单点系泊海洋平台结构管节点强度校核与可靠性分析

节 点进 行 了强 度校 核 . 用 可靠度 分 析软 件 计 算 了管 节 点 强度 可 靠度 . 到 了海 洋 平 台的 最 不 并 找
利 的节 点和 工 况组合 , 为合 理设 计 海 洋平 台结构 和现 役平 台结构 的科 学评估 , 测 , 护和 修 理 检 维
提 供 了分析 方 法和理 论依 据 .
3 3 管节点可 靠度计算 . 对 平 台结构 管节点 强度校核 值较 大的管节点应 用 自行开发 的可靠度计 算程序进 行可靠 度计算 , 计算 时 分别采用 2 O年设 计基准期 和 5 O年重现期 两种状态进行 , 计算结 果如表 2 所示 .
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平台建模计算分 析时考虑结构一 土相互作 用的影响 . 桩一 整个平 台结构模型 如图 2 所示 , 采用有 限单元离 散, 结构模 型节点 总数 为 3 7 单元 总数为 3 6 采用非线性 弹簧来模 拟桩土相互作用 , 6, 9. 每根桩分为 4 个梁单 8 元 ,6 9 根侧 向弹簧 ,8 竖向弹簧 ,8根扭转弹簧和 1 4根 4 根端承弹簧 . 弹簧参数 由文献 [ 3 6 所提供的 P —Y 曲线 数据 表 , T—z曲线数 据表 , Q—z曲线 数据表计算 得 出.在非线 性结构分析 时 , 材料的本构关 系采用理想 钢
关键 词 : 管节 点 ; 洋平 台结构 ; 海 强度 校 核 ; 靠性 可 中 图分 类号 : 5 P7 1 文 献标识 码 : A
单点 系泊海 洋导 管架平 台结构 是近 2 O年来海上 采油的新技术 , 具有 可转移再 利用 的优点 , 合海上 油 适 田早期 生产 , 也适 合油 田开发过程 中变化着 的油气增 减处理 能力 .单点系泊具 有风标 效应 , 因此 可降低系统 在风 , , 浪 流环境条 件作用 下 的运动响应 .正由于这样 的优 点 , 国内在 B 2 —1油 田的开发 中首次采用 了软 Z8
3 分 析管节点强度 校核值 , ) 可以发现冲剪校核值 和名义应力校核值两者结果较 为接近 , 以在对平 台结 所
构进行 管节点强度校 核时 , 用冲剪校核法 和名义应力 校核法两者效果 大致相 同 . 采
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第 1 9卷
第 4期
中 国
海
洋
2 1 强 度 校 核 准 则 .
收 稿 日期 :0 30 — 5 2 0 — 9 1
作 者 简介 : 剑 ( 9 8 ) 男 , 士 研究 生 , 宋 17一 , 博 主要 从 事结 构工 程 和海 洋工程 的研究 .
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第 1卷 9
第4 期
中 国
海
洋
平
台
Baidu Nhomakorabea
· 7· 2
在复 杂环境荷载作 用下的海洋 平台结构构件 , 一般都处 于拉 弯或压弯的状态 . 海洋平 台结构管节点强度 校核依据 文献[ ] 一般 采用冲剪校 核和名义应力校核 .在极 限荷载状况下 , 4, 允许应力 值提 高 13 /.
2 2 可 靠 性 分 析 方 法 .
l 海 洋 平 台结构 管节 点
海洋 平 台结构 中杆件 和管节 点是两 个基本 构件 , 而 其 中的管节点是连 接各个杆件 的关键部 位 .如果管节点 发 生破坏 可能会 导致 整个结构 的失 效 , 以应该 对海洋 所
平 台 结 构 中 的管 节 点 给 予 足 够 的重 视 .图 1是 管 节 点 的
多, 起主导作 用的是波浪作 用 , 通过 荷兰水池模 型试验 , 出系泊力 和波高的指数关系 . 得 通过环境资料统计分
析 得 到 波 高 , 速 以及 流 速 的 分 布 概 率 .B 2 — P 平 台共 有 1 3种 荷 载 基 本 工况 ,4种 组 合 工 况 .应 用 风 Z 81S M 6 6
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·2 6·
宋剑 等
单 点 系泊 海洋平 台结构 管节 点强 度 校核 与可 靠性 分 析
20 年 8月 04
文 章编 号 : 0 1 5 0 2 0 ) 4 0 6 4 1 0 —4 0 (0 4 0 —0 2 一O
单点 系泊海 洋平台结构 管节点强度校核 与可靠性分析
'2 · 8
宋 剑 等 单点 系泊 海洋 平 台结构 管 节点强 度校 核 与可靠 性 分析
20 年 8 04 月
图 2 B 2— S M 平 台结构 模 型 Z 81 P
图 3 程序 计算 过程 框 图
表 1 管 节点 强度校 核值
4 结 语
通过 自行 开发 的海洋平 台管节 点强度校 核和可靠度分析 软件对 B 2 —1 P 平 台进行 了管节点强度 Z8 M S
弹塑 性关 系 , 度 条 件 采 用 Vo — i s准 则 . 强 nM s e 3 1 数 值 计 算 分 析 . 对 于 S M 海 洋 导 管 架 平 台 , 载 作 用 包 括 由波 , , ( 部 分 海 域 还 包 括 海 冰 ) 系 泊 力 的 作 用 .而波 P 荷 风 流 在 和 浪 荷 载 , 荷 载 , 流 荷 载 , 于 特 定 平 台来 说 , 别 为 波 高 , 速 以及 流 速 的 函数 .对 于 系泊 力 , 响 因 素很 风 海 对 分 风 影
平
台
·2 9·
表 2 管节 点可 靠度
表 3 荷载 组合 工况 工 况
1 76 1 77
宋 剑 , 何 勇 , 照伟 , 沈 龚顺 风 , 伟 良 金
( 江 大学, 州 302 ) 浙 杭 1 0 7
摘 要 : 据 海 洋平 台结 构 管节 点设 计 准 则 , 根 自行 开发 了海 洋 平 台管 节 点 强度校 核 和 可 靠
度 分析软 件 , 应用 冲剪 校核 和 名义 应 力校 核 法 对渤海 B 2 — 1单点 系泊海 洋导 管架 平 台结构 管 Z8
D
基本 结构 . 管节点 分为 K, 和 Y, T 或交叉 ( 型 管节点 . X)
一
0一 撑杆 角度 ; g一 间 隙 ; 一 撑杆 厚度 ; t
对 于 K 型 管节点 , 中一个 撑杆 的冲剪 荷载 由位于节点 其
弦杆 厚 度 ; d一撑 杆 直径 ; D一 弦 杆直 径
图 1 简单 管 节点 结构 和几 何 参数
校核和 可靠 度计 算分析 , 在强度校核时 , 采用基于 AP A—WS I 2 D规 范的设计 准则 , 虑 了安全系数 , 考 进行 可
靠 度计算时 , 采用文献 E3 3 的极 限状态 函数 , 没有考虑安全 系数 .通 过计算分析得到 以下几点 结论 : 1 在 3 种极端荷 载组合 工况作用下 , ) 2 可靠 度指标最低的节点 为 5 号节点 , O 在荷载工况组合 1 9 的可 7下 靠 度指标 一 0 2 , . 6 相应 的失效概率 为 P 一 0 3 8 因此平 台投 人使 用时 , r .9 . 要对该 节点进行加 固. 2 位 于平 台顶 端的 5 号节 点在 极端荷 载组合工况 作用下 , ) O 其强 度校核值 超过 了 1 0 同时位于平 台顶 ., 部 的 4 ,1 4 , 3 4 O 4 , 2 4 ,4号节点 的强度校核值 也较大 , 明在单点 系泊平 台结 构 中, 说 系泊力 对平 台结构 的影响 起 到了主导作用 .
尸D< 尸 , D< ^ ,
式中: . 尸 为撑 杆的乘系数 的轴 向荷载 ; o 为撑 杆的乘系数的弯矩 ; 管节点 的极限轴 向承载能力 ; . 尸. 为 为 管节点 的极 限抗弯能力 ; 为管节点 的抗力系数 . 对 于受 轴 向荷载 和弯矩联合作用 的撑 杆 , 足下式要求 : 满
软件计算 杆件 内力 , 应力 时采 用 了 3 2种极 端组合工况 .节点 中各杆件在各组合工况 作用下的内力 , 应力 , 包
括轴 力, 弯矩 , 向应力 , 轴 平面 内弯 曲应力 , 平面外 弯曲应 力 , 都从 分析软件( 3 输 出结 果中得到 . 图 )
3 2 强 度 校 核 分 析 .
为 了正确评价 平 台结 构管节 点 的强度 , 本文开发 了相应 的强度 校核和 可靠 度计 算分 析软件 , B 2— 对 Z 81 单点系泊导 管架平 台结构 管节 点进行 了强度校 核和可靠性分析 .
B 2 — 点 系 泊 导 管 架 平 台距 离 B 2 — 井 口平 台 和 B 2 — 北 井 口平 台 16 0m, 台 所 在 场 址 水 Z 81单 Z 81南 Z 81 5 平 深 为 2 . , 均 水 位 深 度 为 2 . 2m.B 2 — 合 平 台 1 3 4m 平 4 2 Z 62综 4英 寸 管 线 , Z 81南 井 口平 台 和 B 2 — 北 井 B 2— Z 81 口平 台 6英 寸管 线 与 B 2 — 点 系 泊 导 管 架 平 台 的 1 Z 81单 4英 寸 管 线 相 连 , 油 通 过 油 船 运 输 到 岸 上 . 原
2 2 1 管节点 强度可靠度计 算的极 限状态 函数 . . 进 行海 洋平 台结 构管节 点可靠 度计算时 , 计算类 型有多种 :1 抗拉或抗压 ;2 平面 内弯 曲;3 平面外 () () ()
弯 曲;4 拉 弯或压弯 .采用极 限状态 函数依据文献 [] () 3.
管节点 的承载能力应 满足下式要求 :
钢 连 接 的 单 点 系 泊 ( P -Sn l P it oig 生 产 系 统 . 而 单 点 系 泊 在 风 浪 流 作 用 下 的运 动 响应 是 复 SM ige on Mo r ) n 然
杂的, 环境 条件的动力 因素直接影响到单点 系泊 系统 的运动响应 .单点系泊是一个复 杂的非线性系统 , 系 所 的油船除 了在水平 面内的三个 自由度运 动外 ( 纵荡 , 横荡及艏摇 )整个 系统 将有 1 个 自由度 的运动 响应 . , 2 因 此 系泊力很难通过理 论计 算分析得 到 , 目前最好 的方 法是进 行水池模型试验 .B 2 —1 P 系统 的系泊力 Z8 M S 以及 运动参数来源 于 1 8 9 6年在荷兰船模试验池进行 的模 型试 验 .通过试验数据 , 出系泊力 与波浪环境 参 得 数 之间的非线性关 系 .对于单点 系泊海 洋导管架平台结构 的管节点 , 荷载作用效应 中系泊力的作用很大 , 为 了正确合理评 估平 台结构 的强 度 , 高生产作业 的安全保 障, 提 本文对平 台结构管节 点强度 进行评估 分析 , 并 开发了相应 的强度 校核和可靠度计算分 析软件 .
同一平 面 内同一侧 的其它撑杆平衡 . T 和 Y型管节点 在 中, 冲剪荷 载 由弦杆 的横 向剪切力所平衡 . 对于交叉型 管节 点 , 冲剪荷 载通过 弦杆传于对侧 的撑 杆 , 可根据在
总 荷 载 中 的份 额 用 内 插 法 确 定 .
2 管 节 点 强度 校 核 和可 靠 性 分 析方 法
. 1 c[( ) [ o + 锡 ≤ 1. 一.詈 ] ' ) (Ⅵ ] s + M) M 』 D
,
极 限承载能力按 下式确定 :
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3 工 程 实例 计 算 分 析
计算 分析时分 别取 2 O年设计基准期 和 5 年重现期 , B 2 — S M 平 台结构 管节点 在 3 种极端荷 载 O 对 Z 81 P 2 组合工况 作用下进行 强度校核 . 对平 台结构 所有管节点应用 冲剪校 核和名义应力校核两种方 法进行 分析 , 强
度 校 核 值 ( C. 较 大 值 如 表 1所 示 . U. )