石油天然气工业 海洋结构附加信息和指南

附加信息和指南A.1 分项系数的校准分项系数的推导是基于一系列设计条件进行的。

可靠度会根据设计条件的不同而发生变化，因此对各个独立参数进行优化，最大程度减少不同条件下与目标可靠度的偏差。

可以对独立地理位置和结构形式进行校准，或者对预期不同地理位置和结构形式进行校核。

需要对每个极限状态和L1、L2和L3各个风险等级单独校准。

分项系数的校准需指出整个结构中特殊部件的重要性，作用效应的权重组合和阻力模型。

宜适当考虑基本变量的不同发生率和统计不确定性。

A.2 可靠度A.2.1 总则在本文件中，“可靠度”一词主要用于“结构可靠度”，也涉及人员的整体安全、环境风险和经济风险。

当可靠度度评估基于实际经验时，它们被称为“定量分析”，这意味着结果可以用来解释真正的失效率。

在这种情况下，不确定性（包括知识的缺失）是最小的，不会对计算或假定的可靠度水平产生实质性影响。

当建模的不确定性和假设对结果有重大影响，可靠度分析被认定是定性的，意味着失效概率不一定会是真实的。

最好使用定量分析的方法，但有时不可能使用定量分析。

“定性”结构可靠度分析通常用于制定ULS 和FLS 标准，而“定量”风险评估在ALS 标准方面发挥更大作用。

可靠度水平与原因、设计条件、使用的分析方法和不确定性密切相关。

在设置目标可靠度水平时应根据结构、基础、地震和冰情况区分考虑。

在可能的范围内，所选择的可靠度目标应与既定现实情况保持一致，以便维持可接受的风险值。

制定目标时应考虑生命安全、环境后果和经济后果。

如果需要，还应考虑在设计寿命期或分析阶段参数变化对可靠度的影响。

本条款中概述的原则可用于：——分项系数推导；——证明通过特定的设计方案可以实现足够的安全性；——证明通过运输、逃生、疏散、救援和海冰管理等操作程序可以获得足够安全保障。

A.2.2 可靠度和失效概率安全可以表示为——指定参考期内的失效概率——可靠度，即在参考期内不发生失效的概率可靠度和失效概率通常以年为单位表示，这意味着参考期为一年。

这两种度量方式可以等效使用，这两个术语可经常互换。

可靠度R 和失效概率f p 之间的关系由式〔A.1〕给出：R =1−P f ………………………………………………(A.1)有时把结构可靠度度量作为储备强度比，即结构的极限承载力除以100年极限作用的比例。

同时可以在度量和可靠度间建立对应关系，需要强调这种对应关系只用于特定分析方法。

A.2.3 系统和部件可靠度可评估单个结构或系统组件以及整体结构的可靠度。

当一个以上失效状态控制结构或系统部件的可靠度，或者分析的结构或系统由多个组件构成，应评估整个系统的可靠度。

应特别强调初始部件失效导致系统失效的可能性。

ALS标准通常与系统故障有关，而ULS和FLS标准通常与组件故障有关。

根据疲劳要求，将部件失效标准与疲劳失效导致系统失效的可能性联系起来是很重要的。

已经为相关的灾害（包括风暴、地震和冰）制定了结构失效的（例如，L1和L2风险等级）可靠度目标。

这些目标的确立是为了实现社会认可的人员和环境的风险水平。

A.2.4 单一和多重原因可靠度评估可针对单个或多个原因进行。

单一原因可能包括特定的物理环境过程，如波浪和冰，或其他灾害，如火灾、爆炸和船舶碰撞。

可靠度目标应反映不同原因对结构或系统的安全影响。

A.2.5失效概率与生命安全海上设施的风险水平在安全分析（安全案例）中通常以年度个体风险形式（IRPA）进行量化和体现。

即每年的个体死亡可能性。

IRPA中规定了风险容忍标准，并以对降低IPRA贡献的方式评估了风险缓解措施。

IRPA的作用在于直接平衡了有人平台（L1风险等级）在既定灾害下导致结构倒塌的年概率。

然而结构失效仅是个体风险的一个因素，这个比例与平台类型和地理位置密切关联。

对于有人平台，应尽量减少IRPA和结构倒塌的年概率。

A.2.6灾害曲线已经为最相关的危险包括极端风暴风险（见ISO 19902）、地震风险（见ISO 19901-2）和冰风险（见ISO 19906）设立结构失效的（例如，L1和L2风险等级）可靠度目标。

对于给定的风险等级，这些目标的差异在很大程度上反映了相关灾害曲线斜率的差异。

灾害曲线描述了灾害程度随重现期或年超越概率的变化。

这个曲线提供了降低给定风险方法的相应难度。

图A.1给出了覆盖波浪运动（受拖曳力控制的海上钢结构平台）、海冰作用和地震作用的灾害曲线示例。

灾害曲线的“斜率”可定义为10000年灾害强度除以100年灾害强度的比值。

在图A.1给出的示例中，在海冰作用下的灾害曲线坡度相对较缓（1.4至1.5）（见参考文献[14]），对于以拖曳为主的结构，在波浪作用下增至1.5-1.9（见参考文献[15]），在地震灾害下显著增加至2.5至5（见ISO 19901-2）。

冰脊作用下的灾害曲线与地震灾害曲线基本一致（见参考文献[14] ）。

参数：规整化的作用(ERP/E100)a重现期（年）地震作用波浪作用海冰作用a ERP/E100 指不同重现期运动与百年运动比值图A.1-灾害曲线示例这种斜率差异意味着提高安全性所增加的成本取决于灾害类型和地理位置。

在地震活动性强的地区，成本可能远远高于在极端风暴或海冰作用下提高安全性的成本。

对于海冰作用，灾害曲线的斜率类似于与冬季风暴波浪灾害曲线的下限。

因此在冬季风暴（北海）条件下，ULS设计中100年条件下的作用系数（如ISO 19906:2010表7-4所示）确实与ISO 19902:2007表A.9.9-1所示非常相似。

ALS设计的重现期也是等效的，并且可靠度目标也是相似的。

对于ISO海洋结构物标准中未明确涵盖的其他危险或地理区域，可以使用相同的原则并考虑A.2.7中提供的指南来制定一致的作用系数。

A.2.7概率分析A.2.7.1总则ISO 2394包含了许多关于概率计算方法的细节。

A.2.7.2至A.2.7.4给出了海上结构物的一般指南。

A.2.7.2模型特征作用和抗力可以用概率分布直接表示，也可以用与环境或结构参数相关的数学模型来表示，这些参数本身用概率分布来描述。

模型中用于表示作用和抗力的不确定性应加以表征并纳入计算方法中。

A.2.7.3参数表征在描述事件、作用和抗力模型中基本变量的概率分布时，应考虑以下因素。

——分布的选择应能反应自然流程。

——可行时，应选用本地数据来表征作用。

如果直接测量不充分，在合并可用数据组并与其他局部参数建立相关性时，宜对采用的其它地理区域的数据进行可靠的物理和数学推理。

——最简单的分布形式通常是最好的，特别是在数据量有限的情况下。

——应纠正取样偏差。

——应特别注意较大作用参数分布的尾部。

从有限的数据集中推断出极端值或异常值可能导致重大错误，并可能导致不安全或过于保守的设计。

——在考虑年度值分布时应使用极端型分布。

——分布应反映数据中的不确定性。

——如相关则应考虑季节性变化。

——参数的统计描述应反映事件的持续时间和后果。

——在适当的情况下，应考虑参数之间的相关性，以及时间序列的自相关性和交叉相关性。

——应验证与作用相关的平均、极端和异常水平的参数值，以确保它们在物理上是真实的，并且组合是有意义的。

——当使用高斯分布或均匀分布来简化分析时，应验证其合理性。

A.2.7.4作用和作用效应组合通过联合概率分布，每一个作用都应与相应的伴随作用以概率方式组合。

不必同时考虑相排斥的作用。

对于疲劳失效，应在作用组合中考虑结构寿命期间所有重复作用的累积效应。

A.3分析和模型指南A.3.1总则本章为评估结构性能时采用的计算机分析及模型试验提供一般性指南。

确定具体运动（如环境、地震等），或特定结构部件的响应（如锚链、基础等）及特定平台类型（如固定钢制导管架、浮式生产系统、自升式平台等）的要求和建议涵盖于适合于海洋结构物的国际系列标准的相关标准中。

A.3.2结构分析一般来说，用于结构设计或评估的分析程序包括:a)总体分析给出结构整体的作用效应（力、力矩、加速度、位移、作用于基础或驻守系统的力）；b)单个结构部件的作用效应（力和力矩）的结构分析；c)分析结构部件（截面、接头等）应更详细说明其抗力和性能（强度和稳定性）；d)分析局部特征和细节，例如，在横截面和连接处的不连续处。

在可能出现局部应力集中的FLS中，充分准确地表示局部特征和细节尤为重要。

对于SLS、ULS和FLS，即使局部应力集中可能超过屈服应力，整体结构分析采用线性弹性方法通常也是合适的。

如果结构系统的行为本质上是非线性的，例如，立管和系泊系统以及桩土相互作用，则应使用适用的非线性方法进行分析。

对于ALS分析，如果需要（如塑性变形等），可以考虑使用已证实的非常规的作用或抗力，前提是结果对所考虑事件定义的微小修改相当不敏感。

对于大多数公认的商用软件的结构分析程序，当有经验和经过良好培训的操作员使用时，这些软件被证明适合其预期用途。

在这些情况下，原软件编制者已对其预期应用进行过充分的验证和确认并记录。

同样每个新软件发布前的验证也应该被记录以便进行独立验证。

但是，用户应该认识到，只能对可能的条件的有限子集进行建模、检查和编制报告。

如果创新的分析方法和技术与商用软件一起使用，或采用专有软件解决方案，设计人员或评估人员应验证方法的合理性。

在上述两种情况下，计算机辅助分析的结果都应该经过用户系统的审查和评估。

A.3.3物理模型测试物理模型测试可用于：——在考虑FLS、SLS、ULS或ALS时，需研究物理环境（风、浪、流、冰）对结构或其部件的作用或作用效应（结构响应）；——确定复杂几何体的水动力特性——研究操作及对应的物理环境——确定结构或部件的抗力——研究材料的复合特性和流体行为——研究外部真实情况或原型试验——验证没有发生意外情况——分析或数值模型不合适或不具有代表性的情形——补充或验证分析或数值方法A.3.4模型测试计划模型试验的计划、实施和解释应考虑以下问题：——比例应符合适当的相似理论——比例因子应在重要属性标度良好的范围内——应尽量减少缩放误差——应验证试验程序——应正确校准所有测量值——建模参数应反映预期目的——所有相关的测试数据和相关的观察结果应正确记录——应证明可重复性，或进行足够的试验以捕捉结果的潜在变异性——解释时应适当考虑建模关系的不确定性和行为的可变性进行模型试验时应注意以下几点：a)结论应基于适当比例的参数和验证的试验程序b)应适当考虑比例效应c)模型试验结果应通过实例验证，或使用数值或分析方法验证d)应尽量减少仪器对测量的影响e)应识别并最小化模型假态A.3.5计算模型不确定性计算模型是相关变量之间的物理基础或经验关系，这些变量通常是随机变量。

模型应尽可能完整和准确，以确保当使用测量的变量值时，产生的错误最小。

模型复杂性应与可用输入数据和预期结果的准确性一致。