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
海洋平台结构的抗震性能分析
海洋平台结构的抗震性能分析海洋平台作为在海洋中进行资源开发和科学研究的重要基础设施，其安全性至关重要。
而地震作为一种常见的自然灾害，对海洋平台的结构稳定性构成了巨大威胁。
因此，深入分析海洋平台结构的抗震性能具有极其重要的意义。
海洋平台所处的海洋环境复杂多变，不仅要承受海浪、海流、海风等海洋动力的作用，还要面对海底地质条件的影响。
在这种复杂环境下，地震的发生会给海洋平台带来巨大的冲击和破坏。
海洋平台的结构类型多种多样，常见的有导管架式平台、重力式平台、自升式平台和半潜式平台等。
不同类型的平台结构在抗震性能方面存在差异。
导管架式平台是通过钢管桩固定在海底，其结构相对简单，但在地震作用下，桩与土之间的相互作用以及节点的连接部位容易出现破坏。
重力式平台依靠自身的巨大重量保持稳定，其整体刚度较大，但在强震作用下，基础部位可能会发生滑移和沉降。
自升式平台通过桩腿升降来适应不同的水深，其结构的灵活性在一定程度上影响了抗震性能，桩腿与平台主体的连接部位在地震中容易受损。
半潜式平台由浮体和立柱组成，在水中具有较好的漂浮性能，但在地震引起的大幅晃动下，立柱和浮体的连接处以及内部的设备容易受到破坏。
地震对海洋平台结构的影响主要体现在以下几个方面。
首先是水平地震力，它会导致平台结构产生水平位移和变形，从而影响结构的整体稳定性。
其次是竖向地震力，虽然其作用通常小于水平地震力，但在某些情况下也可能引起结构的竖向振动和破坏。
此外，地震还可能引发地基的液化和失稳，进一步加剧平台结构的破坏。
为了评估海洋平台结构的抗震性能，工程师们通常采用多种分析方法。
其中，数值模拟是一种常用的手段。
通过建立海洋平台的有限元模型，输入地震波等相关参数，可以模拟平台在地震作用下的响应。
此外，实验研究也是必不可少的。
可以在实验室中对缩尺模型进行地震模拟实验，获取结构的受力和变形情况。
在提高海洋平台结构的抗震性能方面，有多种措施可供选择。
优化结构设计是关键，例如合理布置桩的位置和数量，增强节点的连接强度，提高结构的整体刚度和稳定性。
海洋平台结构安全性评估方法集成技术
海洋平台结构安全性评估方法集成技术海洋平台结构安全性评估是一项必不可少的工作，旨在保障海洋平台的稳定性和安全性。
为了实现有效地评估，结构安全性评估方法集成技术应运而生。
这种技术能够将不同的方法整合在一起，以全方位地评估海洋平台的结构安全。
这里介绍几种方法集成技术：1. 基于特征综合的方法集成技术这种技术使用专业软件进行结构设计，然后对特定结构的特征进行综合分析，以评估其安全性。
该技术的优势在于能够捕捉到结构的每个细节，从而更准确地评估它的安全性。
2. 基于多指标综合的方法集成技术这种技术使用多种指标来综合评估结构的安全性。
例如，使用地震响应和异向性指标来评估海洋平台的水平和垂直方向的稳定性。
此外，还可以使用压载水深和海水温度来评估海洋平台的耐腐蚀能力。
3. 基于神经网络的方法集成技术这种技术使用人工神经网络来评估结构的安全性。
在这种方法中，使用神经网络来根据历史数据对结构的性能进行预测。
这些历史数据可以包括结构设计，环境因素，以及运营情况等因素。
通过收集这些数据，神经网络可以预测结构的性能，并在必要时进行调整。
无论使用哪种集成技术，海洋平台结构安全性评估的重要性都是不可忽视的。
并且，通过使用这些技术，可以提高评估的准确性和效率，并帮助工程师采用合适的方法来改善结构的安全性。
对于不同的主题，相关数据的指标和范围各有不同。
以下以举例方式，简单介绍数据分析的流程和步骤：例一：互联网行业指标：移动用户规模、营收、市场份额1. 收集和整理数据，如互联网巨头公司报告、行业研究报告等。
2. 对移动用户规模数据进行分析，发现用户增长速度放缓，老用户流失速度下降，新增用户数量减少。
3. 分析营收数据，发现主要来源于广告收入和在线支付交易手续费，广告收入占比逐年稳步上升，支付手续费占比下降。
4. 分析市场份额，发现市场竞争加剧，第一梯队的公司占据大部分份额，但是新兴企业增长速度快。
5. 综合分析数据，预测未来市场发展趋势，如更多投资整个产业链、进一步深入垂直领域等。
海洋平台的结构强度与稳定性分析
海洋平台的结构强度与稳定性分析海洋平台是一种在海洋中建造的人工平台，用于开展海上石油钻探、海洋科学研究、风电场建设等活动。
在海洋环境中，海洋平台的结构强度和稳定性是非常重要的，对于保证平台运行的安全性和可靠性至关重要。
本文将对海洋平台的结构强度和稳定性进行分析，并提出相应的解决方案。
一、结构强度分析1. 荷载计算海洋平台的结构强度受到多种荷载的影响，包括自重、风载、浪载、冲击载荷等。
在设计海洋平台时，需要根据平台的用途和运行环境合理计算各个荷载的大小，并采取适当的安全系数进行荷载设计。
2. 结构材料选择海洋平台的结构强度与所采用的材料有密切关系。
传统上，海洋平台的结构多采用钢结构，但随着高性能材料的发展，复合材料也逐渐应用于海洋平台的建造中。
选择合适的结构材料可以提高海洋平台的强度和耐久性。
3. 结构设计在海洋平台的结构设计中，需要考虑平台的稳定性和结构的强度。
采用合理的结构形式和连接方式，合理布置支撑结构和刚性连接，可以提高平台的整体结构强度。
二、稳定性分析1. 海底基础设计海洋平台的稳定性受到其海底基础的影响。
根据海洋平台的类型和运行环境，可以选择适合的基础形式，如桩基、板基等。
通过合理设计基础的形状和尺寸，保证海洋平台的稳定性。
2. 平台动力响应分析海洋平台在海洋环境中受到风力、波浪等外部荷载的作用，产生动态响应。
通过对平台的动力响应进行分析，可以评估平台的稳定性，并设计相应的减振措施，如增设阻尼器、减小平台的共振频率等。
3. 风、浪和冲击力分析在海洋平台的稳定性分析中，需要对海洋环境中的风、浪和冲击力进行综合分析。
通过采用海洋气象数据和水动力学模型，可以计算风、浪和冲击力的大小和作用方向，从而评估平台的稳定性。
总结：海洋平台的结构强度与稳定性分析对于确保平台的安全性和可靠性至关重要。
在设计过程中，需要合理计算各个荷载的大小，选择适当的结构材料，设计合理的结构形式和连接方式。
同时，进行稳定性分析包括海底基础设计、平台动力响应分析以及风、浪和冲击力分析等，保证平台在海洋环境中稳定运行。
疲劳累积损伤下海洋平台加强管节点的可靠性分析
图 ４ 关键点
１２ 关键 点处 外载荷 ．
假 设从撑 杆传 递到 弦杆 的力是 由剪力 、沿周 长分 布 的压 力 以及 关键 点处 的集 中力组 成 的，关键 点 在撑杆 和环 的交接 处 ，如 图 ４所 示 。 由此可 知关键 点的外 载荷 为
：
＆
２７ Ｊ Ｖ
ｍｓ ｇ １ｒ Ｚ
＋
（） ５
５卷 ｌ
第 ３ （ 期 总第 １２期） ９
顾永 维 ， ： 等 疲劳 累积损 伤 下海洋 平 台加强 管节 点的可 靠性分 析
１７ ４
式中
为关键 点处 的外荷 载 ，
。为弦杆 的抗 剪切 能力 ， Ｖ嘴 ｌ ｌ ｒ 为环 的抗剪 切能力 。
１３ 组合截 面载荷 ． 塑性 铰 的位 置如 图 ５ 示 ，塑性铰 之 间的 自由段 如图 ６ 示 。 所 所
提供 了一个合理方 法。
关 键 词 ：结构可靠性：加强管节点；冲剪；累积损伤
中 图 分 类 号 ：Ｕ ７ ． １ ６４３ ８ 文献 标识码 ：Ａ
０ 引 言
海 洋平 台上 的管 节 点同时 受到冲 剪 载荷和 疲 劳载荷 作用 ，因此 管节 点的 失效将 是两种 载荷 的耦 合
Ｉ ｆ
２
竺 ±
≤
（） ９
１兰 二 三 会 三
故可 得最 大弯矩 为
＝ ＋ ＝
譬 每
，
（ ０） １
，
一
图 ５ 塑性 铰 位 置
图 ６ 塑 性铰 处 载 荷
ＮＡ
—
Ｒ
Ｒ 一
图 ７ Ｔ 型截面的塑性分析
中
国
造
船
单立柱海洋平台的可靠度分析
P ( E) = P ( E1 E2 …En ) ≥
i = 1
∏P ( E )
i
( 6)
式中 : Ei 为第 i 种失效模式的安全事件 ; E 为系统失效模式的安全事件 。 另一方面 : E1 E2 …En < E j ( 对任何
j ) , 则 : E1 E2 …En < min E j ( j = 1 , 2 , …, n) , 所以
3 单立柱平台实例计算
3. 1 计算模型 CB271 单井平台由单立柱导管架 、 水下桩 、 上部平台组成[ 6 ] 。采用 AN S YS 软件对单立柱平台进行有限
元分析 。单立柱 、 三腿导管架 、 桩和连接钢管采用管单元模拟 ,平台甲板采用壳单元模拟 ,甲板主梁采用梁单 元模拟 ,结构其它部分质量 、 甲板上部设备及活荷载等作为集中质量考虑 ,泥面以下桩 、 土相互作用采用弹簧 阻尼单元模拟 。 3. 2 构件失效的状态函数 根据文献 [ 7 ] 对强度与稳定校核的要求 ,由于正应力引起构件失效的状态函数为 :
i = 1 , 2 , …, n 。 若参数取额定值α a i , i = 1 , 2 , …, r 时 ,相应 0 时 , y 的额定值为 y 0 , 则当参数变为 ai = a0 i + Δ
α ) , i = 1 , 2 , …, n 。 的系统变量变为 y i = y i ( t ,α 于是 ,由于参数的变化造成的系统误差为 Δy i = y i ( t ,α 0 +Δ 0 Δ α ) ( α ) + - y i t , 0 , i = 1 , 2 , …, n 。 用一阶灵敏度函数求系统变量的误差时 ,计算公式为 :
构件可靠度分析采用 Mo nte2Carlo 方法 。某事件发生的概率可以用大量试验中核事件发生的频率来估 计 。在可靠度分析中 ,失效概率同样可以通过大量试验的频率来近似代替 。Mo nte2Carlo 方法是进行可靠 度分析的最直接的方法 ,这种方法被公认为相对精确法 ,但往往计算工作量较大 。 2. 3 多元失效模式的一阶方法 单立柱平台安全评价不仅要考虑强度失效 ,还要考虑稳定失效 。单立柱平台的圆管构件强度失效还应 分别考虑因正应力 、 剪应力和折算应力引起的失效模式 。因此 , 单立柱平台的安全评价应建立多元失效模 型 。本文利用一阶方法对具有多元失效模式的构件进行可靠性评估 [ 3 ] 。 假设构件多元失效模式中各基本失效模式是正相关的 ,即
基于海洋平台管节点的结构可靠性分析
Abstract
were assured with Monte-Carlo simulation method. Then based on the reliability theory, strength reliability index and relevant failure probability of typical tubular joints were calculated using JC method. At last, on the function of reliability formula brought by Sigurdsson, system reliability of platform structure was analyzed by equivalent load method, and the failure judgement critera of platform system was proposed.
I
摘要
关键词：海洋平台结构；管节点；可靠性；强度校核
II
Abstract
The Reliability Analysis of Offshore Platform Structure based Tubular Joints
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Abstract
The tubular joints are the most important but the weakest members of ocean platform. The nodes always have strong stress, so they are extremely easy to be destroyed in forms of fatigue, concussion, cut and so on. Once they are destroyed, the entire structure may abate. Therefore, strength design and reliability analysis of the tubular joints are important in ensuring that the ocean platform is safe, also the main directions in the current fundamental studies of the ocean platform’s performance. As a strength reliability model, the jacket platform QK18-2 was analyzed .The worst tubular joints and load cases combination about the platform were found .In this paper,the theory bases and analysis methods were provided for reasonable design of offshore platform and scientific evaluation for offshore platform in service .The thesis includes the following contents mainly: An elastic large deflection finite element was used to study the behavior of the circular tubular T/Y joints. A four node shell element in MSC.Patran/Nastran was employed to simulate the joints in the analysis. The studies showed the joint working performance and plasticity spread with loading. The influence of various geometric parameters of the joint on its behavior and ultimate strength was investigated theoretically, some useful conclusions were conducted. It was the foundation for strength design and reliability analysis of tubular joints. An integral structural finite element model of the jacket platform QK18-2 was developed for stress calculation. The ocean environmental loads were calculated, and the combination of loads were made based on API rules.Then stresses of the integral structure subjected to all kinds of load cases were calculated. Under the condition of stress analysis and experience, tubular joints bearing major stress amplitude were selected. Based on API rules, the strength of typical tubular joints was checked. It was the precondition for strength reliability analysis of tubular joints. Reliability analysis of system and tubular joints of the jacket platform QK18-2 was carried out. According to long-term statistical distribution data of nearby sea, stochastic variable statistical parameters and probability distribution function in reliability analysis
导管架海洋平台可靠性分析方法
导管架海洋平台可靠性分析方法随着社会的进步，科技和经济的迅猛发展，世界各国对石油、天然气等能源的需求越来越大，由于陆上油气资源的逐渐减少，已满足不了人类的需求。
这样，人类就把目光投向占地球面积百分之七十一的蕴藏着丰富的生物资源和矿物资源的海洋。
面对极其丰富、如此诱人的巨量海洋资源，各国加紧了海洋技术的开发，使海洋环境探测、海洋资源调查、海洋油气开发、海洋深潜和海洋生物技术等成为世界高技术竞争的热点。
我国有18000多公里的海岸线，6500多个海岛。
在近300万平方公里的海域内，大陆架海区含油气盆地面积近70万平方公里，蕴藏的石油资源量在150亿吨以上，天然气约14万亿立方米。
各种形式的海洋能源总量超过4亿千瓦。
因此，海洋资源的开发成为我国经济发展中有较大发展潜力的领域之一。
海洋平台结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处的海洋环境十分复杂和恶劣，风、海浪、海流、海冰和潮汐时时作用于结构，同时还受到地震作用的威胁。
在此环境条件下，环境腐蚀、海生物附着、地基土冲刷和基础动力软化、材料老化、构件缺陷和机械损伤以及疲劳和损伤累积等因素，都将导致平台结构构件和整体抗力的衰减，影响结构的服役安全度和耐久性。
另外，操作不当、管理不当等人为因素也直接影响海洋石油平台的安全性。
随着对海洋平台复杂性的深入了解，越来越认识到海洋结构物结构性和系统性的风险分析的必要性。
历史上曾有多次海洋平台的事故，造成了重大的经济损失和不良的社会影响。
海洋平台事故发生的直接原因主要是:(l)结构构件的强度储备不足;(2)浮力储备和稳定性不足;(3)平台管理和生产操作水平的不完善。
而结构破坏模式主要有:(1)屈服失效;(2)屈曲失效(弹性或塑性);(3)疲劳失效;(4)脆性断裂失效。
因此，寻求结构的安全适用性和最佳经济效益，已经成为海洋平台结构的设计、使用、检测和维护中特别关注的问题，而结构可靠度则是解决这一问题的最佳结合点。
国内外研究现状在海洋平台结构可靠性和疲劳寿命评估研究方面国内外已经有许多文献和研究成果出版，PeterW.Marshall(1969)和Bea(1973)最先将结构的可靠性理论运用于海洋平台结构的风险分析和环境荷载标准的选取，为海洋平台结构的可靠性研究奠定了基础。
三立柱半潜式海洋平台结构强度分析
科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年 第06期DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.06.030三立柱半潜式海洋平台结构强度分析刘未来（中国人民武装警察部队士官学校，浙江 杭州 311400）摘 要：三立柱半潜式海洋平台所处的海洋环境十分复杂，会受到潮汐、风、浪、流等多种海洋环境因素影响，所以必须考虑多种因素对半潜式海洋平台进行强度分析。
采用建模软件FEMAP 建立三立柱半潜式海洋平台模型，利用有限元分析软件ABAQUS 进行结构强度分析计算，根据规范及不同海洋环境要求，得出不同工况条件下的强度分析，最后依据规范得出不同工况下的强度校核，并可为类似海洋平台结构强度分析提供一定借鉴和参考。
关键词：三立柱；半潜式；模型；有限元分析中图分类号：U674 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）06-0108-03随着人类对自然资源依赖程度的日益加深，陆地可利用资源逐渐枯竭，海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，人类开始意识到海洋的重要性，逐渐加大对海洋资源的开发利用[1]。
石油和天然气这2种资源的开采已经从陆地转移到了海洋，全球80%海洋石油和天然气在深海500 m 以下，所以说21世纪一定是海洋的世纪[2]。
半潜式海洋平台经过近半个世纪的发展，在海洋资源开发中发挥着越来越重要的作用，全世界有40余座半潜式海洋平台在海洋资源开发中服役[3]。
三立柱半潜式海洋平台与其他海洋结构相比具有深水作业效率高、能力强、经济性好等优点[4-6]。
针对半潜式海洋平台的工况环境，本文从静水工况和风、浪、流的作用，对三立柱半潜式海洋平台结构进行强度分析，并按照规范对强度进行校核，可为三立柱半潜式海洋平台强度分析提供参考。
1 平台建模与计算文件编写1.1 平台建模三立柱半潜式海洋平台主要由上层平台、立柱、撑杆和浮箱组成[7]。
平台结构主尺度参数[8]如表1所示。
海洋工程结构的设计与可靠性评估
海洋工程结构的设计与可靠性评估近年来，随着海洋经济的快速发展，海洋工程结构的设计和可靠性评估成为人们关注的热点话题。
海洋工程结构主要包括海洋平台、海底管线、海底隧道等。
作为人类利用海洋资源的重要手段，这些结构不仅要满足基本的结构强度和稳定性要求，还需要经受海洋环境的考验。
一、海洋工程结构设计的基本要求海洋工程结构设计的基本要求是保证结构的强度、稳定性、安全性和经济性。
对于海洋平台来说，其承载能力是最重要的。
通常情况下，海洋平台的设计主要考虑到以下因素：1.结构的垂直载荷：包括平台自重、设备重量、建筑物重量、海水重量等。
2.结构的横向载荷：包括海浪、海流、海风等。
3.结构的水平载荷：包括冲击、拉力、振动等。
4.地震和海啸等自然灾害。
5.海底地形和海域环境等。
因此，在海洋工程结构的设计中，需要考虑到多个方面的因素，确保结构的稳定性和安全性。
二、海洋工程结构的可靠性评估海洋工程结构的可靠性评估是针对结构工程在使用寿命内能够满足使用要求的概率进行评估。
其目的是确定结构的安全性和可靠性，对于提高海洋工程结构的设计质量、保障工程施工和运行的安全、可靠至关重要。
海洋工程结构的可靠性评估通常是以概率方法进行的。
具体步骤如下：1. 分析结构元件受力状况和破坏机理。
2. 根据受力状况和破坏机理，建立相应的数学模型。
3. 依据工程使用寿命内结构容许应力，确定结构使用过程中的工作状态。
4. 根据结构工作状态下的应力，使用可靠性分析方法估算结构的失效概率。
5. 根据估算的失效概率，确定结构的可靠度。
通过可靠性评估，可以评估海洋工程结构是否能够满足设计要求。
同时，也可以识别出结构中存在的不足，进一步完善设计，并保障工程施工和运行的安全、可靠。
三、海洋工程结构设计和可靠性评估的现状目前，国内外对于大型海洋工程结构的设计和可靠性评估已经有了一定研究和探索。
在国内，研究人员主要从以下几个方面展开研究：1. 海洋环境因素对工程结构的影响研究。
海洋石油平台的结构设计与安全性分析
海洋石油平台的结构设计与安全性分析海洋石油平台是海上石油开采的重要设施，也是工程技术领域的重要研究课题。
海洋石油平台的结构设计和安全性分析对于保障石油开采作业的顺利进行，保护海洋环境和人员安全具有至关重要的意义。
本文将对海洋石油平台的结构设计和安全性进行系统分析和探讨。
首先，海洋石油平台的结构设计是其工程建设的重要环节。
海洋石油平台一般分为固定平台和浮动平台两种类型。
固定平台通过桩基固定在海底，承受平台自重和作业荷载；而浮动平台则通过浮体结构提供浮力支撑。
在设计过程中，考虑到海洋环境的复杂性和恶劣工况的影响，结构设计需要充分考虑风浪荷载、风暴潮汛、冰凌、地震等外部因素的影响。
同时，还需要考虑平台的自重、载荷作用下的结构响应和疲劳寿命等因素。
为了确保平台的稳定性和安全性，结构设计需要满足严格的规范和标准要求，确保平台在各种工况下均能正常工作并满足使用要求。
其次，海洋石油平台的安全性分析是设计过程中的重要环节。
在海洋石油开采作业中，平台面临着各种风险和挑战，如火灾爆炸、油污泄漏、意外事故等。
为了保障平台和工作人员的安全，必须对平台结构及设备进行全面的安全性评估和分析。
安全性分析主要包括对平台结构的强度、稳定性、可靠性进行评估，对人员逃生和救援设施的设置进行规划，制定应急预案和安全管理制度等。
通过对平台的安全性进行科学合理的分析和评估，能够有效预防事故的发生，最大限度地保障人员和环境的安全。
综上所述，海洋石油平台的结构设计与安全性分析是保障平台运行稳定安全的重要保障。
在设计和建设过程中，必须充分考虑工程技术和海洋环境的特点，合理设计平台结构，采用科学有效的安全性分析方法，确保平台在使用过程中安全可靠。
海洋石油平台的结构设计和安全性分析将继续成为工程技术领域的重要研究课题，为海洋开发利用事业的发展做出贡献。
大型海洋平台结构安全分析研究
大型海洋平台结构安全分析研究近年来，随着全球经济的快速发展，海洋经济逐渐成为一个备受关注的领域。
人们开始将视线投向海洋体系的各个方面，即从海洋资源的开发到海洋环境的保护，以及从海洋运输的优化到海洋科学的研究，包括大型海洋平台的结构安全分析研究。
这篇文章将探讨大型海洋平台的结构安全分析研究热点及进展，并简要介绍未来研究的方向和挑战。
1. 研究现状大型海洋平台通常指船体、油气平台、风力发电平台等。
这些平台的结构安全分析研究面临的主要挑战包括：海洋环境的复杂性、水下条件的特殊性、结构材料的特殊性、平台设计的复杂性以及增材制造过程的复杂性。
为了解决这些问题，目前研究者在以下几个方面做出了努力：1.1 海底地质研究海底地质研究是大型海洋平台结构安全分析的前提。
因为平台建设必须建立在可靠的地质数据基础上。
在此领域，研究者通常关注平台建设区域的地形、沉积物的类型和分布情况等。
1.2 安全评估安全评估是确定平台结构是否满足安全要求的重要手段。
在此领域，研究者通常采用数值模型分析平台的稳定性、动力响应、疲劳寿命等方面的问题。
1.3 增材制造应用增材制造技术在海洋工程领域具有广泛的应用前景，可以极大地降低海洋结构的重量和材料成本。
因此，在此领域，研究者通常关注增材制造技术在船体和油气平台制造中的应用。
2. 热点问题热点问题是大型海洋平台结构安全研究的关键。
本节将围绕海洋平台结构安全研究的热点问题展开探讨。
2.1 温度和湿度温度和湿度等环境因素是影响船体、油气平台等海洋结构的重要因素。
因此，研究者通常通过计算和试验研究分析海洋环境对船体和油气平台的影响。
2.2 动态响应平台的动态响应是影响平台结构安全的主要因素之一。
此方面的研究主要集中在平台的振动和疲劳寿命等问题上。
研究者通常会对平台的动力响应进行数值模拟和实际试验分析。
2.3 新材料的应用新材料的应用是影响大型海洋平台结构安全的重要方面之一。
新材料具有明显的优势，如较轻的重量、更高的强度和更好的耐腐蚀性能等。
海上平台结构设计中的安全性与可靠性分析
海上平台结构设计中的安全性与可靠性分析摘要：海上平台结构设计涉及到多学科知识和技术的综合应用，包括结构力学、材料科学、水动力学等领域。
为了保证结构的安全和可靠运行，工程师们需要对设计方法、安全性分析和可靠性分析进行深入研究。
然而，当前关于海上平台结构设计安全性与可靠性的研究尚存在一定的局限性，亟待进一步完善与拓展。
本文从海上平台结构设计的基本原理与方法出发，深入分析了结构安全性和可靠性的相关问题，希望能够为海上平台结构设计的安全性与可靠性分析提供有益的参考价值。
关键词：海上平台；结构设计；安全性；可靠性海洋资源丰富且多样化，为人类提供了巨大的经济价值和发展潜力。
近年来，随着全球能源需求的增长，海上平台在石油、天然气开采、可再生能源等领域扮演着越来越重要的角色。
然而，海上平台结构需要承受复杂多变的海洋环境，如风浪、海流、气候等自然因素的影响，以及长时间运行的挑战，这些因素使得海上平台结构设计的安全性与可靠性问题成为工程实践中关注的焦点。
1海上平台结构设计1.1海上平台结构类型及特点固定式平台是一种底部固定在海床的结构，主要承载方式为底座和桩基，具有较高的结构稳定性，该类平台常用于浅水区域，如钻井、生产和石油储存等应用。
固定式平台的特点是结构相对简单，承载能力较强，但受水深限制较大。
浮动式平台是一种依靠浮力维持稳定的结构，主要承载方式为浮力体和锚链。
该类平台适用于深水和超深水区域，如深海钻井、生产和石油储存等应用。
浮动式平台的特点是结构灵活性较高，适应水深范围较广，但受波浪、海流等环境因素影响较大，需要采取相应的稳定措施。
半潜式平台是一种具有潜水和浮动功能的结构，主要承载方式为浮力体和柱腿。
该类平台常用于中深水区域，如钻井、生产和石油储存等应用。
半潜式平台的特点是结构稳定性较好，抗波浪性能优越，但制造和安装成本较高。
自升式平台是一种具有自升和自降功能的结构，主要承载方式为柱腿和升降装置。
该类平台适用于浅水和中水深区域，如钻井、生产和石油储存等应用。
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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
49
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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.