役期，有必要從整體結(jié)構(gòu)層面出發(fā)，研究平臺結(jié)構(gòu)的整體安全性能。目前導(dǎo)管架平臺的整體安全水平研究主要圍繞在靜力載荷作用分析的階段，由

2、動力載荷造成的整體倒塌以及所體現(xiàn)的安全儲備方面研究較少。同時(shí)，對于導(dǎo)管架的倒塌過程，很少進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部桿件的屈服過程與塑性發(fā)展特性相關(guān)探討。本文針對以上幾個(gè)問題展開了相關(guān)研究:
　　探究了非線性方法在有限元分析中的實(shí)施手段。對于常見的倒塌分析，一般要求考慮材料、幾何非線性，從而能夠模擬更為反映實(shí)際情況的倒塌過程，因此有必要深入了解非線性在結(jié)構(gòu)分析中的實(shí)施過程與分析手段。將推導(dǎo)二維梁單元的幾何、材料非線性有限元模型，結(jié)合Newton-

3、Raphson方法編制程序，研究非線性在結(jié)構(gòu)分析中對計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響。
　　研究了導(dǎo)管架平臺的靜力倒塌安全性。采用某冰工況下的環(huán)境要素，以及基于提高重現(xiàn)期的載荷增量方法，對平臺進(jìn)行了Pushover分析，得到了不同方向的結(jié)構(gòu)承載力與桿件塑性發(fā)展過程，進(jìn)而根據(jù)其儲備強(qiáng)度(RSR)探討了結(jié)構(gòu)整體安全性能;編制了逐步回歸響應(yīng)面程序，該方法不需提前給出功能函數(shù)，且計(jì)算效率較高。然后，計(jì)算了結(jié)構(gòu)的整體可靠度，并通過給定擬合方程的JC法驗(yàn)證

4、了程序的可靠性。研究表明，盡管兩類指標(biāo)的研究側(cè)重點(diǎn)不同，但兩類指標(biāo)均能很好地對結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行描述。
　　在地震作用下，對導(dǎo)管架平臺進(jìn)行了動力性能研究。選擇了26條具備不同頻譜特性的三向地震記錄，采用IDA方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動力增量分析，在分析中記錄不同地震波作用下結(jié)構(gòu)全過程響應(yīng)信息與桿件狀態(tài)信息，以及塑性點(diǎn)、倒塌點(diǎn)對應(yīng)的載荷水平。探討了結(jié)構(gòu)的位移、層間角等動力參數(shù)的發(fā)展規(guī)律，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在不同地震波下的動力參數(shù)發(fā)展特性并不一致且差別較

5、大。然后對結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展過程進(jìn)行了研究，提出了基于塑性發(fā)展影響系數(shù)的最易出現(xiàn)失效模式。該方法獲取的失效模式與所有真實(shí)倒塌失效模式均較為接近且相似度離散性較小，具有統(tǒng)計(jì)意義。
　　對平臺結(jié)構(gòu)的動力倒塌失效特性進(jìn)行了研究。首先，對相關(guān)倒塌參數(shù)進(jìn)行總結(jié)，通過變形能、位移響應(yīng)、基底剪力等特征參數(shù)對海洋平臺結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力與安全儲備進(jìn)行分析，進(jìn)而，從頻譜特性的角度探討了結(jié)構(gòu)的倒塌極限狀態(tài)動力特性，以及不同頻譜特性與倒塌相關(guān)參數(shù)之間的聯(lián)系。研