深水導(dǎo)管架海洋平臺安全可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、深水導(dǎo)管架海洋平臺由于工作水深較大,施工方便等優(yōu)點,得到快速發(fā)展和推廣。但由于深水導(dǎo)管架海洋平臺自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、龐大的體積、昂貴的造價以及極惡劣的工作環(huán)境,對其安全性與經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。本文依托中石化應(yīng)用基礎(chǔ)項目-“深水導(dǎo)管架平臺關(guān)鍵技術(shù)研究”,通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬、工程實例分析及配套軟件開發(fā)等手段,重點開展了深水導(dǎo)管架海洋平臺安全可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計的研究。
　　 本文主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)基于非線性

2、地基梁理論,采用非線性土彈簧模型模擬樁-土相互作用,建立了深水導(dǎo)管架海洋平臺非線性動力分析模型。對比分析了采用等效樁法與考慮樁-土耦合法時平臺的振動模態(tài)及關(guān)鍵部位處位移、速度及加速度的動力響應(yīng)規(guī)律；考慮了樁-土耦合法計算時的群樁效應(yīng)問題,分析了海底表層土性質(zhì)、樁間距及樁徑對平臺動力響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　 (2)采用時程分析法對平臺在地震載荷作用下的非線性動力響應(yīng)進(jìn)行分析,并與反應(yīng)譜法計算結(jié)果進(jìn)行了對比研究。分別運用IDA方法及P

3、ushover法對深水導(dǎo)管架平臺的抗震性能進(jìn)行分析,并對Pushover法不同側(cè)力加載模式的適用性與準(zhǔn)確性進(jìn)行分析比較,得到了適合深水導(dǎo)管架海洋平臺的側(cè)力加載模式。針對平臺設(shè)計參數(shù)、材料參數(shù)、地震載荷的隨機性,建立了平臺在地震作用下的動力可靠性分析模型,并進(jìn)一步考慮了地震導(dǎo)致的土層液化對平臺動力可靠性的影響。
　　 (3)針對深水導(dǎo)管架海洋平臺在隨機波浪載荷作用下的疲勞問題,采用能夠準(zhǔn)確考慮海洋波浪能量沿整個頻率范圍分布情況的譜

4、分析方法,并引入結(jié)構(gòu)可靠性理論,建立了深水導(dǎo)管架海洋平臺的疲勞可靠性模型,并同基于等效Weibull分布方法的計算結(jié)果進(jìn)行了對比。
　　 (4)由于深水導(dǎo)管架平臺疲勞問題突出,因此,要設(shè)計合理的平臺結(jié)構(gòu)形式,必須考慮平臺的疲勞性能。本文通過MATLAB編程實現(xiàn)了Hooke-Jeeves直接優(yōu)化算法法,將ANSYS有限元軟件作為求解器進(jìn)行深水導(dǎo)管架海洋平臺的動力響應(yīng)及疲勞可靠性計算,并將疲勞可靠性指標(biāo)作為優(yōu)化的一項約束條件,通過M

5、ATLAB循環(huán)調(diào)用批處理模式下的ANSYS軟件實現(xiàn)最終的平臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過程。同時,引入一種可行的簡化方法,即先進(jìn)行極限靜力載荷工況下的導(dǎo)管架海洋平臺靜力優(yōu)化分析,然后在靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上,將平臺固有頻率和安全疲勞可靠性指標(biāo)作為約束條件進(jìn)行動力優(yōu)化分析。
　　 (5)針對深水導(dǎo)管架海洋平臺選型這一復(fù)雜問題,基于層次分析法、綜合模糊評判方法等理論,引入三級模糊優(yōu)選決策理論以及專家群組評判可信度方法建立了深水導(dǎo)管架海洋平臺模糊優(yōu)化選型

6、模型。以200m水深導(dǎo)管架海洋平臺為例,對平臺四種方案進(jìn)行綜合模糊優(yōu)選。
　　 (6)以風(fēng)險評估理論和模糊數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ),結(jié)合深水導(dǎo)管架海洋平臺設(shè)計施工特點,對平臺上駁過程、拖航過程和下水過程中不確定因素潛在的風(fēng)險進(jìn)行了分析。通過故障樹法對各個過程的風(fēng)險因素進(jìn)行識別,并建立對應(yīng)的故障樹模型。引入基于專家群組可信度方法求解各風(fēng)險因素的相對權(quán)重、各因素的發(fā)生概率隸屬度以及各因素的后果嚴(yán)重程度隸屬度。最后編制了針對深水導(dǎo)管架上駁過程、